Соединение гибких труб.

Новости социальных сетей

Время колтюбинга - все о гибких трубах.

По сути, существуют лишь два возможных способа соединения гибких труб, а именно: соединение при помощи сварки и при помощи барабанных муфт. Оба метода имеют определенные достоинства и недостатки. За исключением отдаленных и/или некоторых морских областей сварка является более доступным методом, требующим меньших объемов предварительного планирования, поскольку большинство муфт нуждаются в высокоточной обработке для того, чтобы соответствовать диаметру гибкой трубы, толщине ее стенок и классу прочности, так как это позволяет достичь наилучших усталостных характеристик при пластической деформации. Кроме этого, при сварке гибких труб легче сохранить внешнюю, а при использовании орбитальной сварки и внутреннюю поверхность ровной.

 


С другой стороны, получение высококачественного сварного соединения гибких труб требует специализированных навыков и сварщиков, обученных сварке трубных изделий с одной стороны без поддержки. Предпочтительно, чтобы сварщик имел опыт сварки емкостей под высоким давлением. Аргонно-дуговая сварка обычно применяется для сварки гибких труб «встык» или создания круговых швов. Для обеспечения хорошего качества сварных соединений крайне важно использовать сборку под сварку и станок для согласования кромок как, например, показано на рисунке 1. Также важным моментом является обеспечение правильной газовой защиты сварочной дуги, особенно от сильных боковых ветров, встречающихся в морских условиях. Это можно сделать при помощи правильной организации сварочного места. Можно, например, использовать палатку, как показано на рисунке 1. Еще одним обязательным моментом является наличие особых технических условий процесса сварки, чтобы обеспечить сварщика всеми необходимыми данными и другой значимой информацией, которой нужно руководствоваться для гарантий достижения ожидаемых характеристик сварного соединения. Малоцикловые усталостные характеристики любого сварного соединения очень сильно зависят от опыта и мастерства сварщика. Удовлетворение всех вышеперечисленных требований при проведении операций на море или в отдаленных районах суши может стоить очень больших денег.


Подготовка к соединению гибких труб при помощи барабанной соединительной муфты, с другой стороны, требует меньших навыков, хотя правильная подготовительная процедура все же является необходимой. В отличие от сварных соединений усталостные характеристики соединения такого типа менее зависимы от индивидуального мастерства технического специалиста, подготавливающего соединительную муфту. Защита от плохих погодных условий не так важна, хотя механические соединения также требуют наличия станка для согласования кромок и компоновки с гибких труб как, например, показано на рисунке 2.


В отдаленных районах или при работе в морских условиях соединение колонн гибких труб при помощи механических соединителей будет менее затратным, поскольку буровые бригады или персонал сервисной компании может быть легко обучен установке подобных соединителей.


СРАВНИТЕЛЬНЫЕ уСТАЛОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВАРНЫХ И механических СОЕДИНЕНИЙ гибких труб


Стыковочные швы в колоннах гибких труб в разной степени уменьшают их усталостную стойкость при пластической деформации или малоцикловую усталостную прочность в зонах сварных соединений. Степень уменьшения зависит от качества сварки и от используемых технических условий данного процесса. Качество во многом зависит от добротности последнего слоя сварного шва и от процесса его «зачистки». Процессы ручной и орбитальной аргонно-дуговой сварки имеют отличия в степени уменьшения малоцикловой усталостной прочности стыковочных сварных соединений гибких труб, при этом ручная сварка демонстрирует наибольшую изменчивость малоцикловых усталостных характеристик. На рисунке 3 показаны результаты тестов, проведенных на установке для испытаний на усталость. Были протестированы сварные соединения, выполненные при помощи ручной и орбитальной аргонно-дуговой сварки. Все ГТ со сварными соединениями демонстрируют уменьшение усталостной долговечности по сравнению с гибких труб, не подвергавшимися сварке. Усталостная прочность сварных швов при ручной аргонно-дуговой сварке в этом примере принимает как большие, так и меньшие значения по сравнению с орбитальной сваркой. Наименьшее значение прочности равно 12% от прочности первоначальной гибких труб, а наибольшее -85% от прочности первоначальной ГТ. Изменчивость малоцикловой усталостной прочности, измеренная в единицах стандартного отклонения, составила 18%. Усталостная прочность швов, полученных при помощи орбитальной сварки, также меняется, однако результаты более согласованы, стандартное отклонение равно 11%.


