Планирование и обеспечение качества колонн насосно-компрессорных труб из стальных элементов с защитными покрытиями на нефтяных месторождениях
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Горная промышленность. Металлургия
Издательство:
Инфра-Инженерия
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 264
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
Профессиональное образование
ISBN: 978-5-9729-1115-8
Артикул: 815297.01.99
Рассмотрена сущность понятий «качество», «критерии качества», «планирование качества» колонн НКТ из стальных элементов с защитными покрытиями. Проанализирована взаимосвязь критериев качества колонн НКТ, их отдельных элементов, соединений этих элементов, структурных составляющих неделимых элементов. Приведены алгоритмы выбора критериев качества колонн НКТ, их элементов, соединений элементов. Рассмотрены конструктивные особенности колонн НКТ из стальных элементов с защитными покрытиями, особенности их проектирования, изготовления отдельных элементов, транспортировки, приемки, хранения, монтажа и демонтажа, эксплуатации. Для инженерно-технических работников нефтегазовых компаний и обслуживающего их нефтегазового сервиса, занятых планированием и обеспечением качества колонн НКТ на нефтяных месторождениях.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 21.03.01: Нефтегазовое дело
- ВО - Специалитет
- 21.05.04: Горное дело
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
В. Н. Протасов, Д. В. Боровков, А. С. Александрин ПЛАНИРОВАНИЕ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА КОЛОНН НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ ИЗ СТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ЗАЩИТНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ НА НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ Монография Под общей редакцией доктора технических наук, профессора В. Н. Протасова Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023 1
УДК 622.24.05 ББК 33.361 П83 Рецензенты: д. т. н., профессор кафедры машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина Ю. А. Сазонов; д. т. н., руководитель Испытательной лаборатории Научного некоммерческого партнерства «НПО «Буровая техника - Пермь ВНИИБТ - сертификат» В. И. Семин П83 Протасов, В. Н. Планирование и обеспечение качества колонн насосно-компрессор- ных труб из стальных элементов с защитными покрытиями на нефтяных месторождениях : монография / В. Н. Протасов, Д. В. Боровков, А. С. Алек- сандрин ; под общ. ред. д. т. н., проф. В. Н. Протасова. - Москва ; Вологда ; Инфра-Инженерия, 2023. - 264 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-1115-8 Рассмотрена сущность понятий «качество», «критерии качества», «планирование качества» колонн НКТ из стальных элементов с защитными покрытиями. Проанализирована взаимосвязь критериев качества колонн НКТ, их отдельных элементов, соединений этих элементов, структурных составляющих неделимых элементов. Приведены алгоритмы выбора критериев качества колонн НКТ, их элементов, соединений элементов. Рассмотрены конструктивные особенности колонн НКТ из стальных элементов с защитными покрытиями, особенности их проектирования, изготовления отдельных элементов, транспортировки, приемки, хранения, монтажа и демонтажа, эксплуатации. Для инженерно-технических работников нефтегазовых компаний и обслуживающего их нефтегазового сервиса, занятых планированием и обеспечением качества колонн НКТ на нефтяных месторождениях. УДК 622.24.05 ББК 33.361 ISBN 978-5-9729-1115-8 Протасов В. Н., Боровков Д. В., Александрин А. С., 2023 Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 2
СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ ............................................................................................................... 8 ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................................... 11 ГЛАВА 1. КОЛОННЫ НКТ ИЗ СТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ЗАЩИТНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ - ПЕРСПЕКТИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТРЕБУЕМОГО УРОВНЯ ИХ КАЧЕСТВА.................................... 13 1.1. Основные понятия о качестве и критериях качества колонн НКТ .......... 13 1.2. Специфика условий эксплуатации колонн НКТ из стальных элементов на нефтяных месторождениях, основные причины их отказов и значительного снижения энергоэффективности ......................................................... 16 1.3. Преимущества колонн НКТ из стальных элементов с защитными покрытиями ..................................................................................................................... 29 1.4. Механизм защитного действия и сопротивления разрушению покрытий стальных элементов колонн НКТ при различных видах внешних воздействий ..... 32 1.4.1. Механизм защиты трубной стали от коррозии полимерными покрытиями ..................................................................................................................... 33 1.4.2. Механизм сопротивления полимерных покрытий разрушению при механических воздействиях ................................................................................... 38 1.4.3. Механизм сопротивления полимерных покрытий разрушению при воздействии эксплуатационной среды и повышенной температуры ................. 54 1.4.4. Сопротивление полимерных покрытий статической усталости в эксплуатационной среде................................................................................................. 61 1.4.5. Механизм сопротивления полимерных покрытий гидроабразивному износу ............................................................................................................................... 77 1.4.6. Механизм защиты полимерным покрытием поверхности трубной стали от образования отложений асфальтосмолопарафинов и минеральных солей .............. 81 1.4.7. Механизм защиты трубной стали от коррозии силикатно-эмалевыми покрытиями ..................................................................................................................... 