УДК 621.774.029:622.23/.24:621.793.6
© Коллектив авторов,1998
Е.В.Проскуркин,
A.И.Сухомлин (Государственный
трубный институт),
B.А.Шанилов, Н.И.Фартушный,
В.Г.Поярков (ОАО «Тагмет»), Н.Н.Прохоров, А.Г.Гиндуллин (ОАО «Нижневартовскнефтегаз»)
Повышение герметичности и коррозионной стойкости резьбовых соединений насосно-компрессорных труб
овышение срока службы НКТ, прежде всего герметичности и коррозионной стойкости их резьбовых соединений, способствует надежности работы скважин, снижает эксплуатационные затраты, в первую очередь, за счет уменьшения объема ремонтных работ и экономии металла, в конечном счете улучшает технико-экономические показатели процесса добычи нефти.
Многолетний опыт эксплуатации подземного нефтепромыслового оборудования, в частности НКТ, в различных регионах добычи нефти показал, что основными причинами выхода из строя НКТ являются:
^ негерметичность резьбовых соединений и как следствие их размыв;
п коррозия труб от агрессивного действия пластовых вод, причем чаще всего наблюдается интенсивная общая коррозия по телу труб, особенно в местах резьбовых соединений;
^ износ резьбы труб и муфт в результате многократного свинчивания-развинчивания [1].
Вследствие интенсивной коррозии и низкой износостойкости резьбовых соединений не обеспечивается требуемая условиями эксплуатации возможность многократного (10-12 раз) свинчивания-развинчивания НКТ.
Использование защитных покрытий позволяет снизить коррозию труб и уве-
личить срок их службы. Однако применение самых эффективных покрытий не решает общей задачи повышения эффективности работы НКТ, если не обеспечена защита их концевых (нарезных) участков и в целом резьбовых соединений.
В настоящее время вопросы герметичности резьбовых соединений труб нефтяного сортамента решаются в двух направлениях:
^ герметизация резьб с помощью различных герметизирующих материалов (смазок на жировой основе, полимеризу-ющихся составов, комбинированных уплотнителей из металлизированных и полимерных слоев);
^ создание резьбовых соединений, которые имеют узлы герметичности (с радиальным, торцевым уплотнением, вставными кольцами и др.).
Анализ зарубежных технических данных о производстве труб, а также материалов Международных выставок «Нефтегаз-96» и «Нефть и газ 97» показывает, что для защиты труб нефтяного сортамента широко применяют полимерные покрытия. Так, фирмы «Тьюбо-скоуп Ветко Интернешнл» (США), «Сидерка» (Аргентина) и другие производят НКТ с внутренним покрытием на основе полиуретановых соединений, фе-нольных, эпоксидных смол и других термопластов без защиты резьбовых соединений. Процесс нанесения этих покрытий сложный, многооперационный, свя-
зан с использованием токсичных материалов, что требует применения дорогостоящих очистных сооружений.
Известно применение для защиты от коррозии резьбовых соединений труб нефтяного сортамента гальванических или металлизационных цинковых покрытий. Однако такие цинковые покрытия имеют низкую твердость (6-8 МПа), невысокую прочность сцепления с основным металлом. Поэтому уже при первых операциях свинчивание-развинчивание труб они быстро истираются и осыпаются с резьбовых участков труб или муфт.
Одним из перспективных способов повышения долговечности НКТ является защита их диффузионными цинковыми покрытиями. Такие покрытия по сравнению с другими видами цинковых покрытий (гальваническими, металлизационны-ми) обладают высокими эксплуатационными свойствами, имеют прочную связь с подложкой, так как наносимое вещество (цинк) внедряется в кристаллическую решетку защищаемого металла (сталь).
Для нанесения диффузионных цинковых покрытий на НКТ были разработаны технологии [2], которые прошли промышленное опробование и доработку на Северском трубном и Таганрогском металлургических заводах (Россия), а также на Никопольском Пивденнотрубном заводе (Украина). Технологии обеспечивают получение диффузионных цинковых покрытий, состоящих в основном из
9/1998 81
ной технологии (с использованием жидко-металлического расплава цинка с последующей термической обработкой горячеоцинко-ванных НКТ). После диффузионного цинкования резьбовые участки НКТ проходят финишную обработку, что обеспечивает получение на резьбе плотного, гладкого диффузионного цинкового покрытия равномерной заданной толщины. На рис.1 показано распределение слоя цинкового покрытия по профилю резьбы
НКТ.
Металлографические исследования показали, что диффузионное цинковое покрытие, состоящее из 6] -фазы, равномерно распределено по профилю резьбы (рис.2). На рис.3 пред-
Рис.1. Распределение слоя цинкового покрытия по телу и профилю
резьбы НКТ (увеличение в 100 раз) на участке перехода с тела трубы ставлена микрострукту-на резьбу (а) и на впадине резьбы (б)
железоцинковой 6] - фазы, представляющей собой интерметаллическое соединение с массовым содержанием железа от 7 до 11,5%. Микротвердость 6] -фазы составляет 45,4-47,1 МПа. Структура этой фазы обычно столбчатая (волокнистая), но имеются также зоны без ярко выраженной структуры.
