На сегодняшний день одним из столпов российской экономики является топливно-энергетический комплекс. Нефтегазовая промышленность, будучи его составной частью, не только обеспечивает сотни тысяч рабочих мест достойной зарплатой (так, только в сфере основного производства ОАО ?Газпром? трудится около 400 тыс. человек) и платит налоги, но и, учитывая значительную ориентацию экспортных потоков на сырьевой сектор и продукцию низших степеней переработки, обеспечивает серьезный вклад в рост валового внутреннего продукта (ВВП) и развитие экономики в целом.
Однако, как и любая системообразующая отрасль, нефтегазовый комплекс продуцирует загрузку большого числа смежных отраслей, которые обеспечивают техническую и экономическую деятельность ТЭК. Одной из основных отраслей, связанных с нефтегазовой промышленностью, является производство труб различного диаметра и сортамента.
,Трубопроводный транспорт (ТПТ) в практическом плане является единственно экономически выгодным способом транзита нефти, газа и продуктов их переработки на большие расстояния в случае, если имеются технически возможные варианты реализации такой транспортной сети. Важно отметить, что как единый комплекс, она включает в себя также продуктопроводы и распределительные системы, ориентированные на конечного потребителя. В этой связи следует считать, что помимо чисто экономической роли, ТПТ играет и роль инструмента государственной политики в сфере внешней и внутренней деятельности.
Существующая на сегодняшний день система трубопроводного транспорта представляет собой разветвленную сеть магистральных трубопроводов. В рамках газотранспорта она контролируется ОАО ?Газпром? (ЕСГ - Единая система газоснабжения), в рамках перемещения нефти и нефтепродуктов ? ОАО ?Транснефть? и ОАО ?Транснефтепродукт?.
, В техническом плане ЕСГ представляет собой комплекс магистральных трубопроводов высокого давления общей протяженностью 154,9 тыс.км., оборудованный 253 компрессорными станциями обшей мощностью более 42.6 млн. кВт. В составе комплекса также находятся 22 объекта подземного хранения газа (ПХГ) с объемом активного газа 61.7 млрд.м3. Протяженность газораспределительной сети среднего и низкого давления составляет около 530 тыс. км. Через эту систему транспортируется 100 % добываемого в России газа ? 580 млрд. м3 в 2003 г. и, по прогнозу Минпромэнерго России, около 600 млрд. м3 в 2004 г. В проекте Энергетической стратегии России перед газовой отраслью ставится задача увеличения объемов добычи природного газа до 650 млрд.м3 к 2010 году и до 700 млрд.м3 - к 2020-му г.
,Общая протяженность нефтепроводных магистралей составляет 48,6 тыс. км, а нефтепродуктопроводных магистралей - 19 тыс.км. В состав технического комплекса магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов входит 395 нефтеперекачивающих станций, 100 нефтепродуктоперекачивающих станций, а также резервуарные парки общей емкостью 17,5 млн.м3. По предварительным данным Минпромэнерго России, добыча нефти с нестабильным газовым конденсатом в 2003 году составила 390 млн. тн., а долгосрочные прогнозы (при условии благоприятных условий на внутреннем и внешнем рынках) предсказывают рост добычи нефти к 2005 году до 424 млн. тн., а в 2010 году - до 510 млн. тн.
,В состоянии трубопроводного транспорта, равно как и вообще трубных систем в добывающей промышленности, на сегодняшний день наблюдаются две существенные проблемы. Первой из них является общий износ инфраструктуры.
Общее состояние основных фондов производственного назначения оставляет желать лучшего. Значительный ?запас прочности?, заложенный в период строительства основных транспортных коридоров во времена Советского Союза, из-за хронического многолетнего недофинансирования в 90-е годы прошлого столетия (не более трети от реальной потребности) во многом выработался.
На сегодняшний день общий износ транспортных фондов ОАО ?Газпром? составляет 56% (на 01/01/03), а полностью изношенных основных средств числится 11,8%. 14% газопроводов уже выработали свой срок амортизации, 64% эксплуатируются от 10 до 32 лет, остальные 22% до 10 лет. Средний возраст газопроводов составляет 22 года при нормативном сроке эксплуатации в 33 года. В результате ухудшения состояния объектов транспортной инфраструктуры, технически возможная производительность газопроводов, транспортирующих газ из Надым-Пур-Тазовского региона - основного газодобывающего региона России - в настоящее время составляет 518.1 млрд.м3/год, что на 59,7 млрд.м3/год (10.3%) ниже их проектной производительности.
