Трубы газлифт в Екатеринбурге

• Введение: Газлифтные трубы как ключевой элемент энергоэффективной добычи нефти
• Классификация и конструкции газлифтных труб
• Технические характеристики и параметры выбора
• Расчёт и подбор труб для газлифтной скважины
• Эксплуатация, диагностика и нормы отбраковки
• Применение в нефтегазовой отрасли
• Часто задаваемые вопросы

Газлифтный способ добычи нефти известен с конца XIX века и до сих пор остаётся востребованным на месторождениях, где фонтанный режим уже не обеспечивает необходимого дебита, а применение насосов ограничено техническими или экономическими причинами. Суть метода заключается в том, что в скважину подаётся сжатый газ, который смешивается с пластовой жидкостью и снижает её плотность, благодаря чему столб газожидкостной смеси поднимается на поверхность под действием пластового давления. Трубы, по которым происходит этот подъём, называются газлифтными, или подъёмниками, и от их правильного выбора напрямую зависит эффективность всей системы.

Оставить заявку

Для инженеров-технологов, специалистов по добыче и снабжению газлифтные трубы — это не просто элемент трубопровода, а инструмент, определяющий рабочий диапазон скважины, энергопотребление компрессорной станции и межремонтный период. Газлифтный подъёмник работает в условиях постоянного контакта с агрессивными компонентами пластовой жидкости, высокого давления и переменных температур, поэтому к его прочностным и коррозионным характеристикам предъявляются повышенные требования. В этом материале мы разберём, какие трубы применяются в газлифтных системах, какими стандартами они регламентируются, как подбираются под конкретные условия скважины и как контролируется их состояние в процессе эксплуатации.

Газлифтные трубы классифицируются по нескольким ключевым признакам: способу изготовления, материалу и нормативному документу, регламентирующему их производство. Понимание этих различий необходимо для правильного выбора труб под конкретную скважину и условия эксплуатации.

• Трубы бесшовные горячедеформированные по ТУ 14-3Р-1128-2007 (основной тип газлифтных труб в отечественной практике, изготавливаемые из стали марки 09Г2С). Эти трубы предназначены для газопроводов, газлифтных систем добычи нефти и обустройства газовых месторождений, работающих в условиях низких температур и высокого давления. Стандарт распространяется на трубы с толщиной стенки 12 мм и более, для которых проводится контроль макроструктуры металла по ГОСТ 10243.
• Трубы бесшовные горячедеформированные по ТУ 14-3-1618-89 (более ранний стандарт, также применяемый для газлифтных систем и обустройства нефтяных и газовых месторождений Северных районов). Трубы по этому ТУ выпускаются наружным диаметром от 159 до 426 мм с толщиной стенки от 6 до 26 мм из сталей марок 12Г, 12ГА, 16Г, 16ГА, 13ГФ, 13ГФА, 09Г2С. Они относятся к различным группам прочности: I, II, III и повышенной прочности.
• Трубы насосно-компрессорные по API 5CT (международный стандарт, широко используемый для газлифтных труб в мировой практике). Трубы API 5CT выпускаются из сталей марок J55, L80, N80 и P110 с соединениями EUE (высадка наружу), NUE (невысаженные) и премиальными соединениями. Для газлифтных систем часто применяются трубы с боковыми карманами для установки газлифтных клапанов.
• Трубы с премиальными соединениями (применяются в сложных условиях: высокое давление, высокотемпературные скважины, сероводородная среда, газлифт высокого давления). Премиальные соединения обеспечивают герметичность и прочность, недостижимые для стандартных муфтовых соединений, и позволяют использовать трубы в горизонтальных скважинах с большими отходами от вертикали.

Помимо материала и стандарта, важным классификационным признаком является назначение трубы в газлифтной системе. Трубы могут использоваться как подъёмники для однорядного или двухрядного газлифта, а также как трубы для установки газлифтных клапанов. В двухрядном газлифте используются две колонны труб разного диаметра, что позволяет оптимизировать режим подъёма для скважин с различной продуктивностью.

При выборе газлифтных труб для конкретной скважины инженер оперирует несколькими ключевыми параметрами, каждый из которых определяет работоспособность и безопасность системы. Разберём их по порядку с пояснениями и типичными значениями, подтверждёнными стандартами.

Наружный диаметр — первый параметр, определяющий пропускную способность подъёмника и совместимость с обсадной колонной. Для газлифтных труб по ТУ 14-3Р-1128-2007 типичные диаметры составляют 68, 89, 114 мм. Для труб по ТУ 14-3-1618-89 диапазон шире: от 159 до 426 мм. В международной практике по API 5CT применяются трубы диаметром от 2 3/8 дюйма (60,3 мм) до 4 1/2 дюйма (114,3 мм). Выбор диаметра определяется требуемым дебитом скважины и гидравлическим расчётом газожидкостного потока.