89 1.5. Систематизация внешних воздействий на внутренние защитные покрытия стальных элементов колонн НКТ на нефтяных месторождениях и актуальность создания нормативных диапазонов условий их эксплуатации .......... 93 ГЛАВА 2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОЛОНН НКТ ИЗ СТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ЗАЩИТНЫМИ ПОКРЫТИЯ ............................ 101 2.1. Общие требования к колоннам НКТ из стальных элементов с защитными покрытиями ............................................................................................ 101 2.2. Конструктивные особенности стальных элементов колонн НКТ с защитными покрытиями .............................................................................................. 101 2.3. Конструктивные особенности резьбовых соединений стальных элементов колонн НКТ с защитными покрытиями ................................................... 101 3
ГЛАВА 3. КОЛОННЫ НКТ ИЗ СТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ЗАЩИТНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ - ОБЪЕКТЫ ПЛАНИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ............................ 107 3.1. Колонны НКТ - сложные технические системы ..................................... 107 3.2. Политика в области планирования качества колонн НКТ на разных стадиях их жизненного цикла ...................................................................................... 107 3.3. Требования к нормативной документации, определяющей критерии качества колонн НКТ, их элементов, резьбовых соединений элементов ............... 112 ГЛАВА 4. ПЛАНИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА КОЛОНН НКТ ИЗ СТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ЗАЩИТНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ .................................................. 118 4.1. Выбор критериев качества колонн НКТ из стальных элементов с защитными покрытиями ............................................................................................ 118 4.2. Выбор критериев качества резьбовых соединений стальных элементов колонн НКТ с защитными покрытиями ..................................................................... 123 4.3. Выбор критериев качества стальных элементов колонн НКТ с защитными покрытиями ............................................................................................ 126 4.4. Выбор критериев качества структурных составляющих стальных элементов колонн НКТ с защитными покрытиями ................................................... 129 4.5. Выбор критериев качества материалов структурных составляющих стальных элементов колонн НКТ с защитными покрытиями ................................. 140 4.6. Актуальность создания в нефтегазовых компаниях реестра стальных элементов колонн НКТ с защитными покрытиями для конкретных нормативных диапазонов условий их эксплуатации ................................................ 147 ГЛАВА 5. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОЛОНН НКТ С ЗАЩИТНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ, ИХ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ............................................................................................................. 150 5.1. Требования к нормативной документации, определяющей правила контроля качества стальных элементов колонн НКТ с защитными покрытиями и их резьбовых соединений ........................................................................................... 151 5.2. Методики испытаний стальных элементов колонн НКТ с защитными покрытиями ................................................................................................................... 151 5.2.1. Методики приемо-сдаточных испытаний стальных элементов колонн НКТ с внутренним защитным покрытием ................................................................. 151 5.2.1.1. Методика приемо-сдаточных испытаний при контроле дефектности внешней внутреннего защитного покрытия стальных элементов колонн НКТ ..... 152 5.2.1.2. Методика приемо-сдаточных испытаний при контроле геометрических параметров внутреннего защитного покрытия стальных элементов колонн НКТ ................................................................................................................... 152 5.2.1.3. Методика приемо-сдаточных испытаний при контроле диэлектрической сплошности защитных покрытий стальных элементов колонн НКТ ................................................................................................................... 153 4
5.2.1.4. Методика приемо-сдаточных испытаний при контроле адгезии внутреннего защитного покрытия стальных элементов колонн НКТ ..................... 153 5.2.2. Методики периодических испытаний стальных элементов колонн НКТ с внутренним защитным покрытием .......................................................................... 155 5.2.2.1. Методика периодических испытаний при контроле дефектности внешней внутреннего защитного покрытия стальных элементов колонн НКТ после различных внешних воздействий ................................................................................ 157 5.2.2.2. Методика периодических испытаний при контроле геометрических параметров внутреннего защитного покрытия стальных элементов колонн НКТ после воздействия потока абразивосодержащей жидкости ..................................... 159 5.2.2.3. Методика периодических испытаний при контроле геометрических параметров внутреннего защитного покрытия стальных элементов колонн НКТ в паре трения с центратором насосных штанг .............................................................. 165 5.2.2.4. Методика периодических испытаний при контроле диэлектрической сплошности внутреннего защитного покрытия стальных элементов колонн НКТ после различных внешних воздействий ..................................................................... 