image
energas.ru

Газовая промышленность № 12 2017

Освоение шельфа

01.12.2017 11:00 РАЗРАБОТКА И ОСВОЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА ОБСАДНЫХ ТРУБ ИЗ СТАЛИ 13Cr С РЕЗЬБОВЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ КЛАССА ПРЕМИУМ ДЛЯ МОРСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПАО «ГАЗПРОМ»
В статье рассмотрены промежуточные результаты реализации Программы импортозамещения трубной продукции в соответствии с договором будущей вещи на серийное производство и поставку, техническое, ремонтное и сервисное обслуживание импортозамещающей продукции под гарантированные объемы поставок будущих лет между ПАО «ТМК» и ПАО «Газпром». Договор распространяется на разработку серийной технологии производства насосно-компрессорных и обсадных труб с резьбовыми соединениями класса премиум из стали 13Cr для проекта «Сахалин-3», в состав которого входят Киринское и Южно-Киринское месторождения. В статье описаны технические решения по производству труб из сталей мартенситного класса, содержащих 13 % хрома, представлен технологический процесс производства труб на Волжском трубном заводе. Проанализирован опыт разработки отечественных газогерметичных резьбовых соединений для труб нефтяного сортамента, приведены их отличительные особенности и методы испытаний по стандарту ISO 13679, отмечена необходимость модернизации производственных мощностей по нарезке труб для резьбовых соединений класса премиум, которые значительно отличаются от стандартизованных. В частности, в рамках работы по договору было установлено оборудование для калибровки концов труб в целях получения гарантированной толщины стенки трубы в области упорного торца. Это оборудование за счет снижения расходных коэффициентов при производстве позволило значительно увеличить производительность линий нарезки и объем выпуска продукции, годной с первого предъявления. Взамен калибров, использующихся для стандартизованных резьбовых соединений, разработана новая система контроля соединений, позволяющая получать фактические размеры резьбы и уплотнения «металл – металл» и вносить корректировки в управляющие программы резьбонарезного станка при их изменениях.
Ключевые слова: ОБСАДНАЯ ТРУБА, НАСОСНО-КОМПРЕССОРНАЯ ТРУБА, ТРУБА ИЗ СТАЛИ 13Cr, УГЛЕКИСЛОТНАЯ КОРРОЗИЯ, ГАЗОГЕРМЕТИЧНОЕ РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ, ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЕ.
Открыть PDF


Вопрос повышения конкурентоспособности российского газового оборудования в условиях санкционных ограничений со стороны ряда стран неразрывно связан с задачами развития российской промышленности, совершенствования производственной базы предприятий, повышения квалификации научно-технического персонала, применения новых технологий и материалов.

Решение указанных задач во многом зависит от эффективности взаимодействия предприятий с крупными нефтегазовыми компаниями, ярким примером которого можно считать совместную работу компаний ПАО «ТМК» и ПАО «Газпром» в рамках Программы импортозамещения трубной продукции.

1.png

В конце 2015 г. в рамках реализации Программы импортозамещения между ПАО «Газпром» и ПАО «ТМК» был подписан договор на серийное производство и поставку, техническое, ремонтное и сервисное обслуживание импортозамещающей продукции под гарантированные объемы поставок будущих лет, так называемый договор будущей вещи. Такой подход дает возможность производителям вкладывать деньги в освоение новых производств и товаров, без риска, что их услуги и товары окажутся невостребованными.

1_1.png

В рамках вышеуказанного договора заводами ПАО «ТМК» освоен выпуск новых видов трубной продукции, в том числе предназначенной для реализации проектов Восточной газовой программы,
а также для освоения Астраханского газоконденсатного и Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождений ПАО «Газпром».

В рамках договора было предусмотрено освоение штатного серийного производства насосно-компрессорных и обсадных труб с газогерметичными резьбовыми соединениями класса премиум из стали, содержащей 13 % хрома, для проекта «Сахалин-3», охватывающего, в том числе, Киринское и Южно-Киринское месторождения.

В связи с потребностью ПАО «Газпром» в новых видах высокотехнологичной трубной продукции перед ПАО «ТМК» встал ряд технически сложных, но решаемых задач, в числе которых:

  • разработка новых марок стали, а также создание новых технологий производства трубной продукции из коррозионностойких сталей мартенситного класса, содержащих 13 % хрома [1];

  • разработка и освоение производства газогерметичного резьбового соединения для труб нефтяного сортамента;

  • модернизация производственных мощностей заводов ПАО «ТМК».

