ОБЪЕДИНЕНИЕ ЛИДЕРОВ НЕФТЕГАЗОВОГО СЕРВИСА И МАШИНОСТРОЕНИЯ РОССИИ
USD 92,37 0,10
EUR 99,53 -0,18
Brent 0.00/0.00WTI 0.00/0.00

Применение технологии хардбендинга в российской буровой отрасли для защиты замковых соединений бурильных труб

Общая информация

По мере совершенствования применяемых в России технологий бурения в течение последних десяти лет существенно увеличивается доля горизонтальных скважин. В период с 2010 по 2017 гг. доля скважин с горизонтальным участком в эксплуатационном бурении выросла с 11 до 41 %. Российские компании улучшают показатели добычи за счет внедрения передовых технологий. При этом увеличение доли горизонтального бурения приводит к увеличению времени контакта бурильной колонны со стенкой скважины, вследствие чего все большей проблемой для владельцев бурильного инструмента становится износ замковых соединений по наружному диаметру.

В связи с этим для защиты бурильной колонны большинство буровых подрядчиков применяет твердосплавные наплавки – хардбендинг – износостойкое металлическое покрытие, наплавляемое в виде поясков на наружную поверхность замка. Наплавка может наноситься на новые бурильные трубы их производителем в качестве дополнительной опции. Кроме того, первичное и повторное нанесение на бывшие в эксплуатации бурильные трубы может быть выполнено специализированными компаниями, имеющими соответствующую лицензию. Данная технология становится все более популярной, поэтому конечным пользователям важно понимать принцип ее действия, разницу между предлагаемыми на рынке материалами, а также — как использовать данную технологию, чтобы добиться максимального сокращения издержек.

Общие сведения о хардбендинге

Хардбендинг наносится на замковые соединения стальных бурильных труб (СБТ), замки толстостенных бурильных труб (ТБТ) и центральные высадки, а также на утяжеленные бурильные трубы (УБТ) способом наплавки. Обычно для бурильной трубы используются три пояска шириной 25 мм, которые наплавляют на муфту замкового соединения с небольшим отступом от 18-градусного (или 90-градусного) заплечика, не затрагивая участок захвата трубного ключа. (Рис 1) Впоследствии, в процессе бурения именно эта выступающая над поверхностью бурильного замка наплавка (шириной 75 мм и высотой от 2,4 до 3,2 мм) соприкасается с обсадной колонной и породой в необсаженном стволе, тем самым защищая от износа замковое соединение. Кроме того, хардбендинг может быть нанесен на ниппельный конец замкового соединения для его защиты от износа.

Химическй состав современных хардбэндинговых материалов обеспечивает пониженный коэффициент трения с обсадной колонной при вращении внутри нее, а соответственно, низкий коэффициент износа обсадных труб. Кстати говоря, лабораторные испытания компании Mohr Engineering (США) подтвердили, что износ обсадных колонн от воздействия таких хардбэндинговых материалов снижается примерно на 50 % по сравнению с износом замковыми соединениями, не защищенными хардбендингом. В 2017 г. исследования московской лаборатории подтвердили данные результаты.

Кроме того, уменьшение трения между бурильной и обсадной колонной в скважине и уменьшение площади соприкосновения бурильной колонны с необсаженным стволом приводит к снижению скручивающих и осевых нагрузок на колонне, что способствует повышению эффективности бурения и увеличению механической скорости проходки.

Стоимость хардбендинга при нанесении его на новые бурильные трубы в качестве дополнительной опции будет отличаться в зависимости от производителя, но в среднем составит примерно 13 000 рублей за тонну веса бурильной трубы или 4–9 % от стоимости заказа. Данные вложения окупаются за счет увеличения ресурса инструмента и снижения расходов, связанных с необходимостью его частой замены. Расходы можно дополнительно сократить в разы, если по мере износа защитного покрытия повторно наносить его силами специализированных компаний-наплавщиков, имеющих соответствующую лицензию. Таким образом, экономия на бурильной колонне в среднесрочной и долгосрочной перспективе может составить десятки и даже сотни миллионов рублей. Стоимость самого наплавочного материала отличается у разных производителей, но при этом такая разница для конечного пользователя оказывается минимальной, так как сумма, заложенная на хардбендинг, также включает услуги по нанесению покрытия и сопутствующие расходы.    

