RU2487229C1

RU2487229C1 - Tubing string

Info

Publication number: RU2487229C1
Application number: RU2012105024/03A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Переседов; Николай Иванович Губа; Семен Александрович Смирнов; Андрей Николаевич Губа
Original assignee: Александр Николаевич Переседов; Семен Александрович Смирнов
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2013-07-10

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention is referred to tubing string having silicate enamel coating at inner surface. At outer surface of the string ends there is a tool for tubes connection made as threaded sections. At that according to the invention silicate enamel coating at inner surface of tubes is modelled at substrate. Substrate is formed with area having removed layer of metal surface with depth from 60 mcm up to 80 mcm. At that substrate length exceeds length of threaded section at outer surface of the tube 2.1-2.3 times.

EFFECT: increase of the string service life.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности конструкции насосно-компрессорных труб (НКТ), которые используются для добычи нефти из скважин.The invention relates to the field of oil production, in particular the design of tubing, which are used for oil production from wells.

В последнее время наблюдается существенное ухудшение эксплуатационных условий работы скважинного оборудования. Основными факторами этого являются повышенное содержание в пластовой жидкости воды и газа, высокая минерализация пластовой жидкости, повышенное содержание в ней сероводорода, наличие механических примесей, солей и парафинов. Высокая агрессивность пластовой жидкости приводит к интенсивной коррозии погружного оборудования и колонны НКТ и как результат к выходу НКТ из строя. Последнее приводит к значительному снижению добычи нефти.Recently, there has been a significant deterioration in the operating conditions of the downhole equipment. The main factors of this are the increased content of water and gas in the formation fluid, the high salinity of the formation fluid, the increased content of hydrogen sulfide, the presence of mechanical impurities, salts and paraffins. High aggressiveness of formation fluid leads to intense corrosion of submersible equipment and tubing string and, as a result, tubing failure. The latter leads to a significant decrease in oil production.

Одним из путей решения этой проблемы является защита внутренней поверхности НКТ.One way to solve this problem is to protect the inner surface of the tubing.

Известна биметаллическая насосно-компрессорная труба, образованная двумя слоями: наружный - горячекатаная труба, внутренний - труба с антикоррозионными свойствами, а между ними размещен герметизирующий материал с обеспечением его полимеризации (Патент РФ 2344266, МПК F16L 9/18, 2009 г.). Данная НКТ имеет высокие прочностные характеристики, однако она сложна в изготовлении, требует применения внутренней трубы с антикоррозионными свойствами, что приводит к увеличению ее стоимости, однако проблема защиты, особенно в зоне соединения НКТ, этой конструкцией не решена.Known bimetallic tubing formed by two layers: the outer one is a hot-rolled tube, the inner one is a pipe with anti-corrosion properties, and a sealing material is placed between them to ensure its polymerization (RF Patent 2344266, IPC F16L 9/18, 2009). This tubing has high strength characteristics, but it is difficult to manufacture, it requires the use of an inner pipe with anticorrosion properties, which leads to an increase in its cost, but the protection problem, especially in the tubing connection area, has not been solved by this design.

Известны насосно-компрессорные трубы, имеющие на внутренней поверхности тела полиуретановые покрытия, а на наружной поверхности концов - средства для соединения труб между собой в виде резьбовых участков (Патент РФ 2362942, F16L 58/02, 2009 г., а также Патент РФ 2395666, Е21В 17/01, F16L 58/02, 2010 г.). Данные НКТ имеют защиту своей внутренней поверхности от высокой агрессивности пластовой жидкости, однако не надежны. Это связано с тем, что проницаемость полиуретановых покрытий для агрессивных сред довольно высока, вследствие чего начинается подкорковая коррозия металла трубы, нарушающая адгезию покрытия с металлом и приводящая к его отслоению. Полиуретановое покрытие имеет коэффициент температурного расширения (КТР), существенно отличающийся от КТР металла. Последнее даже при незначительных колебаниях температуры транспортируемой среды в сторону ее увеличения приводит к растрескиванию покрытия и выходу из строя НКТ.Known tubing pipes having polyurethane coatings on the inner surface of the body, and means for connecting the pipes to each other in the form of threaded sections on the outer surface of the ends (RF Patent 2362942, F16L 58/02, 2009, and RF Patent 2395666, ЕВВ 17/01, F16L 58/02, 2010). These tubing have protection of their inner surface from high aggressiveness of the reservoir fluid, but are not reliable. This is due to the fact that the permeability of polyurethane coatings for aggressive environments is quite high, as a result of which subcrustal corrosion of the pipe metal begins, which disrupts the adhesion of the coating to the metal and leads to its delamination. The polyurethane coating has a coefficient of thermal expansion (KTP), which differs significantly from the KTP of the metal. The latter, even with slight fluctuations in the temperature of the transported medium in the direction of its increase, leads to cracking of the coating and failure of the tubing.