Проведенные исследования были направлены на поиск целевых составов высокохромистых сталей, обеспечивающих различные группы прочности и исполнения. В результате была выбрана марка стали 20Х13, которая после проведения термической обработки обеспечивала получение необходимых прочностных и пластических свойств, соответствующих группе прочности L80 по ГОСТ 53366 [2]. На рис. 1 представлена микроструктура стали L80 типа 13Cr (20Х13), изображение получено в ходе металлографических исследований и оценки структуры стали 20Х13. В таблице представлен выбранный химический состав стали.

После выбора материала и разработки технологических маршрутов на Волжском трубном заводе ПАО «ТМК» была выпущена опытная партия обсадных труб диаметром 168 мм из стали с содержанием хрома 13 %. Технологический процесс изготовления труб включал механическую обработку трубной заготовки для подготовки к технологическому прессованию, горячее прессование труб и трубных заготовок для муфт, их термическую обработку по режиму закалки и отпуска, химическую обработку труб для удаления окалины, а также контроль неразрушающими методами.

1_1_1.png

Оценка полученных механических и коррозионных свойств опытной партии труб проводилась по СТО Газпром 2-4.1–228 [3]. Полученные результаты подтвердили правильность выбранных технических решений.

Для того чтобы газ из скважины не вышел на дневную поверхность, колонна труб должна обладать высокой газовой герметичностью. Для этого используются резьбовые соединения класса премиум с трапецеидальной резьбой и отрицательным обратным углом наклона и уплотнением «металл – металл». Особенностями конструкции насосно-компрессорных и обсадных труб с резьбовым соединением «ТМК UP PF» являются их повышенная газовая герметичность и высокая устойчивость резьбового соединения к растягивающим и изгибающим нагрузкам. Профиль резьбы «ТМК UP PF» (рис. 2) имеет вид неравнобедренной трапеции с отрицательным углом по опорной и положительным – по закладной грани. Закладная грань, воспринимающая нагрузку в начальный момент посадки трубы в муфту, а также работающая на сжатие, выполнена под углом 24º. Это обеспечивает простоту и легкость сборки труб с муфтами и предупреждает заедание резьбы в начальный момент свинчивания. Опорная сторона профиля резьбы, воспринимающая нагрузку при растяжении колонны труб, имеет отрицательный угол –4º, тем самым исключая возможность выхода резьбы трубы из зацепления с резьбой муфты.

Резьбовое соединение прошло аттестацию на соответствие требованиям стандарта ГОСТ Р ИСО 13679–2016 [4], регламентирующего требования и порядок испытаний всех типов резьбовых соединений, и получило сертификат на самый высокий уровень соответствия требованиям CAL IV.
В процессе тестирования соединение подвергается действию растягивающих и сжимающих нагрузок, внутреннему и внешнему давлению, изгибу, т. е. всем нагрузкам, которые испытывают трубы в скважине в процессе спуска и эксплуатации. Испытания проходят как при комнатной температуре, так и при температуре 260 ºС.

1_1_2.png

Для испытаний используется стенд, который способен создавать весь комплекс нагрузок. Общий вид стенда представлен на рис. 3.

Дополнительно в ООО «Газпром ВНИИГАЗ» были проведены всесторонние испытания резьбовых соединений на устойчивость к многократному свинчиванию-развинчиванию и газовую герметичность. Проведенным комплексом испытаний доказана газовая герметичность соединения и способность ее сохранения при комплексном нагружении [5].

Особо необходимо отметить модернизацию производственных мощностей по нарезке труб для резьбовых соединений класса премиум, которые значительно отличаются от стандартизованных и требуют отдельного подхода.

1_1_3.png

Во-первых, потребовалась разработка новой системы контроля соединений, поскольку резьбы с отрицательным углом профиля не могут контролироваться резьбовыми калибрами. Для контроля основных геометрических параметров резьбовых соединений российским производителем мерительного инструмента был разработан и изготовлен комплекс специальных приборов для конт-
роля диаметров резьбы и герметизирующих узлов труб и муфт. Настройка приборов непосредственного контроля проводится по шаблонам, при производстве контролируется допуск на размер. Приборы позволяют производить измерения отклонений диаметров резьбы ниппеля и муфты, диаметров радиальных уплотнений труб и муфт в требуемых расчетных сечениях от фактических измерительных баз. Приборы позволяют вносить точные корректировки в программы обработки на станках с числовым программным управлением при изготовлении труб и муфт. Применение приборов увеличивает точность изготовления элементов резьбовых соединений и, соответственно, повышает их качество и эксплуатационные свойства. Были разработаны новые методики контроля, проведено обучение контролеров отделов технического контроля заводов прогрессивным методам.

