СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СЛУЖЕБНЫХ СВОЙСТВ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ ЛЕЙНИРОВАНИЕМ Российский патент 2015 года по МПК E21B17/01 

Предлагаемое изобретение относится к области восстановления служебных свойств металлопродукции (изделий из черных металлов), полностью исчерпавших служебные свойства на первой стадии их эксплуатации, а именно к технике и технологии восстановления служебных свойств насосно-компрессорных труб, бывших в употреблении (НКТ БУ). Насосно-компрессорные трубы (НКТ) в основном применяются как средство извлечения (добычи) нефти или природного газа из нефтяных и газовых месторождений на поверхность земли к промысловым трубопроводам. Извлекаемые продукты (смесь нефти, пластовой воды, природного или попутного газа и др.) в своем составе содержат коррозионно-активные элементы - сероводород, углекислоту, компоненты биологической коррозии и т.д. Под действием механических нагружений и процессов коррозии НКТ изнашиваютсяи в случае износа толщины стенки труб более 25-30% от номинального значения стенки новых труб трубы выводятся из эксплуатации и подлежат ремонту.

Наиболее близким решением к заявленному способу, который был принят в качестве прототипа и который отражает уровень техники в сфере ремонта и восстановления служебных свойств НКТ, бывших в употреблении, является способ ремонта насосно-компрессорных труб, технология которого изложена в Патенте №2338053 от 08.02.2007 г. Указанная технология ремонта НКТ включает следующие основные технологические операции: радиационный контроль НКТ, очистку наружной и внутренней поверхности труб от отложений и загрязнений, введение тонкостенной коррозионно-стойкой электросварной трубы-лейнера в канал НКТ, с предварительно нанесенным клеем-герметиком на наружную поверхность лейнера, совместную деформацию НКТ и лейнера раздачей, обрезку концов лейнированных НКТ, выполнение резьбы на концах труб, навертку муфт, гидравлическое испытание труб, визуальный и приборный контроль.

Восстановленные НКТ обладают повышенными эксплуатационными свойствами (коррозионной стойкостью, надежностью в эксплуатации и др.) по сравнению с новыми трубами, что подтверждено эксплуатацией лейнированных НКТ в течение 5 лет на нефтяных промыслах ОАО «Татнефть» в добывающих и нагнетательных скважинах и на трубопроводе высокого давления подачи воды в нагнетательную скважину.

Раскрытие изобретения

Недостатком технологии лейнирования НКТ, изложенной в прототипе, является недостаточная управляемость процессом лейнирования, что выражается в неконтролируемом удлинении лейнера в процессе совместной деформации НКТ и лейнера раздачей. Неконтролируемое удлинение лейнера является неизбежным из-за недостаточной исходной точности внутренних диаметров НКТ, выражаемой диапазоном разброса значений внутренних диаметров ΔD. При совместной раздаче лейнера с НКТ, имеющими диапазон разброса значений ΔD, лейнеры одного и того же типоразмера подвергаются различным степеням деформации, что приводит к различному их удлинению.

Новые НКТ изготовляются по общепризнанным стандартам (ГОСТ Р 52203-2004, нормам Американского института нефти API-5CT и др.), устанавливающим качество и размеры труб. Изготовляемые НКТ должны соответствовать техническим требованиям этих стандартов. Ввиду определенных технологических условий изготовления новых труб стандартами предусматриваются допускаемые отклонения от номинальных размеров, как наружного и внутреннего диаметров, так и толщины стенки труб.

Исследованиями качества новых и бывших в эксплуатации НКТ, выполненных авторами предлагаемого изобретения, установлено следующее.

Пример 1. Из эксплуатационного фонда НКТ были отобраны 850 труб с номинальными размерами 73×5,5 мм и проведено измерение их наружных диаметров и толщин стенок. В результате измерений указанных параметров было установлено, что наружные диаметры труб изменяются в пределах от 72,2 мм до 73,8 мм, а толщины стенок от 4,8 мм до 5,8 мм, что полностью отвечает требованиям стандартов. Внутренний диаметр труб изменяется в более широких пределах, так как на его отклонения влияют фактические отклонения, как по наружному диаметру труб, так и по толщине стенки. Минимальные и максимальные отклонения внутреннего диаметра труб выражаются формулами:

Dвн max=Dнар max-2Smin,

Dвн min=Dнар min-2Smax,

где Dвн max, Dвн min - максимальный и минимальный внутренние диаметры труб;

Dнар max, Dнар min - максимальный и минимальный наружные диаметры труб,

Smax, Smin - максимальная и минимальная толщины стенок труб.