170 5.2.2.5. Методика периодических испытаний при контроле адгезии внутреннего защитного покрытия стальных элементов колонн НКТ после различных внешних воздействий ................................................................................ 176 5.2.2.6. Методика периодических испытаний при контроле электропроводности внутреннего защитного покрытия стальных элементов колонн НКТ после внешних воздействий ................................................................................................................... 182 5.2.2.7. Методика периодических испытаний при контроле способности внутреннего полимерного покрытия стальных элементов колонн НКТ защищать сталь от сульфидного растрескивания ........................................................................ 184 5.2.2.8. Методика периодических испытаний при контроле способности внутреннего защитного покрытия стальных элементов колонн НКТ предотвращать образование отложений асфальтосмолопарафинов .................................................. 187 5.2.2.9. Методика периодических испытаний при контроле способности внутреннего защитного покрытия стальных элементов колонн НКТ предотвращать образование солевых отложений ................................................................................ 189 5.2.3. Методики опытно-промысловых испытаний стальных элементов колонн НКТ с внутренним защитным покрытием .................................................... 191 5.3. Методики испытаний резьбовых соединений с защитными покрытиями стальных элементов колонн НКТ ......................................................... 191 ГЛАВА 6. ПЛАНИРОВАНИЕ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОЛОНН НКТ ИЗ СТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ЗАЩИТНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ ............................................................................ 192 5
6.1. Требования к нормативной документации, определяющей критерии качества проектирования колонн НКТ из стальных элементов с защитными покрытиями ................................................................................................................... 192 6.2. Механизм обеспечения качества проектирования колонн НКТ из стальных элементов с защитными покрытиями ........................................................ 193 6.3. Методы обеспечения качества проектирования колонн НКТ из стальных элементов с защитными покрытиями .................................................. 196 ГЛАВА 7. ПЛАНИРОВАНИЕ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОИЗВОДСТВА СТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОЛОНН НКТ С ЗАЩИТНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ ............................................................................................................ 205 7.1. Требования к нормативной документации, определяющей критерии качества производства стальных элементов колонн НКТ с защитными покрытиями ................................................................................................................... 205 7.2. Методы обеспечения качества производства стальных элементов колонн НКТ, подлежащих изоляции защитными покрытиями ............................... 208 7.3. Методы обеспечения качества изоляции стальных элементов колонн НКТ защитными покрытиями ..................................................................................... 217 7.3.1. Технологические основы изоляции внутренней поверхности стальных НКТ полимерным покрытием...................................................................................... 217 7.3.2. Технологические основы изоляции внутренней поверхности стальных НКТ силикатно-эмалевым покрытием ....................................................................... 222 7.3.3. Технологические основы изоляции резьб стальных элементов колонн НКТ защитными покрытиями ..................................................................................... 227 ГЛАВА 8. ПЛАНИРОВАНИЕ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ТРАНСПОРТИРОВКИ, ПРИЕМКИ И ХРАНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОЛОН НКТ С ЗАЩИТНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ .................................................... 233 8.1. Требования к нормативной документации, определяющей критерии качества транспортировки, приемки и хранения стальных элементов колонн НКТ с защитными покрытиями .............................................................................................. 233 8.2. Методы обеспечения качества транспортировки стальных элементов колонн НКТ с защитными покрытиями ..................................................................... 234 8.3. Методы обеспечения качества приемки и хранения стальных элементов колонн НКТ с защитными покрытиями ................................................... 235 ГЛАВА 9. ПЛАНИРОВАНИЕ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА МОНТАЖА И ДЕМОНТАЖА КОЛОНН НКТ ИЗ СТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ЗАЩИТНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ ................................................................................ 238 9.1. Требования к нормативной документации, определяющей критерии качества монтажа и демонтажа колонн НКТ из стальных элементов с защитными покрытиями ............................................................................................ 238 6