Во-вторых, были модернизированы линии по нарезке резьбовых соединений. Установлено оборудование для калибровки концов труб в целях получения гарантированной толщины стенки трубы в области упорного торца. Это оборудование позволило значительно повысить производительность линий нарезки за счет снижения расходных коэффициентов при производстве и увеличить выход продукции, годной с первого предъявления. Разработано и установлено оборудование для фосфатирования ниппелей труб для получения антизадирных свойств пары трения уплотнения «металл – металл» и исключения возможных задиров в соединении при его многократном свинчивании.

В процессе производства необходимо обеспечить правильную сборку соединения, чтобы в уплотнении был создан необходимый натяг, отвечающий за газовую герметичность соединения. Сборка труб с муфтами производится на муфтонаверточных станках, позволяющих проводить свинчивание с заданным крутящим моментом. В процессе сборки контролируется момент свинчивания соединения с фиксацией на диаграмме. Данные о сборке соединений хранятся в базе данных предприятия.

В результате проведенных мероприятий была создана база для разработки и производства резьбовых соединений класса премиум в России. Кроме того, это позволило создать фундамент для работы над дальнейшими улучшениями и разработками.

Опытная эксплуатация труб для проекта «Сахалин-3» (рис. 4) в Охотском море состоялась в июне 2016 г. На Волжском трубном заводе ПАО «ТМК» были изготовлены трубы диаметром 177,8 мм группы прочности L80 типа 13Cr с резьбовыми соединениями «TMK UP PF».
Промысловые испытания труб завершились успешно, колонна труб была герметичной (рис. 5). По своим характеристикам указанная продукция не уступает зарубежным аналогам и позволяет заместить импортные изделия производства Sumitomo Metal Industries Ltd. (Япония), JFE (Япония).

В настоящее время трубы производятся в штатном режиме, идет освоение новых типоразмеров и групп прочности для удовлетворения потребностей ПАО «Газпром». Применение оте-
чественных обсадных и насосно-компрессорных труб в исполнении 13Cr планируется на объектах Киринского, Южно-Киринского, Чаяндинского, Ковыктинского и Уренгойского месторождений.

 

ВЫВОДЫ

Освоение российского Арктического шельфа стало вызовом для всех участников отрасли. Особые климатические условия Арктики потребовали разработки принципиально новой по своим характеристикам продукции для освоения шельфа.

Еще недавно все шельфовые проекты в России были укомплектованы импортной продукцией. Трубы также поставлялись из-за рубежа, но введение западными странами санкций на поставку технологий, оборудования и материалов для шельфовых проектов РФ, глубоководного бурения и разведки месторождений Арктики дали толчок к развитию российского импортозамещающего производства.

По заказу ООО «Газпром нефть шельф» заводами ТМК было освоено серийное производство и осуществлены первые промышленные поставки обсадных и насосно-компрессорных труб различных типоразмеров для комплектации всего телескопа обсадной колонны с премиальными резьбовыми соединениями «ТМК UP PF» и бессмазочным покрытием GreenWell, исключающим применение резьбуплотнительной смазки, в том числе и сероводородостойких труб групп прочности L80 SS и Р110 SS для эксплуатации в условиях агрессивных сред. Указанная трубная продукция предназначалась для строительства скважин в условиях Арктического шельфа.

В целом внедрение в производство высокотехнологичной отечественной трубной продукции позволило ПАО «Газпром»:

  • обеспечить безопасность и независимость поставок трубной продукции в условиях санкционной политики западных стран;

  • снизить затраты на обустройство объектов Общества;

  • сократить издержки на техническое обслуживание и ремонт трубопроводов;

  • увеличить ресурс и надежность скважин. 

Химический состав стали L80 типа 13Cr (20Х13)
Chemical composition of L80 steel of 13Cr type (20Kh13)

Результат анализа

Result of analysis

Содержание элементов, вес %

Content of elements, wt. %              

Уровень

Level

C

Si

Mn

P

S

Cu

Cr

Ni

Mo

ООО «ВНИИГАЗ»

VNIIGAZ LLC

Среднее

Average

0,18

0,42

0,40

0,016

0,008

0,07

12,77

0,18

0,002

ОАО «РосНИТИ»

Research Institute of the Tube & Pipe Industries OJSC

Среднее

Average

0,16

0,41

0,35

0,010

0,002

0,07

12,49

0,16

0,007

Требования ПАО «Газпром» (ТУ 14-3Р-114–2011)

Requirements of Gazprom PJSC (TU 14-3R-114-2011)

Максимальное

Maximum

0,22

1,00

1,00

0,020

0,010

0,25

14,00

0,50

Минимальное

Minimum

0,15

0,25

12,00

Требования API 5CT

Requirements API 5CT

Максимальное

Maximum

0,22

1,00

1,00

0,020

0,010

0,25

14,00

0,50

Минимальное

Minimum

0,15

0,25

12,00

 



← Назад к списку