Повторное нанесение хардбендинга

Наплавочные материалы премиум-класса представляют собой твердую стальную матрицу с включением карбидов и обеспечивают максимальную стойкость к абразивному износу и низкий коэффициент воздействия на обсадную колонну. С течением времени буровые работы приводят к износу защитного хардбэндинга. Скорость износа определяется профилем ствола скважины, характеристиками разбуриваемых пород, применяемыми методиками бурения и прочими факторами. Если инспекция показала, что высота наплавки уменьшилась до 0,8 мм и менее, хардбендинг следует нанести заново. Скорость износа для различных наплавочных материалов будет отличаться, даже если условия эксплуатации одинаковы.

В зависимости от того, каким материалом была выполнена износившаяся наплавка, повторное нанесение хардбендинга может оказаться как вполне простой, так и весьма сложной задачей. В процессе наплавки твердосплавный материал сплавляется и смешивается с основным металлом бурильного замка. Когда хардбендинг используется впервые на новом замке, окончательно сформированное защитное покрытие частично разбавляется основным металлом замкового соединения. То есть хардбендинговый слой включает в определенной пропорции как твердый, так и более мягкий сплав. При повторном нанесении износостойкий материал наносится поверх ранее частично разбавленного материала хардбендинга, и в результате процентное соотношение твердого сплава увеличивается.

Разбавление – это важный фактор, который необходимо принимать во внимание, так как химический состав различных твердосплавных наплавок значительно отличается. И основная матрица, и карбиды, обеспечивающие износостойкость, в каждом конкретном хардбэндинговом материале уникальны. Состав материала включает такие карбидообразующие элементы как ниобий, титан, бор и хром, и доля каждого из них в общем химическом составе конкретных материалов существенно различается. Можно классифицировать наплавки в зависимости от присутствия того или иного карбида. Хотя некоторые материалы и совместимы между собой, при нанесении одного поверх другого следует проявлять осторожность: несовместимость химического состава может привести к появлению трещин в твердосплавной наплавке и разрушению защитного покрытия. Кроме того, некоторые материалы, химический состав которых является стабильным при первом нанесении, могут разрушаться при повторном нанесении из-за уменьшения влияния разбавления более мягким сплавом материала замка. Лабораторные испытания показали, что некоторые химические элементы, например бор, становятся нестабильными при увеличении их концентрации, что приводит к растрескиванию хардбэндинга.   

Если материал выбран правильно, возможность повторного нанесения хардбендинга на одно и то же замковое соединение без появления дефектов практически не ограничена. При условии проведения регулярных инспекций и повторного нанесения твердосплавного покрытия, износ замковых соединений никогда не станет причиной перевода бурильной трубы в более низкую группу прочности или ее списания. По результатам недавнего опроса российских буровых подрядчиков, проведенного компанией Hardbanding Solutions, оказалось, что в 67% случаев именно существенный износ незащищенных замковых соединений по наружному диаметру привел к переводу бурильных труб в более низкую группу прочности или выводу из эксплуатации. Восстановление хардбендинга на бурильных трубах до того, как он износится ”в ноль”, и поддержание его в рабочем состоянии, позволит не допустить износ бурильных замков по наружному диаметру и обеспечит значительную экономию благодаря продлению эффективного ресурса бурильного инструмента.

Современные способы бурения заметно сократили эксплуатационный ресурс бурильных колонн с незащищенными замками. Выделение немалых средств на частое приобретение новых комплектов бурильных труб не является чем-то обязательным, а для большинства владельцев трубы и вовсе не представляется возможным. Некоторые компании начинают понимать преимущества, которые можно получить благодаря отслеживанию износа хардбэндинга и, при необходимости, его повторному нанесению, – это позволяет исключить преждевременный вывод бурильного инструмента из эксплуатации. По информации, полученной от одной западно-сибирской сервисной компании, в 96,7 % случаев состояние замковых соединений на трубах с нанесенным премиальным хардбендингом, проинспектированных ею в период с 2011 по 2016 гг., продолжало соответствовать классу премиум.