9.2. Методы обеспечения качества подготовки стальных НКТ с защитными покрытиями к спуску в скважину ........................................................ 239 9.3. Методы обеспечения качества монтажа и демонтажа колонн НКТ из стальных элементов с защитными покрытиями ................................................... 240 ГЛАВА 10. ПЛАНИРОВАНИЕ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭКСПЛУАТАЦИИ КОЛОНН НКТ ИЗ СТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ЗАЩИТНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ ............................................................................ 244 10.1. Требования к нормативной документации, определяющей критерии качества эксплуатации колонн НКТ из стальных элементов с защитными покрытиями ................................................................................................................... 244 10.2. Методы обеспечения качества эксплуатации колонн НКТ из стальных элементов с защитными покрытиями ................................................... 245 10.3. Методы обеспечения качества ремонта стальных элементов колонн НКТ с защитными покрытиями ................................................................................... 247 ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................. 255 ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА ............................................................. 259 7
ПРЕДИСЛОВИЕ Уважаемые читатели Колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) в добывающих и нагнетательных скважинах на нефтяных месторождениях по своей структуре являются достаточно сложными и дорогостоящими техническими системами, состоящими из комплекса взаимосвязанных элементов. При этом требуемые уровни качества этих технических систем, их отдельных элементов, резьбовых соединений элементов тесно связаны между собой по принципу иерархии, т. е. соподчиненности. Это определяет выполнение операций по выбору критериев качества колонн НКТ, их элементов, резьбовых соединений элементов в определенной последовательности, обусловливаемой их соподчиненностью; при этом выход из предшествующей операции должен являться входом в последующую. В монографии впервые рассмотрена методология системного подхода по принципу иерархии к планированию и обеспечению качества колонн НКТ, их отдельных стальных элементов с защитными покрытиями, резьбовых соединений этих элементов. Планирование качества колонны НКТ из стальных элементов с защитными покрытиями - это процесс выбора требуемых критериев ее качества, определяющих способность колонны НКТ выполнять свои функции с регламентированными параметрами в конкретных условиях применения с заданным уровнем энергоэффективности, надежности, безопасности и технологичности при допустимых для потребителя затратах на изготовление элементов колонны НКТ, ее монтаж и эксплуатацию. Предложены алгоритмы выбора по принципу иерархии критериев качества колонн НКТ, их отдельных стальных элементов с защитными покрытиями, резьбовых соединений этих элементов, структурных составляющих неделимых элементов (стальной сердцевины и поверхностного слоя, роль которого выполняет защитное покрытие, обеспечивающее требуемый уровень качества поверхности). Обоснована взаимосвязь между функциями, выполняемыми колонной НКТ, ее стальными элементами с защитными покрытиями, резьбовыми соединениями элементов, их потребительскими свойствами, обеспечивающими выполнение этих функций, показателями потребительских свойств в исходном состоянии и при различных внешних воздействиях на разных стадиях жизненного цикла у потребителя (хранение, транспортировка, монтаж-демонтаж, эксплуатация), нормами на показатели - критериями качества. Заключительной операцией планирования качества колонн НКТ, их элементов, соединений элементов является разработка стандартизированной или 8
корпоративной нормативной документации, регламентирующей критерии их качества. На стадиях проектирования и изготовления стальных элементов колонн НКТ с защитными покрытиями, монтажа-демонтажа колонн из этих элементов, их эксплуатации должно быть обеспечено соответствие требуемых характеристик колонн НКТ и их элементов критериям их качества. Это возможно только при наличии связи по принципу иерархии критериев качества колонн НКТ, их элементов, соединений элементов с обусловливаемыми ими критериями качества проектирования и изготовления отдельных элементов колонн НКТ, монтажа колонн из этих элементов, их эксплуатации. Поэтому значительное внимание в монографии уделяется выявлению и обоснованию этой связи в соответствующей нормативной документации. Выбор критериев качества колонн НКТ, их элементов, соединений элементов должен проводиться по принципу иерархии, на основании технико-экономического расчета, с учетом последних научно-технических достижений в данной области. В настоящее время в действующих стандартах и корпоративной технической документации нефтегазовых компаний и предприятий нефтегазового сервиса отсутствует подобный системный подход к выбору критериев качества колонн НКТ, их отдельных стальных элементов с защитными покрытиями, соединений этих элементов, структурных составляющих неделимых элементов (стальной сердцевины и защитного покрытия), материалов структурных составляющих неделимых элементов, их химического состава и структуры. Критерии качества проектирования и производства стальных элементов колонн НКТ с защитными покрытиями, монтажа-демонтажа колонн НКТ из этих элементов, их эксплуатации не связаны по принципу иерархии с определяющими их критериями качества колонн НКТ. Это обусловливает актуальность данной монографии, в которой достаточно системно и научно-обоснованно рассмотрена методология планирования и обеспечения качества колонн НКТ из стальных элементов с защитными покрытиями. Данная монография может быть полезна специалистам нефтегазовых компаний и предприятий нефтегазового сервиса, занимающихся планированием и обеспечением качества колонн НКТ из стальных элементов с защитными покрытиями, являться учебным пособием для магистров нефтегазовых вузов по следующим специальностям: «Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений», «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов», «Стандартизация, сертификация и управление качеством производства нефтегазового оборудования». 9
Настоящая монография состоит из 10 глав. Предисловие, введение, заключение и главы с 1-й по 6-ю и 10-я написаны В. Н. Протасовым, главы с 7-й по 9-ю написаны В. Н. Протасовым совместно с Д. В. Боровковым и А. С. Александриным. 10