Техническое состояние производственных мощностей АК "Транснефть" аналогично ситуации в ОАО ?Газпром? - износ основных фондов превышает 70%. Средний срок эксплуатации магистральных нефтепродуктопроводов при нормативном 33 года составляет в настоящее время 26,2 года, свыше 7,6 тыс. км трубопроводов (38%) эксплуатируется более 30 лет, и лишь 25% функционируют менее 20 лет.
Важнейшим фактором, влияющим на износ трубопроводного транспорта является коррозия, зачастую приводящая к аварийным отказам инфраструктуры, снижению общей системной надежности и выходу оборудования из строя. На практике это приводит к значительным экономическим потерям от замены оборудования и простоя объекта, а также к серьезному экологическому ущербу, что приносит дополнительные расходы, связанные с ликвидацией загрязнения и экологическим платежам в соответствии с действующим законодательством.
Чаще всего загрязнение окружающей среды происходит на внутрипромысловых и межпромысловых нефтепроводах. Так, в России действует около 350 тыс. км, таких трубопроводов, на которых, по официальным данным, происходит до 25 тыс. аварий ежегодно, по информации же экологов ? в два раза больше.
Анализ накопленной информации, основанной на опыте промышленной эксплуатации, позволяет утверждать, что подавляющее большинство аварий связано с коррозионными процессами. Так, доля аварийных ситуаций на магистральных газопроводах за последние 10 лет составляет около 27%. На нефтепромысловых трубопроводах ситуация еще хуже. Суточная аварийность доходит до 80 прорывов, из них больше 90% причиной имеют внутреннюю коррозию труб.
Все это существенно повышает стоимость добываемой продукции. Так, по данным Государственного трубного института им. Я. Е. Осады (Украина) затраты на ликвидацию неблагоприятных последствий коррозионных разрушений составляют до 30% от затрат на добычу нефти.
В этой связи можно выделить два основных аспекта развития трубопроводного транспорта. В стратегическом плане, в соответствии с перспективными показателями Энергетической стратегии России, предполагается:
1. строительство новых транспортных коридоров и освоение перспективных нефтегазоносных провинций. В этой связи наиболее интересной территорией является Восточная Сибирь и шельфы морей, в том числе арктических;
2. обновление фондов транспортной инфраструктуры в опережающем темпе.
В тактическом плане предполагается сосредоточить усилия на трех основных направлениях:
? стимулирование интереса к малым месторождениям, расположенным в непосредственной близости к перерабатывающим мощностям вследствие выработки доступных месторождений и горизонтов, а также стремления минимизировать стоимость транспортировки добытого сырья;
? разработка месторождений с тяжелыми условиями добычи, что особенно актуально для малых нефтегазодобывающих компаний;
? обновление добывающей инфраструктуры с применением новейших достижений в сфере защиты поверхностей труб.
Не имея возможности охватить весь спектр перечисленных задач, остановимся в данной статье на последнем пункте в той его части, что касается начального пути движения нефти, а именно на вопросе улучшения эксплуатационных характеристик насосно-компрессорных труб (НКТ), работающих в наиболее не благоприятных условиях по сравнению с прочими трубами нефтяного сортамента.
,Нефтяные месторождения, расположенные в Западной Сибири, Поволжье, на Урале и в Республике Коми, разрабатываются уже длительные сроки, что сопровождается их истощением и повышением обводненности. С целью поддержания пластового давления и повышения нефтеотдачи, в горизонты закачиваются минерализованные сточные воды, поверхностноактивные вещества и прочие химреагенты. Все это способствует коррозии внутрипромысловых трубопроводов и оборудования. Однако, основная доля воздействия обусловлена естественной коррозионной активностью водной и газовой сред. Наиболее опасными являются углекислотная коррозия и сероводородное растрескивание.
В этой связи, разработка и применение качественных средств ингибирования труб представляет собой важную область развития технологий трубной промышленности.
В настоящее время для защиты от коррозии НКТ применяется целый ряд мероприятий, а именно:
1. добавление в закачиваемые воды ингибиторов коррозии;
2. применение низколегированных и легированных сталей для изготовления труб;
3. защита поверхности труб противокоррозионными реагентами.
Промышленный опыт показывает, что применение ингибиторов помимо капитальных вложений в строительство узлов ингибирования, требует постоянных эксплуатационных затрат, связанных с расходами реагентов, обслуживания дополнительного оборудования и регулярным контролем эффективности защиты.
Применение труб из низколегированных и легированных сталей позволяет увеличить срок их эксплуатации, однако практика применения показала их экономическую неконкурентоспособность на малых нефтяных месторождениях.
С учетом вышеизложенного, в настоящее время, нефтяные компании все больше внимания обращают на различные технологии защиты внутренних поверхностей труб. Альтернативным путем развития является применение полимерных труб.
