Введение к работе
Актуальность исследования
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 улучшения нефтеотдачи в горизонты затягиваются минерализованные сточные воды, поверхностно активные вещества и другие химические реагенты. Все это способствует коррозии внутрипромысловых трубопроводов и оборудования. Однако, основная доля воздействия обусловлена естественной коррозионной активностью водной и газовой сред. Наиболее опасными являются углеки-слотная коррозия и сероводородное растрескивание. В присутствии большого количества СОг и H2S реликтового происхождения в добываемой продукции коррозионные процессы многократно возрастают. Из-за коррозионных поражений заметно увеличивается число отказов ЭПУ и НКТ, что приводит к снижению наработки внутрискважинного оборудования.
Напряженная коррозионная ситуация на объектах нефтегазового комплекса послужила основанием для разработки Комплексной программы антикоррозионной защиты, исследований и контроля коррозионного состояния нефтепромыслового оборудования.
Использование труб с силикатно-эмалевым покрытием - эффективный способ борьбы с коррозией, так как эмаль надежно защищает металл от контакта с коррозионной средой. С технической точки зрения эмалирование представляет собой процесс адгезии силикатной эмали с поверхностью металла в результате сложного физико-химического процесса. Прочность сцепления получаемого композитного материала превосходит прочность самой эмали. Это предполагает, кроме стойкости к коррозионному воздействию, высокие прочностные показатели (особенно прочность на изгиб, кручение и механическое воздействие), а также широкий температурный диапазон экс-
плуатации (до +350). Кроме того, гладкое эмалевое покрытие препятствует отложениям смол, солей, парафина.
В отличие от покрытий на основе органических соединений, подверженных старению и эксплуатируемым при сравнительно невысоких температурах, силикатно-эмалевые покрытия, обладающие рядом ценных физико-химических свойств таких, как твердость, износостойкость, термостойкость и химическая устойчивость, создают защиту поверхности металла в течение всего эксплуатационного периода и не требуют ремонта. Эти уникальные свойства используют при разработке специальных эмалей и технологии эмалирования насосно-компрессорных труб с учетом особенностей их свойств и условий эксплуатации.
Для эмалирования насосно-компрессорных труб должны применяться специальные эмали с повышенной химической стойкостью, механической прочностью на истирание, прочностью сцепления со сталью, обладающие также повышенной эластичностью и прочностью при изгибе.
Эмаль не является материалом, функционально применяемым самостоятельно: она превращается в специфический компонент только благодаря соединению с металлом. Эмаль на металле часто рассматривается лишь как покрытие, нанесенное для защиты от коррозии. Однако защита от коррозии является только одной из задач эмалирования, скорее эмаль служит вообще для улучшения качества поверхностей и формирования новых материаловед-ческих, технических и функциональных свойств новой системы эмаль-металл, которую следует рассматривать как новый композиционный материал, относящийся к числу наиболее надежных и универсальных средств защиты металлических изделий от коррозии. Значительная эффективность применения эмалированных труб обусловлена превышением их стойкости в 3-5 раз относительно труб из нержавеющей стали ив 10-15 раз относительно труб из углеродистой стали. Этим обуславливается высокий уровень производства эмалированных труб в ряде развитых стран.
При этом необходимо учитывать, что процесс эмалирования не должен отрицательно влиять на прочностные свойства труб. Поэтому общее выгорание углерода из металла труб должно быть минимальным. Это особенно важно для резьбовых концов труб.
Комплекс теоретических и экспериментальных исследований диссертанта призван устранить проблемы в отсутствии низкотемпературных силикатных эмалей требуемых свойств, разработать новую технологию, оборудование и устранить недостатки на существующих производствах для обеспечения потребностей рынка в насосно-компрессорных трубах с силикатно-эмалевым покрытием при повышенном сроке эксплуатации.
Решение этих задач было организовано с участием научных работников ОАО «Уральский институт металлов», ООО «Эмаль-Ставан», кафедры технологии стекла Уральского государственного технического университета УГТУ-УПИ.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами модернизации существующих производств ЗАО «Самарнефтегаз», ЗАО «НЕГАСПЕНЗАПРОМ» и 000 «Советскнефтеторгсинтез», а также организацией строительства новых предприятий по эмалированию НКТ: 000 «Синтез-Технология», г.Набережные челны, и 000 «ЭмальТехПром», г.Челябинск.
Объект исследования - технические, технологические, организационные аспекты повышения эффективности работы нефтепромыслового и внутри-скважинного оборудования в коррозионно-агрессивных средах на месторождениях нефтяных и газовых компаний.
Предмет исследования - разработка комплексных инновационных программ, технологий и проектов по организации новых и модернизации существующих производств эмалирования насосно-компрессорных труб. Глобальная цель - организация высокоэффективного производства эмалирования насосно-компрессорных труб с оптимальным сочетанием механических, эксплуатационных и экономических показателей.
Локальная цель 1 - получение нового знания о производстве, новых марок эмалей заданных свойств.
Локальная цель 2 - получение исходных данных для создания нового технологического оборудования, оснастки и приспособлений, обеспечивающих внедрение новых технологий.