«Допустимая» или «пригодная для работы» усталостная прочность стыковочных швов бывших в употреблении или эксплуатируемых

колонн ГТ обычно ограничена величиной в 25% от остаточной усталостной прочности ГТ.


Из результатов на рисунке 3 очевидно, что при ручной аргонно-дуговой сварке «встык» существует значительно больший риск возникновения неисправностей. Следует отметить, однако, что с практической точки зрения процесс орбитальной сварки не всегда легкодоступен даже в неотдаленных районах суши. Также

имеются некоторые другие обстоятельства, которые могут исключить использование орбитальной аргонно-дуговой сварки. К таковым можно, например, отнести высокую степень овальности концов ГТ. В данном случае непросто осуществить проварку корня шва правильным образом без применения ручной сварки. Дополнительные подробности, касающиеся сварки стыковочных и круговых швов, представлены в работе Б. Луфта [2] и работе В.Д. Арнама и Д. Смита [3].


До разработки новой «многоцикловой» барабанной соединительной муфты (см. работу Б. Луфта [4]) типичное значение усталостной прочности представленных на рынке муфт колебалось в пределах 6-22% от прочности

ГТ, не подвергавшейся сварке. Значение в 6% соответствовало ГТ диаметром 73 мм, изготовленной из стали марки CT100, при испытаниях с радиусом изгиба в 1,83 м, тогда как значение в 22% соответствовало радиусу изгиба 2,44 м.


На рисунке 4 представлено сравнение усталостных характеристик нового механического соединителя Duralink и стыковочных швов ГТ. Испытания проходили с радиусом изгиба 1,83 м и давлении 10,4 МПа. Видно, что усталостные характеристики нового соединителя не только превосходят характеристики старых, но также превышают показатели высококачественных сварных соединений. Из сравнения рисунков 3 и 4 можно видеть, что изменчивость усталостной прочности данного механического соединителя меньше по сравнению со сварными соединениями, даже в случае когда последние выполнялись при помощи орбитальной сварки. Дополнительным преимуществом механического соединителя является тот факт, что зарождающиеся в нем усталостные разрушения могут быть обнаружены по локальному продольному изгибу или волнистости ГТ в областях входных сечений. Это позволит вырезать соединитель и заменить его до образования трещины в ГТ.


Следует отметить, что числа на вертикальной оси рисунка 4 обозначают усталостную прочность в процентах от прочности базовой ГТ. Данное процентное отношение было получено делением числа усталостных циклов до отказа ГТ с механическим соединителем или стыковочным сварным швом на число аналогичных циклов для базовой ГТ (без соединителей и сварных швов). Последняя величина определялась проведением испытаний на пластическую усталость образцов, приготовленных на основе тех же ГТ, что использовались для сварных или механических соединений. Утверждают, что усталостные характеристики других барабанных муфт, описание которых можно найти в работе А. Эхтешама [6], совпадают с таковыми у базовых ГТ. Такое возможно лишь в случае, если усталостная прочность базовой ГТ меньше той, которая была бы измерена с использованием идентичных тестовых образцов ГТ. Усталостная прочность базовой ГТ [6] была получена с использованием теоретической модели, прогнозирующей усталостные характеристики, и ее значение было, несомненно, меньше того, которое получилось бы в результате проведения тестов с реальными образцами, созданными на основе ГТ, применяемой для испытаний соединителей.


дизайн и монтаж барабанных


СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ МуфТ


Дизайн соединительной муфты [4] показан на рисунке 5. Муфта состоит из трех компонентов, к которым относятся «мягкие» входные сечения со щелевидными продольными отверстиями на каждой из сторон, и центральная перемычка, которая заполнена эластомерным материалом таким образом, чтобы быть заподлицо с внешним диаметром ГТ. Все три части оснащены резьбовыми концами, причем их монтаж происходит одновременно, чтобы активировать двусторонние уплотнительные прокладки. Для более агрессивных внутрискважинных условий наполнение из эластомера может быть заменено металлическими центрующими кольцами.