,Базовые требования к насосно-компрессорным трубам описываются ГОСТ 633-80, кроме того, российские производители также руководствуются американским стандартом API 5CT.
Насосно-компрессорные трубы применяются при эксплуатации скважин и должны отвечать следующим требованиям:
1. иметь высокие механические и прочностные характеристики;
2. обеспечивать адекватную коррозионно-эррозионную стойкость в условиях высокоагрессивных сред и условий эксплуатации;
3. при добыче высоковязких сред иметь повышенную стойкость к отложениям парафинов, битумов, асфальтенов и смол;
4. обеспечивать высокую пропускную способности вследствие минимизации простоев оборудования, связанных с ремонтом и очисткой внутренних поверхностей;
5. иметь оптимальные сроки и затраты при проведении строительно-монтажных работ.
6. обеспечивать максимально большее число операций ?свинчивания-развинчивания?, или, как альтернативу, предоставлять возможность оперативного решения проблемы разрушения резьбовых участков труб в условиях нефтепромысла с минимальными экономическими, временными и техническими затратами.
Следует отметить, что в последнее годы производителями труб разработаны и запущены в производство новые виды резьб и типы покрытий насосно-компрессорных труб, которые однако не в полной мере используются нефтяниками из-за их относительной дороговизны, в то время как опыт применения некоторых из них позволяет получить ощутимый экономический эффект даже в случае кратковременной эксплуатации.
В настоящее время существуют 2 основных вида НКТ: металлические и полимерные. В свою очередь, металлические бывают без покрытия и с различного рода нанесением защитных слоев, из которых наиболее распространены следующие:
1.диффузионное цинковое покрытие;
2.полимерное покрытие;
3.силикатно-эмалевое покрытие.
Полимерные трубы являются отдельным типом труб, поскольку представляют собой попытку применить новые химические технологии с целью минимизировать характерные негативные особенности металлических труб.
,Диффузионно-цинковое напыление (в соответствии с ТУ У 14-8-18-99) по сравнению с гальваническим или металлизационным имеет более высокую адгезию, что обеспечивает повышенную стойкость покрытия. С технической точки зрения такой тип покрытия представляет собой фазированную слойную конструкцию, которая образуется в результате взаимной диффузии атомов цинка и железа в процессе химико-термической обработки.
Практика эксплуатации труб с таким покрытием показала их хорошие технико-экономические показатели. Основные из них следующие:
1. высокая коррозионная и эрозионная стойкость;
2. улучшенная герметичность резьбовых соединений;
3. длительный срок службы - по сравнению с трубами без покрытий срок службы возрастает в 3-5 раз;
4. снижение объемов и трудоемкости ремонтных работ на скважинах.
К недостаткам подобных труб можно отнести следующее:
Первый из них - лимитирование по длине. Существующее на территории СНГ оборудование позволяет изготовить трубу длиной не более 6,3 м., что автоматически увеличивает число узлов соединений и, как следствие, приводит к снижению срока эксплуатации всего объекта в целом.
Второй недостаток заключается в том, что применение диффузионно-оцинкованных труб недопустимо на скважинах, в которых добываемое сырье имеет щелочную реакцию.
Кроме того, имеется ряд данных, основанных на опыте промышленного применения, позволяющих предположить, что у таких труб наблюдается повышенная адгезия к отложениям, что отрицательно сказывается на технико-экономических показателях нефтепромыслов.
Продвижением данного типа труб в России, занимается ЗАО ?ТД ?Фамильный? (г.Москва).
,Нанесение полимерного покрытия (в соответствии с ТУ 1327-023-43826012-01) производится двумя типами пластических масс:
1. термопластичные материалы: поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, фторопласт и т.д.;
2. термореактивные материалы: фенопласты, эпоксидные, полиэфирные материалы.
Основными достоинствами этого типа покрытий являются следующие:
1. высокая коррозионная стойкость;
2. длительный срок службы при определенных условиях эксплуатации;
3. достаточно высокая герметичность резьбовых соединений (при первом свинчивании);
Недостатками же являются:
1. невысокая эрозионная стойкость, приводящая к выходу трубы из строя при воздействии песка и т.д.
2. выход трубы из строя при механическом воздействии. Наиболее ярко это проявляется при проведении ?распарафинивания? скребками;
3. узкий температурный диапазон применения труб. При проведении ?распарафинивания? паром среднего давления покрытие ?стекает? вниз и труба выходит из строя;
4. труба неремонтопригодна в условиях нефтепромысла;
5. при определенных условиях эксплуатации у покрытия DPC появляется склонность к образованию сколов на торцевых участках и перетиров в местах соприкосновения с движущимися штангами;
6. у покрытия П-ЭП-585 проявляется склонность к потере адгезии при эксплуатации в жидких средах.