Кроме того, полиуретановое покрытие характеризуется низкой абразивостойкостью, что также уменьшает срок службы НКТ.In addition, the polyurethane coating is characterized by low abrasion resistance, which also reduces the life of the tubing.

Известна насосно-компрессорная труба, имеющая на внутренней поверхности тела диффузионное покрытие, а на наружной поверхности концов - средства для соединения труб между собой в виде резьбовых участков. Защитное покрытие содержит, мас.%: железо 6-15, цинк 84,1-93,4, медь 0,4-6, алюминий 0,2-0,3. Покрытие получают путем выдержки в диффузионной смеси в течение 1,0-3,0 часов при температуре 440°С и последующего охлаждения на воздухе (Патент РФ 2284368, F16L 58/08, 2006 г.). Данная НКТ характеризуется коррозионной стойкостью внутренней поверхности, но, поскольку поверхность диффузионного покрытия не гладкая и не имеет глянца, на ней формируются различные отложения солей, карбонатов кальция, различных сульфатов, асфальтосмолистых отложений, парафинов и др. Кроме того, диффузионное защитное покрытие, как и полиуретановые, имеет разный КТР с металлом трубы. Это обстоятельство приводит при небольшом сроке эксплуатации НКТ с изменением температур транспортируемой среды к потере покрытием адгезии с металлом и, следовательно, к отслаиванию покрытия от металла и как результат к коррозии трубы и выходу ее из строя. При температурах же эксплуатации НКТ больше 70-80°С коррозионная стойкость покрытия резко падает, т.к. под действием минерализованных солей транспортируемой среды оно начинает растворяться. Более того, в составе диффузионного покрытия преобладает цинк, а также медь и алюминий. Указанные компоненты являются достаточно мягкими для абразивных включений, находящихся в транспортируемой среде, поэтому это покрытие неустойчиво к абразивному износу. Все указанное значительно сокращает срок службы данной НКТ.Known tubing having a diffusion coating on the inner surface of the body, and means for connecting the pipes together in the form of threaded sections on the outer surface of the ends. The protective coating contains, wt.%: Iron 6-15, zinc 84.1-93.4, copper 0.4-6-6, aluminum 0.2-0.3. The coating is obtained by holding in a diffusion mixture for 1.0-3.0 hours at a temperature of 440 ° C and subsequent cooling in air (RF Patent 2284368, F16L 58/08, 2006). This tubing is characterized by the corrosion resistance of the inner surface, but since the surface of the diffusion coating is not smooth and does not have gloss, various deposits of salts, calcium carbonates, various sulfates, asphalt-tar deposits, paraffins, etc. are formed on it. In addition, the diffusion protective coating, like polyurethane, has different KTP with metal pipes. This circumstance leads to a short life of the tubing with a change in the temperature of the transported medium to the loss of adhesion to the coating by the coating and, consequently, to peeling of the coating from the metal and, as a result, to pipe corrosion and failure. At tubing operating temperatures of more than 70-80 ° С, the corrosion resistance of the coating drops sharply, because under the action of the mineralized salts of the transported medium, it begins to dissolve. Moreover, zinc as well as copper and aluminum predominate in the diffusion coating. These components are soft enough for abrasive inclusions located in the transported medium, so this coating is unstable to abrasion. All of the above significantly reduces the life of this tubing.

