Методические основы разработки технических требований к полимерным покрытиям внутренней поверхности НКТ Макаренко А.В. (Техно Сервис Интернэшнл), Протасов В.Н. (РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина)

Статистические данные о дефектах, возникающих в НКТ при различных способах добычи нефти, и частоте их проявления ПредприятиеОтчетный период Тип насоса Причина отказа Потеря герметичности колонн НКТИзлом НКТ по резьбовому соединению (полет НКТ) Сужение проходного сечение колонны НКТ Отверстия в теле НКТ Трещины в теле НКТ Протирание стенки НКТ ТПП «Лангепаснефтегаз» 2006г.УЭЦН62-1- УСШН ОАО «ТНК – Нижневартовск» 2006г.УСШН-3331 ТПП «Усинскнефтегаз» 2007г.УЭЦН

Виды дефектов, образующихся в теле НКТ при эксплуатации скважин УЭЦН и УСШН, и вызывающие их процессы Процессы, вызывающие образование дефектов НКТ и их соединений Виды дефектов Излом НКТ Сквозные раковины в теле НКТ Сквозные трещины в теле НКТ Утонение стенки НКТУменьшение внутреннего сечение НКТ Коррозионно- механическое изнашивание (при эксплуатации УСШН) + Электрохими- ческая коррозия + Коррозионная усталость + Коррозионное растрескивание ++ Сульфидное растрескивание ++ Адсорбция твердых отложений +

Функции внутреннего покрытия НКТ в добывающих скважинах Функции покрытияОбласть применения Эксплуатация скважин УСШН Эксплуатация скважин УЭЦН 1.Защита НКТ от коррозии, коррозионного растрескивания (КР) и коррозионной усталости ++ 2.Защита НКТ от сульфидного растрескивания в серовородсодержащих средах ++ 3.Предотвращение образования отложений АСП и минеральных солей на внутренней поверхности НКТ ++ 4.Снижение сопротивления НКТ движению потока жидкости ++ 5.Защита НКТ от износа в паре трения со штанговой муфтой +

Требуемые свойства покрытия Функции покрытия Защита НКТ от корро- зии, КР и коррозион- ной устало- сти Защита НКТ от сульфид- ного растрес- кивания Защита НКТ от отложений АСП и минеральных солей Снижение гид- равлического сопротивления НКТ Защита НКТ от износа в паре трения со штанго- вой муфтой 1.1.Предотвращение коррозии стали в минерализованной водной среде + 2.Предотвращение коррозионного растрескивания (КР) стали в минерали- зованной водной среде + 3.Предотвращение коррозионной усталости стали в минерализованной водной среде + 4.Предотвращение охрупчивания стали в сероводородсодержащей водной среде + 5.Сцепление с твердыми отложениями АСП и минеральных солей + 6.Износостойкость в паре трения с более жестким контртелом + 7.Шероховатость поверхности + 8.Дефектность внешняя Адгезия ++ 10Диэлектрическая сплошность ++ 11Геометрические размеры ++++ Свойства покрытия НКТ, определяющие его способность выполнять заданные функции

Компоненты эксплуатационной и технологической среды активные по отношению к покрытию Модельная среда Обезвоженн ая нефть 3%-ный водный раствор NaCl Пары смеси керосина с толуолом в соотношени и 1:1 Серово- дородсо- держащая водная среда NACE Вода, содержащая К мак, % кварцевого песка 15% водный раствор соляной кислоты Нефть + Вода пластовая + Свободный углево- дородный газ + Водный раствор сероводорода + Механические примеси в жидкой среде, К% + 15%-ный водный раствор соляной кислоты + Компоненты эксплуатационных и технологических сред, способные вызвать изменение свойств покрытия, определяющих его требуемое качество, и моделирующие их среды при испытаниях в лабораторных условиях

Виды внешних воздействий на внутреннее покрытие НКТ, моделирующие их виды воздействий в лабораторных условиях и свойства покрытия, контролируемые при этих воздействиях

Показатели требуемых свойств покрытия НКТ в исходном состоянии и после различных видов внешнего воздействия, и нормы на эти показатели

Методика разработки технических требований к внутреннему покрытию НКТ для конкретного месторождения Этап 1. Определяют требуемые функции покрытия НКТ для рассматриваемого месторождения.(слайд 4) Этап 2. Формируют комплексы требуемых свойств покрытия НКТ по каждой выполняемой функции. (слайд 5) Этап 3. Систематизируют виды внешних воздействий на НКТ с внутренним покрытием на конкретном месторождении, моделирующие их воздействия при испытаниях покрытия в лабораторных условиях и свойства покрытия, которые контролируют при этих воздействиях.(слайд 7) Этап 4. Систематизируют показатели выбранных свойств покрытия и нормы на эти показатели (слайд 9)

Метод контроля адгезии покрытия НКТ в исходном состоянии и при различных внешних воздействиях Схема образца для контроля адгезии покрытия Схема клеевого соединения грибка с покрытием Схема контроля адгезии покрытия методом отрыва грибка 1-грибок; 2-хвостовик; 3-клеевой слой; 4-покрытие; 4-сегмент из НКТ 1 – скоба; 2 – винт упорный; 3 –хвостовик; 4, 7 - захваты; 5 – грибок; 6 – сегмент НКТ с покрытием

Схема приспособления для формирования слоя твердых отложений во внутренней полости образца с покрытием Удельное усилие сдвига, МПа где F - площадь контакта слоя отложений с поверхностью покрытия; D - внутренний диаметр формочки, используемый для формирования слоя отложений на поверхности покрытия Метод контроля сопротивления сдвигу отложений АСП минеральных солей относительно поверхности полимерного покрытия Образец 1 – сегмент НКТ; 2 - покрытие Схема приспособления для испытаний на сдвиг отложений твердых веществ на поверхности покрытия 1–покрытие НКТ; 2 – сегмент НКТ; 3–слой отложений; 4–ячейка; 5 – динамометр 1 – покрытие НКТ; 2 – сегмент НКТ; 3-слой отложений; 4 – ячейка

Узел трения лабораторной установки для испытаний на изнашивание 1 – ванночка; 2 - ; 3 – регулировочная пружина; 4 – нажимной винт; 5 – пластина для крепления контртела; 6 – контртело; 7 – образец с покрытием Метод контроля сопротивления покрытия изнашиванию в паре трения со штанговой муфтой Кинематическая схема лабораторной установки для контроля сопротивления внутреннего полимерного покрытия НКТ механическому изнашиванию 1 – электродвигатель постоянного тока; 2,3 - шкив; 4 – вал; 5 – опора; 6 – эксцент- рик; 7 - подшипник; 8 - шатун; 9 – опора направляющей; 10 - направляющая; 11 – образец с покрытием; 12 – контртело; 13 - пружина; 14 – ползун.

Метод контроля диэлектрической сплошности внутреннего покрытия НКТ при действии контактной нагрузки на наружную поверхность НКТ Расчетная схема контактного нагружения патрубка с внутренним полимерным покрытием Р мах =, где - предел текучести металла образца; - толщина стенки образца; l – ширина образца; Д – наружный диаметр образца. Схема испытания покрытия на сопротивление растрескиванию при заданной величине усилия сжатия образца 1 - патрубок НКТ с покрытием; 2 – траверса верхняя; 3 – траверса нижняя

где - предел текучести металла образца; - толщина стенки образца; l – ширина образца; Д – наружный диаметр образца.