Фактические размеры внутренних диаметров исследованных НКТ изменяются в пределах от 60,4 мм до 64,2 мм. Диапазон разброса значений внутренних диаметров ΔD труб составляет 3,8 мм, что также соответствует стандартам на изготовление НКТ.

По условиям беспрепятственного введения лейнера в канал НКТ длиной до 10 м требуется, чтобы наружный диаметр лейнера был на 3-4 мм меньше минимального значения внутреннего диаметра НКТ, с учетом допускаемых отклонений. Для рассматриваемого случая наружный диаметр лейнера не должен превышать 57 мм. Следовательно, зазоры между наружным диаметром лейнера и внутренним диаметром НКТ составляют: минимальный - 60,6-57=3,4 мм, а максимальный - 64,2-57=7,2 мм. Фактические зазоры между трубами, изменяющиеся в указанных пределах, заранее не известны. Это осложняет управление процессами совместной деформации лейнеров и НКТ, подбор инструмента (оправок) для совместной деформации труб (раздачей) с таким расчетом, чтобы окончательный зазор между трубами (после их раздачи) был в пределах от 0,0 мм до 0,2 мм (на сторону), что вытекает из условий склеивания НКТ и лейнеров. Вопросы выбора оптимального размера (длины) лейнера также остаются неопределенными по следующим причинам.

При совместной деформации труб на первой стадии процесса (при протягивании оправки через канал лейнера) происходит увеличение его диаметра до соприкосновения с внутренней поверхностью НКТ, т.е. от 3,4 мм до 7,2 мм. При этом толщина стенки лейнера сохраняется, а его длина уменьшается обратно пропорционально увеличению диаметра, т.е. укорачивается на 600-1200 мм.

На второй стадии раздачи труб происходит незначительное увеличение их диаметров (до 0,3 мм) и утонение стенки лейнера. При номинальной ее толщине 1,5 мм утонение стенки на 0,1 мм составляет 7,5%. Именно на столько же произойдет удлинение лейнера, т.е. на 750 мм (при его номинальной длине 10000 мм).

Технологически обусловленная неизбежность неконтролируемых, то укорочения, то удлинения лейнера, вызванная непостоянством внутренних диаметров НКТ, делает процесс лейнирования трудно управляемым, что неизбежно приводит к повышенным расходам материальных ресурсов в виде отрезаемых концов лейнеров или НКТ, а также снижению производительности процесса лейнирования НКТ в целом.

Улучшить управляемость процесса лейнирования НКТ, снизить издержки материальных ресурсов и повысить его производительность возможно, если повысить точность каналов НКТ, уменьшить их отклонения между минимальными и максимальными значениями.

Задачей заявленного технического решения изобретения является разработка способа повышения точности внутреннего диаметра НКТ в исходном состоянии - до лейнирования.

Осуществление изобретения.

Заявленный технический результат достигается тем, что в технологии восстановления служебных свойств насосно-компрессорных труб лейнированием, включающим радиационный контроль НКТ, очистку наружной и внутренней поверхности труб от отложений и загрязнений, введение тонкостенной коррозионно-стойкой электросварной трубы-лейнера в канал НКТ, с предварительно нанесенным клеем-герметиком на наружную поверхность лейнера, совместную деформацию НКТ и лейнера раздачей, обрезку концов лейнированных НКТ, выполнение резьбы на концах труб, навертку муфт, гидравлическое испытание труб, визуальный и приборный контроль, согласно предлагаемому изобретению вводятся дополнительные технологические операции, а именно: после очистки внутренней поверхности насосно-компрессорных труб от отложений и загрязнений осуществляют: измерение внутреннего диаметра каждой трубы и по результатам измерений рассортировывают трубы на две или три партии, а затем осуществляют калибрование каналов каждой НКТ протягиванием через каналы труб деформирующей оправки с заранее заданными размерами.

Измерение внутренних диаметров труб и их рассортировка на три группы обеспечивает уменьшение разброса диапазона размеров внутренних диаметров в три раза - с 3,8 мм до 1,3 мм в каждой группе труб, а калибрование каналов НКТ способом протягивания через них оправок с заранее заданными размерами обеспечивает уменьшение диапазона разброса значений внутренних диаметров ΔD НКТ еще как минимум в 3 раза. Это позволяет уменьшить разброс значений степеней деформаций лейнера при совместной раздаче с НКТ и, следовательно, разброс значений его удлинения.