Наиболее близкой из аналогов является насосно-компрессорная труба, имеющая на внутренней поверхности тела силикатно-эмалевое покрытие, а на наружной поверхности концов - средства для соединения труб между собой в виде резьбовых участков (Патент РФ 31256, Е21В 17/01, 2003). Данная конструкция обеспечивает благодаря силикатно-эмалевому покрытию хорошую проходимость агрессивной пластовой жидкости из-за хорошего сцепления и гладкой поверхности покрытия, а также хорошую защиту изнутри тела трубы за счет близости КТР покрытия и металла, за исключением концевых участков НКР. Действительно, при нарезке резьбовых участков, которая осуществляется после нанесения силикатно-эмалевого покрытия, а также при последующем навертывании муфт с усилием 50-100 кг/м за счет сжимающих усилий происходит скалывание покрытия с концевых участков трубы, появляются шероховатые незащищенные участки, приводящие к появлению коррозии и выходу НКТ из строя.The closest of the analogues is a tubing, having a silicate-enamel coating on the inner surface of the body, and means for connecting the pipes together in the form of threaded sections on the outer surface of the ends (RF Patent 31256, EV 21/01, 2003). Due to the silicate-enamel coating, this design provides good permeability of aggressive formation fluid due to good adhesion and a smooth coating surface, as well as good protection from the inside of the pipe body due to the proximity of the KTP coating and metal, with the exception of the end sections of the NKR. Indeed, when cutting threaded sections, which is carried out after applying a silicate-enamel coating, as well as during subsequent winding up of couplings with a force of 50-100 kg / m due to compressive forces, the coating is chipped from the end sections of the pipe, rough unprotected sections appear, leading to the appearance of corrosion and tubing failure.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование конструкции насосно-компрессорной трубы путем формирования специальной подложки под покрытием на внутренней поверхности трубы, в результате чего повышается срок службы трубы.The objective of the present invention is to improve the design of the tubing by forming a special substrate under the coating on the inner surface of the pipe, thereby increasing the service life of the pipe.

Поставленная задача решена тем, что в насосно-компрессорной трубе, имеющей на внутренней поверхности тела силикатно-эмалевое покрытие, а на наружной поверхности концов - средства для соединения труб в виде резьбовых участков, согласно изобретению, на концевых участках трубы силикатно-эмалевое покрытие внутренней поверхности трубы сформировано на подложке, образованной зоной со снятым слоем поверхности металла глубиной от 60 мкм до 80 мкм, при этом длина подложки превышает длину резьбового участка на наружной поверхности трубы в 2,1-2,3 раза.The problem is solved in that in the tubing, having on the inner surface of the body a silicate-enamel coating, and on the outer surface of the ends - means for connecting pipes in the form of threaded sections, according to the invention, on the end sections of the pipe a silicate-enamel coating of the inner surface the pipe is formed on a substrate formed by a zone with a removed layer of a metal surface with a depth of 60 μm to 80 μm, while the length of the substrate exceeds the length of the threaded section on the outer surface of the pipe by 2.1-2.3 times.

Заявляемые параметры получены опытным путем. В процессе подбора параметров подложки было установлено, что при выходе за предлагаемые ее пределы в сторону уменьшения наблюдалось скалывание покрытия при нарезке резьбовых участков и наворачивании муфт, а увеличение параметров ведет к увеличению неоправданных расходов на изготовление НКТ.The claimed parameters are obtained experimentally. In the process of selecting the parameters of the substrate, it was found that when going beyond the proposed limits to the side of reduction, chipping of the coating was observed when cutting threaded sections and wound couplings, and an increase in parameters leads to an increase in unjustified expenses for the manufacture of tubing.

Отличием предлагаемой трубы от наиболее близкого из аналогов является выполнение на теле трубы специальной подложки, характеризующейся указанными параметрами.The difference between the proposed pipe and the closest of the analogues is the implementation on the pipe body of a special substrate, characterized by the specified parameters.

Техническим результатом от применения предлагаемой насосно-компрессорной трубы по сравнению с наиболее близким из аналогов является повышение срока ее службы, а следовательно достижение возможности увеличения добычи нефти.The technical result from the use of the proposed tubing in comparison with the closest of the analogues is to increase its service life, and therefore achieve the possibility of increasing oil production.