Основным производителем труб с полимерным покрытием является ?Бугульминский механический завод?. Основным потребителем таких труб является ОАО ?Татнефть?.
Разновидностью труб с полимерным покрытием являются трубы с ?пластиковым чулком? (металлопластиковые) и трубы со стекло-эмалью (остеклованные). Первый вариант так и не нашел применения в широкой практике. Опыт применения первых промышленных образцов показал следующие недостатки:
1. низкая прочность защитного покрытия;
2. высокие экономические затраты на монтаж и ремонт вследствие сложности крепежей;
3. тенденции к просачиванию газа под покрытие с дальнейшим пробоем защиты и появления очага коррозии.
Пробные партии подобных труб производства ООО ?Игринский трубно-механический завод? использовала в производстве ОАО ?Удмуртнефть?
На сегодняшний день работы по этому направлению свернуты.
Остеклованные трубы также последнее время не производятся, несмотря на высокие защитные свойства покрытия. Причиной тому служит крайне низкие показатели устойчивости покрытия на кручение, изгиб и температурные деформации в процессе эксплуатации, а также неремонтнопригодность в условиях нефтепромысла. Отмечены случаи разрушения стекло-эмали в результате небрежно проведённых разгрузо-погрузочных работ на месторождениях. Данные трубы производились на предприятиях в г.Самара. Пробные партии таких труб были применены на месторождениях Поволжья и ООО ?ЛУКОЙЛ-Пермь?.
,Полимерные трубы рассматриваются как альтернатива металлическим, поскольку позволяют полностью избавиться от характерной особенности последних ? коррозии.
Стеклопластики характеризуются низкой плотностью, низкой теплопроводностью, немагнитностью. Они обладают антистатическим эффектом и высокой стойкостью к агрессивным средам. Трубы, изготовленные из этих материалов, имеют достаточно широкий температурный диапазон и рабочие давления.
Однако у стеклопластиковых труб существуют и значительные недостатки, приводящие к серьезным ограничениям их применения, а в ряде случаев и полной невозможности.
Таковыми недостатками являются:
1. высокие затраты на монтаж и ремонт объектов, оснащенных такими трубами;
2. повышенное отложение парафинов на внутренней поверхности в ряде случаев;
3. низкие прочностные характеристики;
4. неремонтнопригодность в условиях нефтепромысла;
5. несовпадение присоединительных типоразмеров с обыкновенными НКТ и оборудованием, что значительно усложняет процесс комплектования объекта.
На сегодняшний день применение стеклопластиковых труб ограничивается технологическими недостатками эволюционного характера.
Среди производителей стеклопластиковых труб можно назвать ОАО ?Роснефть? и ОАО ?РИТЭК?, которые изготавливают их в основном для внутреннего применения.
,Эта разновидность труб обладает наилучшими эксплуатационными характеристиками при добыче высоковязких нефтей. С технической точки зрения эмалирование представляет собой процесс высокопрочной адгезии силикатной эмали на поверхности металла в результате сложного физико-химического процесса. При этом прочность сцепления полученного композитного материала превосходит прочность самой эмали, что обуславливает высокие прочностные и защитные свойства.
К несомненным достоинствам труб с эмалевым покрытием следует отнести:
1. широкий температурный диапазон эксплуатации труб (до+350 С), что позволяет проводить тепловой процесс ?распарафинивания? без риска закоксовать отложения;
2. высокая стойкость к абразивному износу, что позволяет проводить механический процесс ?распарафинивания? без риска разрушения покрытия;
3. высокие прочностные показатели, особенно на изгиб, кручение и механическое воздействие;
4. стойкость к коррозионному воздействию на уровне лучших образцов труб с диффузионным цинковым напылением;
5. высокая ремонтнопригодность в ?полевых условиях?;
6. минимальные трудозатраты на монтаж и обслуживание объектов, оборудованных трубами с эмалевым покрытием.
Существующие технологии нанесения эмали не позволяют покрывать места резьбовых соединений, что является недостатком в случае использования этого покрытия для защиты от коррозии, однако производителем используются муфты с термодиффузионно цинковым покрытием, производства ФГУП ?Невьянский механический завод?, позволяющие ликвидировать этот недостаток, увеличивая кроме того на порядок количество циклов ?свинчивания-развинчивания?, а так же герметичность самого соединения.
Основным производителем силикатно-эмалевых НКТ (эмНКТ) на территории СНГ является ЗАО ?ЭМАНТ? (www.parafiny.net).
Автор: Завизенов К. В.