Толщина стенки — параметр, выбираемый по расчёту на внутреннее давление с учётом прибавки на коррозию. Для газлифтных труб по ТУ 14-3Р-1128-2007 толщина стенки может составлять 12 мм и более, что обеспечивает высокую прочность при работе с давлением до 22,15 МПа. Для труб по API 5CT толщина стенки определяется по таблицам стандарта и зависит от марки стали и рабочего давления.

Марка стали — параметр, определяющий прочностные и коррозионные характеристики. Основной отечественной маркой для газлифтных труб является 09Г2С — низколегированная сталь с пределом текучести не менее 325 МПа, обладающая хорошей свариваемостью и хладостойкостью. Для условий сероводородной коррозии применяются стали марок L80, C90, C95, C110 и T95 по API 5CT, легированные хромом и молибденом.

Рабочее давление — параметр, на который рассчитывается колонна газлифтных труб. Для газлифтных систем высокого давления рабочее давление может достигать 22,15 МПа и выше. В международной практике для газлифта высокого давления применяются трубы марок N80, P110 и Q125, рассчитанные на соответствующие давления.

Испытательное давление — параметр, при котором проводятся гидравлические испытания труб. Согласно ТУ 14-3Р-1128-2007, трубы должны выдерживать испытательное гидравлическое давление, определяемое по ГОСТ 3845. Неразрушающий контроль труб проводится в соответствии с приложением А ТУ, включая ультразвуковой контроль, магнитопорошковый контроль и контроль методом рассеяния магнитного потока.

Ниже приведена таблица с техническими характеристиками газлифтных труб основных типоразмеров.

Данные таблицы подтверждаются техническими условиями и стандартами, действующими в нефтегазовой отрасли. Для конкретного проекта марка стали и толщина стенки уточняются расчётом на прочность и коррозионную стойкость.

Подбор газлифтных труб для конкретной скважины — это инженерная задача, которая решается с учётом гидравлического режима газожидкостного потока, прочностных требований и условий эксплуатации. Ниже приведена логика расчёта, которой руководствуются специалисты при выборе труб для газлифтной системы.

Шаг первый: определение требуемого диаметра подъёмника. Диаметр газлифтных труб выбирается исходя из требуемого дебита скважины и оптимальной скорости газожидкостной смеси. Для газлифтного подъёма существует оптимальный диапазон скоростей, при которых потери давления минимальны. Слишком малый диаметр приводит к высоким потерям на трение, слишком большой — к неэффективному использованию газа. Для типичных условий газлифта диаметр подъёмника составляет 60–114 мм в зависимости от дебита скважины.

Шаг второй: расчёт толщины стенки. Толщина стенки газлифтной трубы определяется по формуле:

s = (p · D_н) / (2 · σ_доп · φ + p) + c,

где s — толщина стенки, мм; p — расчётное давление, МПа; D_н — наружный диаметр трубы, мм; σ_доп — допускаемое напряжение, МПа; φ — коэффициент прочности (для бесшовных труб равен 1); c — прибавка на коррозию, обычно составляющая 1–2 мм. Допускаемое напряжение принимается равным определённой доле от предела текучести стали в зависимости от категории скважины и условий эксплуатации.

Шаг третий: проверка на внутреннее давление и наружное смятие. Помимо расчёта на внутреннее давление, газлифтные трубы должны проверяться на устойчивость к наружному смятию, особенно для глубоких скважин. Критическое давление смятия зависит от отношения диаметра к толщине стенки и модуля упругости стали. Для труб с отношением D/s более 20 требуется проверка на смятие по соответствующим формулам.

Шаг четвёртый: выбор марки стали по условиям коррозии. Если пластовая жидкость содержит сероводород или углекислый газ, необходимо выбирать коррозионностойкие марки стали. Для сероводородной среды применяются стали марок L80, C90, C95, C110 и T95 по API 5CT, которые прошли испытания на стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением (SSC) по NACE MR0175. Для менее агрессивных сред достаточно стали 09Г2С или марок N80, P110.

Шаг пятый: выбор типа соединения. Для газлифтных труб применяются соединения EUE (высадка наружу), NUE (невысаженные) и премиальные соединения. Стандартные соединения EUE и NUE подходят для большинства скважин с умеренными давлениями. Для скважин с высоким давлением, горизонтальных скважин и условий, требующих повышенной герметичности, применяются премиальные соединения.

Ниже приведена таблица с механическими свойствами сталей, применяемых для газлифтных труб.

Данные таблицы соответствуют требованиям API 5CT и подтверждаются справочными материалами производителей. Для конкретного проекта марка стали уточняется по расчёту на прочность и условиям коррозионной агрессивности среды.

Газлифтные трубы в процессе эксплуатации подвергаются воздействию внутреннего давления, коррозии, эрозии и механических нагрузок. Для обеспечения безопасной работы газлифтной системы проводится регулярная диагностика, по результатам которой принимается решение о ремонте или замене дефектных участков.