Это связано с тем, что выполнение предложенной специальной подложки позволяет повысить надежность покрытия на концевых участках и тем самым практически достичь равенства сроков службы покрытия и тела трубы путем повышения сцепления покрытия с металлом на концевых участках за счет обеспечения реакции взаимодействия покрытия и металла в зоне подложки.This is due to the fact that the implementation of the proposed special substrate makes it possible to increase the reliability of the coating at the end sections and thereby practically achieve the same service life of the coating and the pipe body by increasing the adhesion of the coating to the metal at the end sections by providing a reaction between the coating and the metal in the substrate zone.

На чертеже представлена предлагаемая конструкция НКТ.The drawing shows the proposed design of the tubing.

Заявляемая конструкция НКТ включает металлическую трубу 1, имеющую на внутренней поверхности тела силикатно-эмалевое покрытие 2, а на наружной поверхности концов - средство для соединения труб в виде резьбовых участков 3, при этом на концевых участках трубы силикатно-эмалевое покрытие 2 внутренней поверхности трубы сформировано на подложке 4, образованной зоной со снятым слоем поверхности металла глубиной h от 60 мкм до 80 мкм, при этом длина подложки превышает длину резьбового участка на наружной поверхности трубы в 2,1-2,3 раза.The inventive design of the tubing includes a metal pipe 1 having a silicate-enamel coating 2 on the inner surface of the body and a means for connecting pipes in the form of threaded sections 3 on the outer surface of the ends, while a silicate-enamel coating 2 of the inner surface of the pipe is formed on the pipe ends on the substrate 4, formed by the zone with the removed layer of the metal surface with a depth h from 60 μm to 80 μm, while the length of the substrate exceeds the length of the threaded section on the outer surface of the pipe by 2.1-2.3 times.

Примеры конкретного выполнения НКТ.Examples of specific tubing.

На концах бесшовных горячекатаных труб из стали 36Г2С диаметром 73 мм с толщиной стенки 5,5 мм группы прочности Е (ГОСТ Р52203-2004) выполнялись подложки путем снятия слоя металла на концевых участках и глубиной от 60 мкм до 80 мкм с длиной подложки, превышающей длину резьбового участка на наружной поверхности трубы в 2,1-2,3 раза. Для снятия слоя использовали осевую шлифовальную машинку с диаметром абразивного круга 50 мм. После чего трубы подвергались дробеструйной очистке и последующему нанесению на внутренние поверхности смеси силикатных эмалей ЭСТ-2 по ТУ У 3.17-04637622-172-95 и ЭСТ-7 по ТУ У 23371749-005-96. После сушки и обжига получили гладкие блестящие поверхности покрытия. Прочность на удар покрытия концевых участков составила более 10 Дж (10 Дж - максимальный предел измерения прибора У-1а (ГОСТ 4765-73)), тогда как на остальной внутренней поверхности она составила 3-3,8 Дж.At the ends of seamless hot-rolled pipes made of 36G2S steel with a diameter of 73 mm and a wall thickness of 5.5 mm of strength group E (GOST R52203-2004), substrates were made by removing a metal layer at the end sections and from a depth of 60 μm to 80 μm with a substrate length exceeding the length the threaded section on the outer surface of the pipe is 2.1-2.3 times. To remove the layer, an axial grinding machine with an abrasive wheel diameter of 50 mm was used. After that, the pipes were subjected to bead-blasting cleaning and subsequent application to the inner surfaces of a mixture of silicate enamels EST-2 according to TU U 3.17-04637622-172-95 and EST-7 according to TU U 23371749-005-96. After drying and firing, smooth shiny coating surfaces were obtained. The impact resistance of the coating of the end sections was more than 10 J (10 J is the maximum measurement limit of the U-1a device (GOST 4765-73)), while on the rest of the inner surface it was 3-3.8 J.

Было изготовлено 1000 шт. труб, которые успешно прошли нарезку резьбовых участков и навертывание муфт с необходимым усилием, причем скалывание силикатно-эмалевого покрытия не наблюдалось как по всей длине, так и на концевых участках. Срок работы колонны из этих НКТ без ремонта более двух лет.1000 pieces were made. pipes that have successfully passed the cutting of threaded sections and screwing up the couplings with the necessary effort, and chipping of the silicate-enamel coating was not observed both over the entire length and at the end sections. The life of the string from these tubing without repair is more than two years.

