Замок (муфта-переходник) с износостойкими резьбами для насосно

Опыт промышленного применения замковых соединений для технологических насосно-компрессорных труб и перспектива их применения в составе эксплутационных колонн НКТ.

Замком НКТ, по аналогии с бурильными замками, названо соединение, состоящее из муфты,изготовленной согласно ГОСТ 633-80 и оригинального переходника, имеющего с одного конца внутреннюю муфтовую резьбу, а с другого - ниппельную резьбу НКТ. При сборке на стандартную насосно-компрессорную трубу с одного конца навинчивается муфта, а на другой конец переходник. В результате в собранном виде НКТ с замком с одного конца имеет муфтовую резьбу, а с другого - ниппельную. В отличие от резьб стандартных насосно-компрессорных труб, которые в силу технологической сложности никак не упрочняются и работают в "сыром" виде, резьбы замкового соединения могут быть значительно упрочнены путем объемной термической и поверхностной химико-термической обработки. Использование в качестве материала замкового соединения качественной легированной стали дает возможность дополнительно повысить комплекс механических свойств замковых резьб.

1. Исполнение.

Геометрические параметры муфтовых и ниппельных резьб соответствуют ГОСТ 633-80. Геометрическое исполнение муфты согласно ГОСТ 633-80. Наружный диаметр переходника равен наружному диаметру муфты, а внутренний диаметр переходника равен внутреннему диаметру соответствующей насосно-компрессорной трубы.

Особенности исполнения:

1.1 Муфтовый патрубок с удлиненным переходником (рис. 1а). При таком исполнении спайдер удерживает колонну НКТ за муфту, а ключом осуществляется захват за переходник. Не повреждается тело труб, исключается риск отворота муфт и переходников в месте их соединения с трубами. Возможно применение с любыми ключами и спайдерами, в том числе и импортными (Oil-Country, Ekkel).

1.2 Стандартная муфта с длинным переходником (рис. 1б). При таком исполнении спайдер удерживает нижнюю трубу за тело, а ключом осуществляют захват за переходник. Возможно применение с любыми ключами и спайдерами, в том числе и импортными (Oil-Country, Ekkel).

1.3 Стандартная муфта с коротким переходником (рис. 1в). Возможно применение с российскими ключами. При работе ключами Oil-Country захват трубы происходит по телу. Необходима дополнительная фиксация соединений с помощью герметика, например УС-1 (ТУ-38-101440-74).

1.4 Исполнение резьбы в местах присоединения муфты к трубе и переходника к трубе - 10 ниток на дюйм. Исполнение "рабочих" муфтовой резьбы и ниппельной резьбы на переходнике - 8 ниток на дюйм. При таком варианте исполнения резьб существенно уменьшается вероятность отворота в местах соединения муфты и переходника с трубой. На 20% снижаются затраты времени на спуско-подъемные операции.

2. Назначение.

Основное применение замка - в составе технологических колонн НКТ, используемых на операциях ПРС и КРС. Для минимизации повреждения труб желательно использовать замки в вариантах с длинными муфтами и переходниками. С целью уменьшения стоимости замка можно использовать длинный переходник в сочетании с короткой муфтой, так как тело труб в меньшей степени повреждается вкладышами спайдера, чем плашками ключей. С целью увеличения ресурса замков технологических НКТ желательно применять для их изготовления легированные хромо-никель-молибденовые конструкционные стали.

3. Особенности свинчивания замка с трубами.

Важным условием, определяющим надежность работы НКТ с замками, являются моменты свинчивания муфты и переходника с трубой. В соответствии с РД-39-136-95 при свинчивании должны применяться максимальные моменты, рекомендуемые для труб определенной категорией прочности. Конкретные значения этих моментов приводятся в Технических условиях на замковые соединения. Учитывая, что соединение замка с трубой последующей разборке не подлежит, на практике рекомендуется использовать при свинчивании максимальный момент, развиваемый муфтонаверточным станком (но не более 350 кгс*м).

С целью дополнительной гарантии от отворотов в местах соединения зам-ка с трубой рекомендуется при первоначальной сборке использовать герметик УС-1 (ТУ 38-101440-74).

4. Опыт практического использования замков.

С 1998 года замки для технологических и буровых работ поставляются и используются в следующих предприятиях: ОАО НК "ТНК" (ОАО "Самотлорнефтегаз"(ЗАО "Самотлорское УПНПиКРС"), ОАО "Белорусское УПНПиКРС", ЗАО "БелКаРС", ЗАО "СПРС" г.Нижневартовск, ОАО "ТНК-Нижневартовск" г.Нижневартовск, ОАО "Тюменьнефтегаз" г.Тюмень, ОАО "Оренбургнефть" г. Оренбург), ОАО НК "ЮКОС" (ОАО "Самаранефтегаз" (НГДУ"Багатовскнефть"), ОАО "Томскнефть" (Стрежевское НГДУ), ОАО "ЮГАНСКНЕФТЕГАЗ" (ДОМНГ), ЗАО "ЛУКОЙЛ-Пермнефть" (Осинское НГДУ), ЗАО "ЛУКОЙЛ-Бурение-Пермь" (Осинский филиал), ОАО "ЧУРС" г. Чернушка Пермск. обл., ОАО "Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз" г.Ноябрьск, ОАО АНК "Башнефть", ЗАО "Удмуртнефть-Бурение" г.Ижевск, ООО "Лукойл-Западная Сибирь" (ТПП "Урайнефтегаз", ТПП "Покачевнефтегаз"), ОАО "Роснефть-Пурнефтегаз" и др.

