ТРУБА ДЛЯ БУРЕНИЯ ИЛИ ОБСАДКИ НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН Российский патент 2004 года по МПК F16L9/02 C22C21/00 

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и касается конструкции бурильных или обсадных труб, изготовленных из сплавов на основе алюминия с добавкой скандия и используемых при разработке месторождений нефти и газа, особенно при бурении с морских платформ, а также при капитальном ремонте нефтегазовых скважин, в том числе для ликвидации отложений парафина, гидратных и песчаных пробок, для подачи технологических растворов, специальных жидкостей для обработки призабойной зоны, для спуска в скважину оборудования, предназначенного для проведения геофизических исследований и т.п.

Уровень техники
Известна нефтегазопроводная труба, включающая несущую стальную трубу, на которой размещен защитный слой (RU 98102317, F 16 L 9/02, 27.10.1999). Защитный слой выполнен из цинкжелезоалюминийникелевого сплава, в котором отношение алюминия к никелю выбрано в интервале от 0,8 до 2,0. Толщина защитного слоя составляет от 40 мкм до 100 мкм, а его твердость - от 4500 МПа до 5500 МПа. Наличие защитного слоя повышает коррозионную стойкость трубы. Однако наличие несущей трубы, выполненной из стали, существенно увеличивает удельную массу изделия. Кроме того, наличие на стальных трубах поперечных и продольных электросварных швов снижает качество труб, поскольку в местах сварки снижаются физико-химические свойства материала.

Известно также использование алюминиевого сплава с добавкой скандия для производства труб, прутков, поковок и пр. (RU 94041234, С 22 С 21/06, 10.09.1996). Сплав содержит незначительное количество скандия - от 0,1 мас.% до 0,19 мас. %. Практически сплав является алюминиймагниевым сплавом (содержание магния составляет от 1,8 мас.% до 2,6 мас.%) и используется только в авиационной технике.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является труба для бурения или обсадки нефтегазовых скважин, выполненная из алюминиевого сплава с добавкой скандия (RU 98116653, С 22 С 21/00, 20.06.2000). Известная труба выполнена из алюминиевого сплава с добавкой скандия от 0,01 мас.% до 0,4 мас.%.

Алюминиевые сплавы с добавкой скандия обладают, как известно (Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин, 2 изд., М., 1967 г.) обладают повышенной коррозионной стойкостью в морской воде и других агрессивных средах, способны работать при низких температурах до -100^oС и ниже.

Использование алюминиевых сплавов с добавкой скандия для производства труб для бурения или обсадки нефтегазовых скважин позволяет значительно уменьшить разрушающий эффект на пласт, сократить риск сопряженных затрат, характерных для традиционного бурения, гарантировать высокое качество контроля за всеми техническими параметрами в процессе бурения, что снижает вероятность разлива нефти и значительно сократить время бурения, что положительно сказывается на экономии затрат и понижении стоимости работ. Тем не менее известная труба не в полной мере удовлетворяет современным требованиям, предъявляемым к трубам, используемым в нефтегазовой отрасли. Действительно, при увеличении длины трубы, необходимо повысить ее прочность, и одновременно повысить физико-химические свойства, в частности жаропрочность.

Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка и создание трубы для бурения или обсадки нефтегазовых скважин, обладающей повышенными эксплуатационными качествами.

В результате решения данной задачи возможно получение технических результатов, заключающихся в повышении прочности при одновременном обеспечении возможности увеличения длины трубы, повышении срока эксплуатации и жаропрочности трубы.

Данные технические результаты достигаются тем, что в трубе для бурения или обсадки нефтегазовых скважин, выполненной из алюминиевого сплава с добавкой скандия, в алюминиевый сплав введены никель и марганец при следующем содержании компонентов, мас.%:
Скандий - 0,25-0,6
Никель - 0,3-0,8
Марганец - 0,3-0,7
Алюминий - Остальное
Кроме того, в алюминиевый сплав может быть дополнительно введен магний от 0,001 до 0,2 мас.%.