Установлено, что диффузионные цинковые покрытия, состоящие из 6] -фазы, обладают повышенной коррозионной стойкостью и износостойкостью в жестких коррозионно-эрозионных условиях: движущиеся водные среды, содержащие частицы песка, гипса [2-6].
Диффузионное цинкование НКТ с нарезными концами можно осуществлять с применением диффузионных порошковых смесей на основе цинка или по комбинирован-
цинковое покрытие толщиной от 60 до 100 мкм (в зависимости от режима цинкования и последующей обработки) с однородной структурой, состоящее в основном из 6]-фазы. Полученное покрытие при эксплуатации труб в агрессивной водной среде является не только барьерной (гидроизолирующей) защитой стальной основы, но и обладает также протекторными свойствами. В контакте со статью оно обеспечивает электрохимическую защиту стали. Поэтому при воздействии знакопеременных нагрузок на оцинкованные НКТ, эксплуатируемые в агрессивной среде, возможное возникновение микротрещин в цинковом покрытии или незначительное механическое повреждение его (в результате трения или удара) не снижает степень защиты стали. Это повышает надежность работы диффузионно оцинкованных труб в различных агрессивных средах и жестких режимах эксплуатации.
По экономичной (комбинированной) технологии были диффузионно оцинкованы партии НКТ диаметром 60 и 73 мм для проведения промышленных испытаний в различных регионах добычи нефти. Цинковое покрытие на НКТ наносили в расплаве цинка, затем горячеоцинкован-ные НКТ проходили термическую обработку (диффузионный отжиг) для гомогенизации покрытия и образования диффузионного цинкового покрытия однородной структуры, состоящей из Л-фазы.
ра диффузионного цин кового покрытия на бо ковой поверхности профиля резьбы.
Финишная обработка резьбовых участ ков оцинкованных НКТ, выполняемая в процессе производства, позволяет регулировать толщину покрытия на резьбе труб и получать поверхность резьбового участка требуемого качества. Это обеспечивает получение высокогерметичного резьбового соединения с требуемыми параметрами натяга резьбы труб.
На гладкой поверхности
НКТ при их цинковании _ „ .
1 ~ Рис.2. Микроструктура диффузионного цинкового покрытия
образуется диффузионное (6]-фаза) на впадине профиля резьбы НКТ (увеличение в 310 раз)
82 9/1998
зионно оцинкованных НКТ их периодически поднимали. Осмотр труб через 1,7 и 2,5 года показал, что покрытие не имело видимых коррозионных и эрозионных повреждений, резьбовые соединения не были нарушены.
При исследовании резьбовых участков труб после испытаний установлено, что после 1,7 года эксплуатации слой диффузионного цинкового покрытия практически не изменился после 2,5 года на резьбе имелись механические повреждения и частично коррозионные разрушения покрытия.
Рис.3. Микроструктура диффузионного цинкового
покрытия на боковой поверхности профиля резьбы Трубы продолжали работать в нор-НКТ (увеличение в 310 раз) мальном режиме. После 5 лет эксплу-
атации в двух скважинах с ЭЦН отбраковали по одной оцинкованной трубе из-за выхода из строя резьбового соединения (трубы без покрытия по этой причине отбраковывают через 0,5-1 год). В двух других скважинах все диффузионно оцинкованные трубы продолжали нормально эксплуатироваться.
Длительные (более 8 лет) эксплуатационные испытания диффузионно оцинкованных труб в разных регионах добычи нефти (ПО «Куйбышевнефть», «Тур-кменнефть», «Укрнефть», НПУ «Ле-ниннефть» - Азербайджан и др.) показали их высокие коррозионную стойкость и долговечность, которые в 3-5 раз были выше по сравнению с трубами из углеродистых марок стали без покрытия.
Герметичность и коррозионная стойкость резьбовых соединений НКТ взаимосвязаны и во многом определяют срок службы НКТ. Если обеспечена требуемая герметичность резьбового соединения, то достигается его высокая коррозионная стойкость. Поэтому использование для защиты от коррозии резьбовых соединений диффузионных цинковых покрытий позволяет обеспечить их высокую герметичность и коррозионную стойкость за счет особых физико-химических свойств диффузионного цинкового покрытия и финишной обработки резьбовых концов диффузионно оцинкованных труб.
Приведем результаты эксплуатационных испытаний диффузионно оцинкованных НКТ в скважинах Самотлорского нефтяного месторождения Западной Сибири. Партия НКТ размером 73х5,5 мм (ГОСТ 633-80) массой 65 т по наружной и внутренней поверхностям имела сплошное, гладкое диффузионное цинковое покрытие толщиной 80-100 мкм. Визуальный осмотр показал, что на резьбе труб наплывов цинка не наблюдалось. Металлографические исследования свидетельствовали о том, что толщина покрытия на резьбовой части труб составляла 35-40 мкм.
Натяг резьбы труб контролировали до и после нанесения цинкового покрытия. Муфты к трубам имели на внутренней поверхности гальваническое цинковое покрытие толщиной 20-40 мкм или фосфатное покрытие толщиной 7-10 мкм. Сборку (муфтонавертку) осуществляли на Центральной трубной базе ОАО «Нижневартовскнефтегаз». Усилия определяли по индикатору, качество сборки контролировали по натягу свинченной резьбовой пар
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.