Основные факторы, влияющие на работоспособность газлифтных труб:

• Коррозионное воздействие (агрессивные компоненты пластовой жидкости, включая сероводород и углекислый газ, вызывают коррозию внутренней поверхности труб). Для защиты применяются коррозионностойкие стали марок L80, C90, C95 по API 5CT.
• Эрозионный износ (высокие скорости газожидкостного потока, особенно при наличии твёрдых частиц, вызывают эрозию внутренней поверхности труб). Эрозия ускоряется в местах изменения направления потока и в зонах установки газлифтных клапанов.
• Усталостные нагрузки (циклические изменения давления и температуры при периодическом газлифте вызывают усталостные напряжения в теле трубы). Периодический газлифт с частыми циклами может сократить срок службы труб по сравнению с непрерывным газлифтом.
• Механические повреждения (повреждения при спуско-подъёмных операциях, смятие, износ резьбовых соединений). Для контроля состояния резьбовых соединений проводятся регулярные осмотры и дефектоскопия.

Для контроля состояния газлифтных труб применяются следующие методы:

• Визуальный осмотр (проверка наружной и внутренней поверхности труб на наличие трещин, коррозии и механических повреждений). Внутренняя поверхность труб диаметром более 25 мм осматривается на световом экране.
• Измерение толщины стенки (ультразвуковая толщинометрия для оценки остаточной толщины стенки и коррозионного износа).
• Неразрушающий контроль (ультразвуковой контроль для обнаружения продольных дефектов по ГОСТ Р ИСО 10893-10, магнитопорошковый контроль по ГОСТ Р ИСО 10893-5).
• Испытания на герметичность (гидравлические испытания для проверки прочности и плотности труб).
• Металлографические исследования (анализ структуры металла для выявления деградации свойств после длительной эксплуатации).

Трубы газлифтных систем подлежат отбраковке в следующих случаях:

• Уменьшение толщины стенки ниже отбраковочного размера (величины, определяемой расчётом на прочность без учёта прибавки на коррозию).
• Обнаружение трещин, расслоений и других недопустимых дефектов (выявленных при визуальном осмотре или неразрушающем контроле).
• Неисправимые дефекты резьбовых соединений (повреждения резьбы, не подлежащие устранению).
• Неуспешное прохождение гидравлического испытания (труба не выдержала испытательного давления).

При ремонте газлифтных скважин замена труб производится при обнаружении дефектов, не подлежащих устранению другими методами. Спуско-подъёмные операции с газлифтными трубами должны выполняться с соблюдением мер предосторожности для предотвращения механических повреждений. Для увеличения срока службы труб применяются ингибиторы коррозии и защитные покрытия.

Газлифтные трубы применяются в нескольких ключевых сферах нефтегазовой отрасли, где они обеспечивают добычу углеводородов в условиях, когда фонтанный режим уже неэффективен или невозможен. Рассмотрим основные области применения и требования, предъявляемые к трубам в каждой из них.

Добыча нефти на месторождениях с падающим пластовым давлением — основная область применения газлифтных труб. Когда пластовое давление снижается настолько, что фонтанный режим становится неэффективным, газлифт позволяет поддерживать добычу за счёт подачи сжатого газа в скважину. Газлифтные трубы работают в условиях постоянного контакта с газожидкостной смесью, содержащей агрессивные компоненты, и должны выдерживать высокие давления и температуры.

Месторождения с высоким газовым фактором — газлифт особенно эффективен на месторождениях, где в пластовой жидкости содержится значительное количество попутного газа. В этом случае часть газа может использоваться для газлифта после компримирования, что снижает затраты на добычу. Для таких условий применяются трубы, рассчитанные на работу с газожидкостными смесями высокой газонасыщенности.

Скважины с высоким давлением и температурой — для глубоких скважин с высокими пластовыми давлениями и температурами применяются газлифтные трубы из высокопрочных сталей марок P110, Q125 с премиальными соединениями. Эти трубы должны выдерживать внутреннее давление до 22,15 МПа и выше, а также сохранять герметичность при высоких температурах.

Сероводородсодержащие скважины — для скважин, в продукции которых содержится сероводород, применяются трубы из коррозионностойких сталей марок L80, C90, C95, C110 и T95 по API 5CT, соответствующие требованиям NACE MR0175. Эти стали обеспечивают стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением (SSC) и водородному растрескиванию (HIC).

Морские месторождения — на морских платформах газлифтные трубы работают в условиях повышенной коррозионной агрессивности морской среды. Для защиты от коррозии применяются трубы с покрытиями и коррозионностойкие стали. Также важна устойчивость труб к вибрационным нагрузкам, возникающим при волнении моря.

Во всех областях применения газлифтных труб общим требованием остаётся соблюдение норм промышленной безопасности и своевременная диагностика состояния труб. Экономия на качестве труб или пренебрежение сроками диагностики может привести к аварии с серьёзными последствиями, включая разлив нефти и повреждение оборудования. Поэтому выбор поставщика и проверка сопроводительных документов (сертификатов качества, паспортов изделий) являются обязательными этапами закупки.