Для монтажа соединительной муфты концы ГТ надевают на «мягкие» входные сечения и уплотнительные прокладки. При этом необходимо убрать внутренний заусенец продольного сварного шва ГТ (сделать его заподлицо с внутренней поверхностью ГТ), как показано на рисунке 6. Необходимо тщательно следить за тем, чтобы не поцарапать или каким-нибудь другим образом не повредить внутреннюю поверхность ГТ. После этого концы ГТ крепятся к перемычке муфты вдавливанием их в полусферические выемки на муфте (т.е. образуется обычное «ямочное» соединение), как показано на рисунке 7.


Поскольку желательно избежать любой наружной высадки (например, для прохождения сквозь противовыбросовое или сальниковое устройство), внутренний диаметр соединительной муфты, показанной на рисунке 5, должен быть слегка меньше, чем таковой у ГТ. Опыт показывает, что уменьшенный внутренний диаметр не мешает проведению операций, включая перемещение стальных шаров, используемых для активации КНБК.


Что касается жестких внутрискважинных условий, таких, например, как скважины с высоким содержанием сероводорода, то в подобных условиях стыковочные сварные швы (см. рисунок 8 и работу Б. Луфта [5]) не выдерживали испытаний на усталость всего лишь после нескольких циклов пластической деформации независимо от того, ручная или орбитальная сварка использовалась для их создания.


Суперсплав, который использовался при создании барабанной соединительной муфты [4], успешно прошел испытания на устойчивость к сульфидному растрескиванию под напряжением. Особое внимание, однако, следует уделить защите внутренней поверхности концов ГТ от воздействия кислых сред. Всесторонние испытания на усталость образцов ГТ, подвергавшихся воздействию кислого раствора стандарта «А» организации NACE [5], показали, что водородное растрескивание случается чаще, когда как внутренняя, так и внешняя поверхность ГТ подвергаются воздействию раствора. Следовательно, гибкий и прочный уплотняющий материал должен применяться в тех местах, где концы ГТ перекрывают муфту, для предотвращения воздействия кислых сред на внутреннюю поверхность ГТ.


ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ БАРАБАННЫХ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ МуфТ


Возможность соединять ГТ при помощи сварных соединений или барабанных соединительных муфт является важным аспектом для контроля и ремонта колонн ГТ. Зачастую бывает так, что короткий участок колонны ГТ израсходовал свой эксплуатационный ресурс. Это может потребовать (за исключением случаев, когда данный участок можно удалить и/или заменить на новый) необязательного снятия с эксплуатации всей колонны ГТ. До настоящего времени, наверное, наиболее удачной и необходимой областью применения барабанных соединительных муфт являлись КРС или буровые работы с применением колтюбинга в морских условиях. При этих операциях, как правило, применяются колонны ГТ большего диаметра, длины и толщины стенок. Это очевидным образом приводит к тому, что на морскую платформу приходится выгружать более тяжелые барабаны с ГТ. Однако грузоподъемности крана недостаточно для того, чтобы поднять всю колонну ГТ целиком, особенно при большом волнении на море. Поэтому приходится доставлять колонну по частям. Ранее эти части сваривались на платформе только при помощи сварки. Данный метод был довольно непопулярен среди многих добывающих компаний из-за проблем с безопасностью и целой истории недопустимо частых неполадок. С момента успешной разработки новой «высокопрочной» барабанной соединительной муфты некоторые операторы, работающие в Северном море, выбрали ее в качестве стандартного метода соединения колонн ГТ. Механические соединители ГТ также становятся популярными при выполнении операций на суше, особенно в отдаленных областях, где квалифицированных и компетентных сварщиков тяжело или вообще невозможно найти. При наличии начальной, но обязательной подготовки механические соединители могут быть надежным образом установлены регулярным персоналом, обслуживающим колтюбинговую установку. К настоящему моменту барабанные муфты используются для соединения труб диаметром от 44,5 до 73 мм, соответствующих классам прочности CT80, CT90, CT100 или CRA CT. Если ГТ изготавливается из антикоррозионных сплавов, то единственно возможным решением для соединения таких труб являются барабанные соединительные муфты. Это обусловлено тем, что подходящая сварочная процедура с использованием присадочного материала, которая давала бы приемлемую малоцикловую усталостную прочность сварного соединения, еще не разработана.


