Бурильные трубы с внутренним покрытием

Бурильные трубы применяются для спуска и подъёма породоразрушающего инструмента в скважину. Они также предназначены для передачи вращения долоту, восприятия реактивного момента двигателя, передачи бурового раствора на забой скважины, для привода двигателя, очистки его от разбуренной породы и охлаждения долота. Во время эксплуатации бурильные трубы подвергаются повышенным нагрузкам, особенно при больших глубинах бурения, при интенсивном вращении, при работе с агрессивными средами, при работе в искривлённых и горизонтальных скважинах.
Для бурения нефтедобывающих и газодобывающих скважин большинство буровых растворов готовится на водной основе. Вода растворяет соли и агрессивные компоненты пластов. Такой раствор может вызывать очень сильную точечную коррозию. Данная проблема усугубляется наличием кислорода, который захватывается при циркуляции бурового раствора через вибросито и приемную емкость для бурового раствора, что еще больше усиливает коррозионное действие бурового раствора. Коррозия может усиливать напряжения, возникающие в бурильных трубах во время бурения, что будет приводить к быстрому росту усталостных трещин и, в конце концов, к катастрофическому разрушению труб. Усталостного разрушения происходит вблизи высаженной зоны трубы, в которой уменьшение толщины стенок трубы от бурильного замка до тела трубы приводит к локализации напряжений вблизи зоны высадки и может вызвать приводящее к большим убыткам разрушение на сравнительно ранней стадии срока службы трубы. При бурении на месторождениях находящихся в эксплуатации более 10 лет повышается коррозионная активность пластовых сред. Увеличиваются затраты и убытки за счет преждевременного выхода из эксплуатации бурильного инструмента.
БМЗ ОАО «Татнефть» с 2007 года наносит на внутреннюю поверхность бурильных труб (БТ) износостойкие и термостойкие покрытия.
Внутреннее покрытие состоящее из полимерного покрытия ТК-34 Р по праймеру ТК 8007. Это покрытие БТ обладает улучшенными характеристиками и устойчивостью к воздействию температуры, кислот и абразивному износу. Покрытие в виде тонкой пленки, специально разработанное для повышения гибкости с сохранением повышенной стойкости к коррозии в широких диапазонах pH. Конструкция покрытия такова, что сохраняет прочность даже в условиях переменных нагрузок во время бурения. Покрытие останавливает точечную коррозию, которая может привести к коррозионному растрескиванию под нагрузкой, эрозии и излому трубы при скручивании. Зарегистрировано увеличение срока службы буровой трубы в три – четыре раза по сравнению с БТ без покрытия.

Без использования правильной технологии нанесения даже самые лучшие покрытия не будут обеспечивать получение ожидаемых характеристик, так как сцепление с поверхностью трубного изделия является одним из наиболее критически-важных факторов для обеспечения длительной работы покрытия.
Технологический процесс нанесения внутреннего покрытия на Бугульминском механическом заводе предусматривает следующие этапы
Этап 1. Первым этапом процесса нанесения покрытия является тщательная термическая очистка трубных изделий с целью удаления любых остатков углеводородов. Для этой цели используется предварительный обжиг трубы при температуре ~400 °С и продолжительностью до 8 часов.
Этап 2. Производится абразивоструйная обработка оксидом алюминия, создающая структуру неровностей, являющаяся оптимальной для адгезии. В качестве стандарта абразивоструйной обработки использует получение белой металлической поверхности по NACE № 1, что позволяет обеспечить самый высокий уровень качества.
Этап 3. Для нанесения покрытия используется специальная система вращения и распыления, позволяющая равномерно наносить соответствующее покрытие на поверхность трубного изделия. После нанесения покрытия производится спекание композиции, и происходит частичное затвердевание слоя.
Этап 4. Окончательным этапом является отверждение внутреннего покрытия трубного изделия, которое вызывает образование поперечных связей в термореактивных полимерах между слоем (слоями) грунтовки с верхним слоем (слоями), вследствие чего образуется однородное покрытие, которое затем подвергается стандартным методам контроля качества.
В результате этого получается высококачественное и надежное покрытие, обеспечивающее максимальную защиту от коррозии и механического износа в течение многих лет эксплуатации.
Покрытие устойчиво ко всем типам бурового раствора и успешно используется в геотермальных скважинах, в условиях высокого давления и механических нагрузках. Покрытие порошком, наносимым методом сплавления. Покрытие обладает повышенной устойчивостью к механическому износу, всем видам буровых растворов при температуре до 2000С. По данным, предоставленным фирмой «Тюбоскоп-Ветко», являющей разработчиком материала и оборудования, за счет применения бурильных труб с внутренним покрытием при бурении скважин можно получить:
1.Технологические эффекты направлены на:
1.1. увеличение среднего срока службы бурильных труб более чем в 2 раза;
1.2. уменьшение гидравлических потерь более чем на 10%;
1.3. уменьшение энергетических затрат при бурении, особенно при глубине более1000 м., экономия составляет более 20%;
1.4. уменьшение количества спуска - подъемных операций за счет уменьшения отказов бурильных колон более чем в два раза;
1.5. увеличивается межремонтный период бурильных труб в 1,5 раза;
Большая часть мощности, необходимой для перекачивания буровых растворов, расходуется на преодоление сопротивления трения о внутреннюю поверхностью колонны бурильных труб. Однако так как поверхности с покрытием являются намного более гладкими, чем стальные поверхности, они создают очень малое сопротивление для потоков жидкостей.
Препятствия, создаваемые отложениями солей, парафина или асфальтена, могут ухудшать гидравлические характеристики трубопровода. Покрытия создают гладкую, инертную, устойчивую к трению поверхность, которая приводит к тому, что парафин и большая часть карбонатных и сульфатных солевых отложений смываются с поверхности трубы еще до того, как они могут затвердеть и пристать к поверхности покрытия. Это происходит за счёт уменьшения силы поверхностного натяжения и межмолекулярных сил притяжения транспортируемых веществ к покрытию, а также за счёт уменьшения шероховатости поверхности покрытия.
2. Уменьшение аварийных выходов бурильной колонны из - за разрушения бурильной трубы при бурении.
3. Увеличения объёма проходки на бурильные трубы
4. Покрытие улучшает гидравлические характеристики потока в бурильной колонне. Снижается потребление энергии на 10 – 25% вследствие снижения поверхностного трения при движении раствора внутри бурильной трубы.
Экономические преимущества при использовании буровых труб с покрытием очевидны.
График доказывает экономическую выгоду применение бурильных труб с внутренним покрытием, особенно при повторном нанесении покрытия на внутреннюю поверхность. Даже через 7 лет напряжённой работы при бурении в осложнённых скважин и в условиях агрессивных сред, бурильная колонна с внутренним покрытием остаётся работоспособной.