Повторное нанесение хардбендинга возможно на ремонтной базе специализированных компаний, которые имеют соответствующую лицензию и оказывают подобные услуги. Восстановление хардбэндинга также может быть выполнено непосредственно на буровой или другом производственном объекте заказчика компаниями-наплавщиками, имеющими мобильное оборудование для нанесения износостойкого хардбэндинга. (Рис. 2).

История применения технологии хардбэндинга в России

Еще десять лет назад применение при бурении на суше твердосплавных наплавок с низким коэффициентом износа обсадных труб было редким явлением в России. В основном данная технология использовалась при разработке морских месторождений на шельфах Сахалина и Каспийского моря. Позже, крупные производители бурильных труб в России, такие как ТМК и Техномаш Хайлонг, установили собственное оборудование для нанесения твердосплавных наплавок, после чего объемы заказов произведенных в России новых бурильных труб с защитным покрытием значительно возросли. Согласно прогнозу в 2018 г. более 60 % новых бурильных труб будут поставляться заказчикам с защищенным хардбендингом муфтовым концом.

В ходе недавнего исследования, проведенного российским буровым подрядчиком ССК, твердосплавные материалы различных производителей прошли лабораторные испытания, что вызвало живой интерес в отрасли. Количество лицензированных российских предприятий, имеющих наплавочное оборудование и оказывающих услуги повторного нанесения твердосплавных наплавок возросло с 3х в 2010 г. до более чем 20-ти в настоящее время.

Однако, несмотря на стремительный рост, освоение и внедрение данной технологии в России несравнимо с другими нефтедобывающими регионами мира, такими как Северная Америка, Европа и Ближний Восток, где хардбендинг используется для 95% бурильных труб, а его повторное нанесение является обычной практикой. Если же мы сравним общие расходы на твердосплавную наплавку в России и США с учетом первичного и повторного нанесения защитного покрытия на замки БТ — т.е. наносится ли хардбэндинг производителем на новую бурильную трубу или же повторно наносится специализированной компанией – то разница будет существенной. В США около 65 % наплавочных материалов приобретается именно для повторного нанесения. В России же данный показатель составляет примерно 10 %. (Рис.3) Это означает, что в России в большинстве случаев хардбэндинг для бурильных труб наносится только один раз — при изготовлении замкового соединения. В других регионах мира хардбендинг наносится на одну и ту же бурильную трубу неоднократно в течение всего срока ее эксплуатации.

Прочностные характеристики бурильных труб

Одна из вероятных причин вышеуказанной разницы может заключаться в том, что в России бурильная труба выводится из эксплуатации до того, как первоначально нанесенный хардбэндинг успевает износиться – поэтому необходимость в его повторном нанесении возникает гораздо реже. По мнению работающих в России буровых подрядчиков, принявших участие в специальном опросе, чаще всего это происходит из-за промывов по телу трубы или необходимости перенарезки резьбовой части. Резьбовое соединение можно восстановить, что и осуществляется регулярно в токарных цехах, оказывающих подобные услуги на территории всей страны (часто эти же компании также предоставляют услугу повторного нанесения хардбэндинга). Однако промыв тела бурильной трубы ремонту не подлежит.

Таким образом, фактором, замедляющим развитие технологии хардбендинга в России, очевидно, становится большое количество промывов, возникающих в процессе бурения. Защитный хардбэндинг дает максимальную отдачу при регулярной инспекции и ремонте бурильных труб, а также при увеличении их эксплуатационного ресурса по телу и резьбовому соединению. Российские производители бурильных труб сообщают об увеличении количества заказов на трубы с внутренним полимерным покрытием. Такое покрытие повышает эффективность промывки ствола скважины при бурении и предотвращает или существенно снижает коррозию на внутренней поверхности тела трубы, которая является одной из причин промыва. Таким образом, увеличение доли бурильных труб с внутренним покрытием должно способствовать повышению их эксплуатационного ресурса и росту потребности в повторном нанесении твердосплавной наплавки для восстановления изношенного хардбэндинга.