Технический результат достигается, во-первых, измерением фактических размеров канала каждой НКТ и рассортировкой труб на две или три партии, и во-вторых, калиброванием каналов НКТ после их рассортировки по внутренним диаметрам (до лейнирования) протягиванием через каналы НКТ оправки с заранее заданными размерами.

Пример 2. Осуществили подбор НКТ БУ с внутренним диаметром от 60,4 мм до 62,3 мм. Через каналы НКТ протянули оправку диаметром 62,3 мм. Измерением внутренних диаметров НКТ после калибрования установили, что максимальный внутренний диаметр НКТ составляет 62,3 мм, а минимальный 61,7 мм. Общий разброс значений диаметров канала НКТ составил 0,6 мм вместо 3,8 мм в исходном состоянии новых НКТ.

Измерение диаметра каналов НКТ, их рассортировка по диаметрам в совокупности с калиброванием каналов НКТ обеспечивают уменьшение разницы диаметров каналов между их минимальным и максимальным значениями с 3,8 мм (исходное значение) до 0,6 мм (после рассортировки труб и калибрования каналов), т.е. более чем в 6 раз. Соответственно, во столько же раз уменьшается укорочение лейнеров при их раздаче, что улучшает управляемость процессами лейнирования НКТ и сокращает расход лейнеров в виде технологически неизбежной обрези. Максимальные уменьшения длины лейнеров при их раздаче составит около одного процента, что составляет около 100 мм при исходной длине лейнера 10000 мм, что вполне приемлемо для промышленных технологий.

С учетом изложенного технологию лейнирования НКТ необходимо осуществлять в следующей последовательности:

- после радиационного контроля НКТ, очистки наружной и внутренней поверхности НКТ от отложений и загрязнений, визуального и приборного контроля качества труб, предусмотренных известной технологией лейнирования труб (патент №2338053), осуществляются дополнительные технологические операции - измерение внутренних каналов труб и их рассортировка на две или три партии, а затем производят калибрование внутренних каналов каждой НКТ, что достигается протягиванием через каналы труб оправки с заданными размерами.

После выполнения указанных дополнительных операций выполняются остальные технологические операции, предусмотренные патентом №2338053:

- введение тонкостенной коррозионно-стойкой электросварной трубы-лейнера в канал НКТ, с предварительно нанесенным клеем-герметиком на наружную поверхность лейнера;

- совместная деформация НКТ и лейнера раздачей;

- обрезка концов лейнированных НКТ;

- выполнение резьбы на концах труб;

- навертка муфт;

- гидравлическое испытание труб;

- визуальный и приборный контроль.

Изобретение относится к ремонту нефтепромысловых труб, в частности к восстановлению НКТ. Техническим результатом является снижение материальных ресурсов и повышение производительности за счет повышения точности внутреннего диаметра НКТ. Предложен способ восстановления служебных свойств насосно-компрессорных труб лейнированием, включающий радиационный контроль НКТ, очистку наружной и внутренней поверхности труб от отложений и загрязнений, введение тонкостенной коррозионно-стойкой электросварной трубы-лейнера в канал НКТ, с предварительно нанесенным клеем-герметиком на наружную поверхность лейнера, совместную деформацию НКТ и лейнера раздачей, обрезку концов лейнированных НКТ, выполнение резьбы на концах труб, навертку муфт, гидравлическое испытание труб, визуальный и приборный контроль. При этом осуществляют операции повышения точности внутреннего канала НКТ путем измерения внутреннего диаметра труб и их рассортировки на две-три группы по диаметрам, а также калибрование внутреннего канала НКТ протягиванием через него деформационной оправки заранее заданных размеров.

Способ восстановления служебных свойств насосно-компрессорных труб лейнированием, включающий радиационный контроль НКТ, очистку наружной и внутренней поверхности труб от отложений и загрязнений, введение тонкостенной коррозионно-стойкой электросварной трубы-лейнера в канал НКТ, с предварительно нанесенным клеем-герметиком на наружную поверхность лейнера, совместную деформацию НКТ и лейнера раздачей, обрезку концов лейнированных НКТ, выполнение резьбы на концах труб, навертку муфт, гидравлическое испытание труб, визуальный и приборный контроль, отличающийся тем, что для создания условий управляемости процесса лейнирования, уменьшения затрат на лейнирование и увеличения производительности процесса осуществляют операции повышения точности внутреннего канала НКТ путем измерения внутреннего диаметра труб и их рассортировки на две-три группы по диаметрам, а также калибрование внутреннего канала НКТ протягиванием через него деформационной оправки заранее заданных размеров.