Есть несколько примеров, которые демонстрируют возможности применения, преимущества и экономическую выгоду использования барабанных соединительных муфт в морских условиях. Некоторые из этих примеров можно найти в работе Л. Линка и др. [1]. Новый соединитель, описанный в работе [4], стал полезной технологией для проведения внутрискважинных работ в условиях Северного моря, которые потребовали использования ГТ большего диаметра (60,3 и 73 мм). Для проведения работ на норвежском шельфовом месторождении Veslefrikk A, оператором которого является компания Statoil ASA, потребовалась ГТ со следующими параметрами: диаметр - 60,3 мм, толщина стенки — 3,4 мм, класс прочности - CT100, длина -4900 м. При помощи данной трубы планировалось провести очистку глубоководной скважины и установку глубинной пробки для подготовки скважины к повторному заканчиванию. Барабан с ГТ такой длины весил бы 32 т. Грузоподъемность же крана, расположенного на морской платформе, составляла всего лишь 16 т при высоте характерной волны 3 м. Было принято решение разделить колонну ГТ на три части и использовать две барабанные соединительные муфты для того, чтобы собрать колонну заново на платформе. (Механические соединители были выбраны из-за того, что предыдущие попытки сварки труб встык провалились). Соединители были успешно установлены без каких-либо происшествий за 26 часов. При этом высота волн превышала 3 м на всем протяжении операции. Процесс установки проходил таким образом, что удалось избежать значительных задержек во время проведения операции. После успешно проведенного КРС на скважине № 1 колтюбинговое оборудование было перемещено на скважину № 2 для проведения очистки и повторных перфорационных работ с той же концентрацией оборудования. Скважина № 2 также была успешно закончена, после чего оборудование переместили на скважину № 3 для последующего успешного проведения операции по закачке ингибитора солеотложения. Позднее оборудование было извлечено из скважины, колонна ГТ была смотана на 3 отдельных барабана и доставлена обратно на береговую базу снабжения. Эксплуатационная эффективность ГТ при проведении внутрискважинных операций составила 92%, 99% и 100% соответственно. Барабанные муфты успешно функционировали на протяжении всех 6 спускоподъемных операций без каких-либо признаков ухудшения их качества и не требуя замены.


Второй пример [1] использования барабанных муфт также связан с операцией в Северном море, которая проводилась в октябре 2003 года. На месторождении Ekofisk, оператором которого является компания ConocoPhillips, требовалось применение колонны разностенных ГТ диаметром 73 мм, толщиной от 3,96 до 5,2 мм и класса прочности CT100. С помощью данной колонны ГТ планировалось проведение кислотного ГРП.


Три зоны в одной из скважин месторождения, расположенные на глубине 3962 м, были непродуктивными, поэтому было принято решение провести кислотный ГРП при помощи колтюбинга. Общий вес колонны ГТ и барабана составлял 36 т, в то время как максимальная грузоподъемность крана была 32 т. Колонна ГТ была разбита на две части, а затем собрана на платформе и протестирована на герметичность при давлении 55,2 МПа с использованием соединительной муфты диаметром 73 мм. Опять же механический соединитель был выбран из-за преждевременного износа сварных соединений, использованных до этого. Шесть спуско-подъемных операций было проведено с использованием одного и того же соединителя. Он выдержал давление 46,2 МПа, при этом по колонне ГТ протекал 10%-й раствор соляной кислоты со скоростью 2544 л/мин. Наполнитель из эластомера потерял свои скрепляющие свойства и был заменен на металлические центрующие кольца для проведения последних двух спуско-подъемных операций. Кислотный ГРП был успешно завершен после четырех спуско-подъемных операций без происшествий. В результате добыча нефти возросла в 8 раз.


В качестве последнего примера использования барабанной соединительной муфты в морских условиях [1] с колонной ГТ длиной 4496 м, диаметром 73 мм и толщиной стенок 3,96 мм можно привести операцию в Северном море в декабре 2004 года. На морской платформе имелся кран грузоподъемностью 40 т при спокойном море. Для неспокойных вод в зимний период данная величина снижалась до 37 тонн. Колонна была разделена на две части и доставлена на платформу в виде отдельных барабанов, снижая максимальный вес каждой из частей до 22 тонн. Это гарантировало возможность проведения внутрискважинных работ в течение всего зимнего сезона независимо от волнений на море. Успешность и снижение затрат на проведение операций, которых удалось достичь при предыдущих применениях аналогичных соединителей, были решающими факторами при решении об использовании барабанной соединительной муфты для сборки колонны ГТ на платформе. После завершения механического соединения колонны и намотки ГТ на барабан была проведена проверка колонны на герметичность при давлении 34,5 МПа. После этого проверили ГТ на проходимость (продавили шар для проверки соответствия внутреннего диаметра нужным размерам) в течение 24 часов. Все операции никак не повлияли на выполнение других работ.