В общей сложности за период с сентября 1999 г. по июль 2004 г. выпущено более 130 000 замков. Гарантированный срок эксплуатации замков на технологических операциях - не менее 100 СПО. Первые поставленные в эксплуатацию замки отработали на данный момент более 250 СПО и продолжают эксплуатиро-ваться.

Экономический эффект от применения замковых соединений по данным ЗАО "Самотлорское УПНП и КРС" достигает 3 500 000 рублей на одну подвеску НКТ, оснащенную замками (300 шт.), учитывает все первоначальные затраты на приобретение труб и замков и складывается из:

возможности не приобретать 5 колонн НКТ (1500 труб);
возможности не проводить 30 ремонтов колонн НКТ (9000 труб).

5. Основные преимущества замков с износостойкими резьбами.

Многократное увеличение количества СПО, выполняемых колоннами НКТ, оснащенными замками, без проведения ремонта.
Возможность уменьшения длительности СПО.
Возможность применения на технологических операциях более дешевых труб с меньшей категорией прочности.
Возможность применения замков для ремонта высаженных труб (в т.ч. труб категории N 80 по API).
Возможность исключить повреждения поверхности труб сухарями ключа и спайдера.

6. Применение замков для эксплутационных НКТ.

Если техническая и экономическая целесообразность применения замковых соединений для технологических НКТ является очевидной, то применение подобных соединений для эксплутационных НКТ даст эффект только при выпол-нении ряда условий.

Во-первых, применение замковых соединений будет целесообразно только в составе таких эксплуатационных колонн, с которыми в силу различных причин часто проводятся спуско-подъемные операции (3-4 раза в год и более). В этом случае, например за 10 лет эксплуатации труб резьба гарантированно выдерживает 30-40 СПО и исключается необходимость проведения, как минимум 8-ми ре-монтов (ремонт новой трубы проводится через 8 СПО и каждый последующий че-рез 3 СПО), а также исключается необходимость приобретения на замену выбывших, как минимум одного комплекта труб (полная замена труб осуществляется через 8 ремонтов).

Во-вторых, эксплуатационный ресурс труб, определяющийся в первую очередь их коррозионной стойкостью, должен быть сопоставим с гарантированным ресурсом замков. То есть срок службы труб в условиях коррозионного воздействия сред должен быть не меньше 10 лет.

Наконец, в-третьих, суммарные затраты на приобретение труб, оснащенных замками, за сопоставимый период, должны быть меньше затрат на трубы без замковых соединений.

При выполнении этих условий применение замковых соединений для эксплуатационных НКТ уже оправдано, даже без учета дополнительного эффекта от повторного использования замков, от уменьшения простоев при проведении СПО, от сокращения транспортных операций и т.д.

Выполнение перечисленных условий возможно и обеспечивается следующим:

В ОАО "ПНИТИ" разработана упрощенная конструкция замка с укороченным переходником, изготовленная из минимально легированной стали с упрощенной термической обработкой. Однако, даже при этих условиях замок обеспечивает выполнение не менее 50 СПО, что вполне достаточно для эксплуатационной НКТ. Стоимость такого замка почти в два раза ниже, чем замка для технологических НКТ.
В ОАО "ПНИТИ" и ОАО "ВНИИТНефть" разработана новая технология поверхностной защиты замков - антикоррозионное азотирование. Применение этой технологии позволяет получить в поверхностном слое деталей однородную структуру азотистого аустенита, которая обладает твердостью до 400-500HV, значительно уменьшает вероятность сульфидно-коррозионного растрескивания под напряжением (СКРН) в средах с повышенным содержанием сероводорода. Стоимость такой обработки, незначительно выше, чем стоимость обычного ионного азотирования, применяемого для получения высокой твердости до 1000HV.
В ОАО "ВНИИТНефть" разработаны марки сталей и технология термической обработки для насосно-компрессорных труб обеспечивающие в совокупности высокую стойкость труб в условиях СКРН. Эти трубы опробованы с положительным результатом на Самотлорском месторождении и Кокуйском месторождении ("Лукойл-Пермнефть"). Стоимость таких труб, оснащенных замками, в 1,5 раза выше, чем серийно выпускаемых НКТ с муфтами.

7. Правовая охрана.

Технические решения по конструкции износостойких замковых соединений для насосно-компрессорных и бурильных труб являются новыми и защищены свидетельствами на ПМ №10823, 14995, а также патентом РФ №2168102.