НКТ диаметром 73 мм с толщиной стенки 5,5 мм изготовлены по ГОСТ Р52203-2004 являются представителями в сортаментном диапазоне, поэтому при определении параметров, оговоренных в формуле изобретения, были использованы именно эти трубы.The tubing with a diameter of 73 mm and a wall thickness of 5.5 mm manufactured in accordance with GOST R52203-2004 are representatives in the assortment range, therefore, when determining the parameters specified in the claims, these pipes were used.

Результаты определения параметров приведены в Таблице 1.The results of the determination of the parameters are shown in Table 1.

Таблица 1Table 1 № п/пNo. p / p Геометрические размеры труб по ГОСТу (диаметр, толщина стенки), ммThe geometric dimensions of the pipes according to GOST (diameter, wall thickness), mm Количество труб, шт.Number of pipes Толщина стенки трубы на концевых участках, мкмThe wall thickness of the pipe at the end sections, microns Толщина стенки трубы после обработки шлифма шиной, мкмThe wall thickness of the pipe after processing the grinding tire, microns Толщина снятого слоя металла, мкмThe thickness of the removed metal layer, microns Длина зоны подложки со снятым слоем металла, мкмThe length of the zone of the substrate with the removed metal layer, microns Качество покрытия на концевых участках после испытанийThe quality of the coating at the end sections after testing 1one 73×5,573 × 5.5 8383 51755175 51025102 72,472,4 143,6143.6 Гладкое, блестящее, без трещин и сколовSmooth, shiny, no cracks or chips 22 73×5,573 × 5.5 77 54695469 53955395 74,374.3 120120 Радиальные сколы в зоне перехода снятого слоя на необработанную поверхностьRadial chips in the transition zone of the removed layer to the untreated surface 33 73×5,573 × 5.5 99 53665366 53145314 52,652.6 140,9140.9 Микротрещины, точечные уколы по всей длине зоныMicrocracks, pin shots along the entire length of the zone 4four 73×5,573 × 5.5 2121 53655365 52695269 95,295.2 160,2160,2 Гладкое, блестящее, без трещин и сколовSmooth, shiny, no cracks or chips

ПримечаниеNote

1. В параметрах таблицы приведены усредненные данные.1. The parameters of the table show averaged data.

2. Толщина покрытия находилась в пределах 260-320 мкм (средняя 290 мкм), была одинакова для всех вариантов подбора параметров подложки и обеспечивалась реологическими характеристиками шликера.2. The coating thickness was in the range of 260-320 μm (average 290 μm), was the same for all options for selecting the parameters of the substrate, and was provided by the rheological characteristics of the slip.

В процессе подбора параметров подложки было установлено, что при выходе за предлагаемые ее пределы в сторону уменьшения наблюдалось скалывание покрытия при нарезке резьбовых участков и наворачивании муфт, а увеличение параметров ведет к увеличению неоправданных расходов на изготовление НКТ.In the process of selecting the parameters of the substrate, it was found that when going beyond the proposed limits to the side of reduction, chipping of the coating was observed when cutting threaded sections and wound couplings, and an increase in parameters leads to an increase in unjustified expenses for the manufacture of tubing.

Конструкция НКТ, изготовленная в соответствии с наиболее близким из аналогов в связи с коррозией НКТ на концевых участках из-за радикальных сколов, вышла из строя уже через 5-6 месяцев.The design of the tubing, made in accordance with the closest of the analogues due to corrosion of the tubing at the end sections due to radical chips, failed after 5-6 months.

Таким образом, предлагаемая конструкция НКТ характеризуется увеличенным в 4-5 раз сроком службы.Thus, the proposed design of the tubing is characterized by a 4-5 times longer service life.

Claims

A tubing having a silicate-enamel coating on the inner surface, and thread-connecting means on the outer surface of the ends, characterized in that a silicate-enamel coating of the inner surface of the pipe is formed on the end sections of the pipe on a substrate formed by a zone a removed layer of a metal surface with a depth of 60 μm to 80 μm, while the length of the substrate exceeds the length of the thread on the outer surface of the pipe by 2.1-2.3 times.