Кроме того, как говорится в статье «Усталостное разрушение бурильных труб, его прогнозирование и профилактика», недавно опубликованной Олегом Фоминым в журнале ROGTEC, причиной промывов является накопление усталостных микротрещин в теле трубы. Микротрещины развиваются в процессе вращения колонны в искривленном интервале ствола скважины, когда бурильная труба изгибается; усталостный износ увеличивается по мере роста количества микротрещин, и в результате происходит разрушение стенки трубы (промыв). (Рис.4)

Подобное разрушение бурильной трубы гораздо чаще встречается в России, чем в других регионах мира. Это может быть связано с тем, что в России в основном используются бурильные трубы длиной 12 м (API, группа длин 3), в то время как в других регионах мира значительно шире распространены трубы длиной 9 м (API, группа длин 2). При прочих равных параметрах, таких как качество стали, внутренний и внешний диаметр труб, усталостная выносливость более коротких девятиметровых труб будет выше, чем у труб длиной 12 м: девятиметровая труба, вращающаяся в искривленном интервале, имеет больше зон контакта со стенкой скважины (на каждом замковом соединении), что снижает изгибающее напряжение в каждой отдельной трубе.

Большая часть хардбэндинговых материалов, реализуемых в России для повторного нанесения, применяется всего лишь несколькими подрядчиками, которые используют девятиметровые бурильные трубы с внутренним полимерным покрытием. Учитывая нечастое использование внутреннего покрытия и широкое распространение двенадцатиметровых бурильных труб, причина такого сокращенного ресурса бурильной трубы становится очевидной. Также это объясняет, почему технология восстановления хардбендинга в России все еще не стала абсолютной необходимостью. Девятиметровые бурильные трубы набирают популярность в России в немалой степени благодаря развитию наклонно-направленного и горизонтального бурения. Прочими факторами, которые также влияют на ресурс бурильных труб, являются качество стали, условия эксплуатации, регулярность проведения инспекций и ремонтных работ.

Заключение

Стремительный рост популярности хардбэндинга в России за последнее десятилетие можно напрямую связать со все большим применением современных методик бурения российскими буровыми подрядчиками. Как и в случае с любой другой новой технологией, производители хардбэндинговых материалов должны помогать конечным пользователям лучше разобраться в особенностях предлагаемых материалов и максимально эффективно использовать хардбендинг.

Большинство компаний уже понимают, насколько важной является защита замковых соединений хардбэндингом, и заказывают новую бурильную трубу у производителей с уже нанесенным защитным износостойким покрытием из конкретного материала. Однако, в отличие от других нефтегазовых регионов мира, масштабы применения повторного нанесения хардбендинга в России пока остаются небольшими, поэтому потенциал самой технологии защитного хардбэндинга все еще не раскрыт в полной мере. Основная причина заключается в том, что срок эксплуатации большинства бурильных труб все еще меньше ресурса их защитного хардбэндинга. Однако, учитывая развитие других технологий, например внутренних полимерных покрытий, а также постепенный переход на более короткие девятиметровые трубы в России (что также связано с усложнением профиля ствола скважины), данная ситуация, скорее всего, изменится.

В этом случае для владельцев бурильных труб как никогда более важным становится выбор материала для износостойкого хардбэндинга: химический состав должен в равной мере эффективно обеспечивать стойкость к абразивному износу, низкую степень износа обсадных труб и гарантировать надежность в процессе эксплуатации. Благодаря своему химическому составу, отдельные сплавы являются более удобными для повторного нанесения. Такие материалы часто имеют сертификаты, выданные независимыми организациями, которые подтверждают возможность их повторного нанесения как поверх самих себя, так и на твердосплавные наплавки других производителей.

Российская буровая отрасль стремится к повышению эффективности строительства новых скважин за счет применения передовых методик бурения. А качественный уровень бурильного инструмента, его инспекция и ремонт, а также технологии, обеспечивающие его защиту, такие как износостойкий хардбэндинг, обеспечат необходимую экономию затрат и будут способствовать дальнейшему повышению эффективности работы буровых и сервисных компаний.

Author:  Колин Дафф, Директор, Hardbanding Solutions (Europe) Ltd. 

Список литературы
Олег Фомин: Сибирская Сервисная Компания (ССК). CCK: Усталостное разрушение бурильных труб, его прогнозирование и профилактика.
ROGTEC Magazine, Номер 52

Facebooktwittergoogle_pluslinkedinmailby feather

Дополнительная информация

Идет загрузка следующего нового материала

Это был последний самый новый материал в разделе "Upstream"

Материалов нет

Наверх