На скважину № 1 были отведены три спускоподъемные операции, которые очистили лифтовую колонну диаметром 177,8 мм и фильтры гравийной набивки. После этого провели перфорацию гравийной набивки. На скважине № 2 также потребовалось проведение трех спуско-подъемных операций, которые тоже очистили лифтовую колонну диаметром 177,8 мм и фильтры гравийной набивки. Это позволило впоследствии провести кабельный каротаж. А вот на скважину № 3 пришлось отвести целых восемь спуско-подъемных операций. Была очищена лифтовая колонна диаметром 177,8 мм, проведены ловильные и фрезеровочные работы, а также освобождение застрявшего инструмента при помощи яса. В завершение было проведено продавливание вниз застрявшей пробки. Все три операции достигли своих целей. Единственная неудача была на скважине № 3, где так и не удалось протолкнуть застрявший инструмент на забой. Соединительная муфта подверглась минимальному износу после 14 спуско-подъемных операций, замены также не потребовалось. Несколько шаров диаметрами до 34,9 мм были успешно продавлены по колонне ГТ. Соединительная муфта несколько раз проходила по направляющей арке при давлении 21 МПа и растягивающем усилии 28913 дН. Рабочая жидкость прокачивалась по колонне со скоростью 1040 л/мин. Что касается допустимой усталостной прочности, тут барабанная соединительная муфта превзошла показатели сварных соединений. Двусторонние сальниковые устройства потребовались для проведения четырех последних спускоподъемных операций из-за поломки алюминиевых центрующих колец, которые заменили наполнитель из эластомера.


В настоящий момент успешно и без происшествий используются новые центрирующие кольца из легированной стали.


К ключевым преимуществам использования барабанных соединительных муфт вместо сварных соединений для описанных выше конкретных примеров можно отнести: уменьшение проблем, связанных с грузоподъемностью крана и весом оборудования, снижение зависимости от погодных условий, возможность использования ГТ оптимальных (то есть больших) размеров, что увеличивает успешность операций и снижает время и стоимость их проведения, а также более предсказуемые технические характеристики по сравнению со стыковочными швами (зарождающаяся трещина в колонне ГТ может быть проконтролирована в процессе операции) и более простая установка. По мере внедрения недавних разработок в области барабанных соединительных муфт многие компании стали предпочитать механическое соединение колонн ГТ в морских условиях сварным соединениям. Кроме уже упомянутых преимуществ, одной из основных причин этого является увеличение надежности соединения ГТ и уменьшение риска преждевременных поломок по сравнению со сварными соединениями, а также снижение прочих рисков, связанных с проведением сварки в морских условиях. Предполагается, что преимуществами барабанных соединительных муфт также будут пользоваться и на суше, особенно в отдаленных районах.

 

Китайская техинака Yutong в лизинг

Самосвалы и техника DONG FENG в лизинг

Тягачи и самосвалы FAW в лизинг

Грузовики и прочая китайская техника FOTON в лизинг

Спецтехника и бетононасосы XCMG в лизинг

Экскаваторы, самосвалы, тягачи, миксеры HOWO в лизинг

SHAANXI в лизинг

Техника из Китая Zoomlion в лизинг

Спецтехника JAC в лизинг

HANIA в лизинг

Китайская техника в лизинг

Лизинг тракторов, экскаваторов-погрузчиков JCB 3CX и 4CX.

MAN в лизинг. Грузовики MAN.

CAT в лизинг. Техника Catterpillar.

Volvo в лизинг. Самосвалы, экскаваторы и прочая спецтехника Вольво в лизинг.

Техника DOOSAN и DAEWOO в лизинг.

Техника TEREX в лизинг

Scania в лизинг в Санкт-Петербурге.

Техника John Deer в лизинг.

Техника new holland в лизинг.

Статистика

Rambler's Top100

Яндекс.Метрика

© Copyright 2009-2016 Статусы и цитаты для Вконтакте, одноклассников, вайбера и вотсапа.