Локальная цель 3 - использование результатов исследований для разработки новых технологий эмалирования НКТ в условиях действующего производства и организации нового.
Задачи:
Для достижения поставленных целей необходимо было решить следующие основные задачи:
выполнить аналитический обзор литературы;
научно обосновать и практически подтвердить (в связи с отсутствием информационных данных) возможность эмалирования высокоуглеродистых сталей для НКТ;
исследовать процессы формирования эмалевых покрытий в зависимости от различных факторов (состава, температуры, времени, способов);
разработать эмали с принципиально новыми свойствами;
разработать технологическую схему эмалирования НКТ в т.ч. с защитой резьбы труб.
Научная новизна работы:
впервые установлены закономерности коррозионных процессов в месте контакта сталь-эмалевый расплав при наличии в расплаве комплекса активаторов сцепления и их влияние на коррозионную активность, удельную электро- и теплопроводность, а также прочность сцепления соответствующих покрытий с высокоуглеродистыми сталями;
предложен качественно новый подход к разработке многокомпонентных систем защиты поверхности металла с использованием силикатно-
эмалевых покрытий, эксплуатируемых при контактном, динамическом и термохимическом нагружении;
исследовано влияние основных и вспомогательных компонентов сырьевых концентратов на технологические и эксплуатационные свойства эмалей, что позволило получить новые специальные эмали с заданным комплексом технологических параметров, в том числе с пониженной температурой обжига;
разработаны технологическая схема и оборудование, позволяющие механизированными методами производить нанесение, сушку эмалевого шликера и обжиг эмалей на трубах длиной до 12 метров.
Практическая значимость
1. Из всех известных технологий обеспечения коррозионной стойкости на-сосно-компрессорных труб наиболее эффективным является силикатное эмалирование. При этом следует отметить, что новые эмали обеспечивают оптимальное сочетание механических, эксплуатационных и экономических показателей, расширяющих применение таких труб. Значительный экономический и технологический эффект дает простота обслуживания и увеличение в 3-7 раз межремонтного периода эксплуатации скважины в сравнении с обычными трубами при снижении энергетических затрат (за счет меньшего гидравлического сопротивления) до 30%. Длительный опыт эксплуатации на нефтепромыслах ЗАО «Богородскнефть», ОАО «Северная нефть», НГДУ «РИТЭКадымнефть», ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть», 000 «Газ-промнефть-Восток», 000 «Татнефть» и ряда других доказал высокую экономическую и технологическую эффективность применения эмалированных труб в различных условиях.
Разработаны новые способы и технологические схемы эмалирования НКТ,-в том числе с защитой резьбы.
По разработкам диссертанта ведется строительство двух заводов по эмалированию труб широкого ассортимента, в том числе эмалирования НКТ.
Некоторые технико-экономические показатели строящихся заводов, взятые из «Бизнес-плана»:
проектная мощность — 300 тыс.п.м. в год;
в натуральном выражении — 4150 тн;
в стоимостном выражении — 436275 тыс.руб;
затраты на производство — 315275 тыс.руб;
прибыль от реализации — 121300 тыс.руб;
численность работающих — 40 чел;
выработка на одного работающего — 10906 тыс.руб;
рентабельность — 38%;
производственные фонды — 90920 тыс.руб;
платежи в бюджет и внебюджетные фонды — 53000 тыс.руб;
дисконтированный срок окупаемости - 1 год.
Апробация результатов..
Отдельные этапы исследования, выполненные в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ в ОАО «Уральский институт металлов» Институтом проблем эмалирования, заслушивались на НТС института и НТС предприятий заказчиков.
Основные положения диссертации доложены на 6-ти Международных научно-практических конференциях.
Публикации.
По теме диссертации имеется 20 публикаций.
На XII Международной выставке «Металл-Экспо-2006» (г.Москва) за разработку новых эмалей и освоение технологии эмалирования насосно-компрессорных труб авторы проекта награждены «Золотой медалью».
Структура диссертации приведена на рис.1.
Заказ на НИОКР I
I Информация
Программа 1: Литературно-аналитический обзор проблематики
Проект 1.1 - направления обзора
Программа 2: Особенности эмалирования НКТ
Проект 2.1 - анализ известных положений
Проект 2.2 -
авторские исследования
Программа 3: Разработка новых безгрунтовых силикатных эмалей
Проект 3.1 -
анализ взаимодействия химических элементов в эмалевой фритте
Проект 32 -изучение взаимодействия щелочных и щелочноземельных металлов в эмалевой фритте
Проект 33 -
анализ роли некоторых ПАВ в формировании эмалевых покрытий
Проект 3.4 -
влияние роли ПАВ на свойства эмали
Программа 4. Влияние способов обжига на качество эмалей
Проект 4.3 -
анализ механических свойств
Проект 4.4 -
анализ термостойкости
Проект 4.5 -
анализ химической стойкости
Программа 5. Разработка технологических схем
Проект 5.1 -технология эмалирования НКТ
Проект 5.2 - технология защиты резьбы НКТ
Выполненный заказ
Новые знания и технологии
Рис Л Структура диссертационного исследования