Отличительная особенность настоящего изобретения заключается в том, что в алюминиевый сплав введены никель и марганец при следующем содержании компонентов, мас. %: скандий - (0,25-0,6), никель - (0,3-0,8), марганец - (0,3-0,7) и алюминий - остальное.

Экспериментально установлено, что добавление в алюминиевый сплав никеля и марганца при вышеуказанном их содержании повышает жаропрочность и улучшает структуру сплава в условиях эксплуатации нефтегазовых скважин. При этом сохраняется способность функционирования при низких температурах (до -100^oС). Одновременно увеличивается механическая прочность трубы, коррозионная стойкость и срок ее эксплуатации. Повышенная механическая прочность трубы позволяет изготовить трубы большей длины. Действительно, длина трубы ограничена ее собственной массой, которая определяется прочностными параметрами. Повышение механической прочности позволяет повысить массу трубы.

Добавление в сплав магния также улучшает его свойства, в частности повышает однородность структуры.

При изготовлении труб сваркой гарантируется коэффициент прочности сварного шва не менее 0,95.

Анализ известных решений, составляющих уровень техники относительно настоящего решения, не выявил труб для бурения или обсадки нефтегазовых скважин, выполненных из сплава с вышеуказанными компонентами и их содержанием в сплаве, что свидетельствует о соответствии настоящего изобретения условию патентоспособности "новизна".

Из уровня техники не выявлены также решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками настоящего изобретения, что свидетельствует о соответствии описываемого изобретения условию патентоспособности "изобретательский уровень". Кроме того, указанные технические результаты характерны именно для труб, используемых при бурении или обсадке нефтегазовых скважин.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Трубы для бурения или обсадки нефтегазовых скважин, выполненные из алюминиевого сплава, содержащего скандий, никель и марганец, изготавливаются по любой известной технологии и не требуют создания и разработки специальной оснастки и оборудования.

Сравнительные характеристики непрерывных стальных труб (НТ) и непрерывных труб (НТ) из алюминий скандиевого сплава приведены в таблице.

Анализ данных, приведенных в таблице, показал, что непрерывные трубы (НТ) для "колтюбинговых" технологий, выполненные из стали, не позволяют увеличить длину трубы без уменьшения диаметра трубы и увеличения веса трубы на барабане. Непрерывные трубы (НТ), выполненные из алюминий скандиевых сплавов, позволяют при одинаковом весе со стальными трубами увеличить диаметр трубы и ее длину на барабане.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет существенно расширять сортамент непрерывных труб (НТ), обладающих улучшенными эксплуатационными характеристиками.

В соответствии с настоящим изобретением возможно изготовление труб, в частности прессованием (т.е. бесшовных), диаметром от 38 мм до 120 мм, необходимой длины до 7000 м и более, имея при этом меньший вес, чем у стальных непрерывных труб (НТ) равного диаметра.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано в конструкции бурильных или обсадных труб, изготовленных из сплавов на основе алюминия с добавкой скандия и используемых при разработке месторождений нефти и газа. Предложена труба для бурения или обсадки нефтегазовых скважин, выполненная из алюминиевого сплава с добавкой скандия, при этом в алюминиевый сплав введены никель и марганец при следующем содержании компонентов, мас. %: скандий 0,25÷0,6, никель 0,3÷0,8, марганец 0,3÷0,7, алюминий остальное. В алюминиевый сплав может быть дополнительно введен магний 0,001÷0,2 мас.%. Технический результат - повышение прочности при одновременном обеспечении возможности увеличения длины трубы, повышение срока эксплуатации и жаропрочности трубы. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Труба для бурения или обсадки нефтегазовых скважин, выполненная из алюминиевого сплава с добавкой скандия, отличающаяся тем, что в алюминиевый сплав введены никель и марганец при следующем содержании компонентов, мас.%:

Скандий 0,25÷0,6

Никель 0,3÷0,8

Марганец 0,3÷0,7

Алюминий Остальное