Решения по наплавке и внутреннему покрытию бурильных труб

Бурильная труба является одним из наиболее используемых и дорогих компонентов буровой колонны на суше и на море. Каждая скважина подвергает ее экстремальным механическим нагрузкам, абразивному износу, едким жидкостям и высокому крутящему моменту. Со временем это приводит к эрозии бурильного замка, износу обсадной колонны, внутренней питтинговой коррозии и преждевременному выходу трубы из строя. Для решения этих проблем в нефтегазовой отрасли широко применяются два проверенных решения: Наплавка твердым сплавом и Внутреннее покрытие. Они способны продлить срок службы бурильной колонны и повысить производительность в сложных условиях нефтяных месторождений.

Наплавка на замковые соединения

Наплавка — это износостойкий наплавленный слой, наносимый на соединения бурильных труб и муфт для защиты бурильного замка и обсадной колонны. Обычно он наносится в виде нескольких наплавленных полос шириной 1 дюйм на торцы муфт (иногда и ниппельные) бурильных соединений — твердая наплавка «жертвует» собой изнашивания, продлевая срок службы трубы. Ключевая цель — удобство корпуса – многие современные хардбендинги (например, сплавы Arnco) разработаны так, чтобы быть достаточно гладкими и мягкими, чтобы минимизировать износ обсадной колонны. Повторное нанесение также необходимо: лучшие продукты разработаны таким образом, чтобы изношенные бенды можно было наваривать без снятия. На фото ниже показана типичная хардбендинг на замках бурильных труб.

Рисунок: Наплавленные замки бурильных труб (сварные полосы вокруг соединения). Современная наплавка образует прочный, высокотвердый слой (часто >60 HRC), который защищает как замки, так и обсадные трубы.

Материалы для наплавки

Сплавы для наплавки различаются по составу. Классические смеси (мягкая стальная матрица + карбид вольфрама) давали большую износостойкость инструмента, но высокий износ корпуса. Более новые сплавы, «дружественные к корпусу», используют никель, хром, титан, ниобий и т. д. для достижения ~50–60 HRC с минимальными отколами и отложениями без трещин. Например, Арнко 350XT сплав с металлическим сердечником и твердостью >60 HRC, который очень удобен для оболочки и не образует трещин. Оригинальный Arnco 100XT (и более новые 150XT) — это очень щадящие обсадные трубы, не образующие трещин провода, разработанные для минимального износа обсадных труб. Ультраполосный (не показано) и Кастолин ОТВ-12Ти (61,5 HRC) обеспечивает исключительную долговечность и возможность повторного применения.

Бренды хардбэндинга

Международные бренды

Международные бренды, такие как НОВ (Тубоскоп) также предлагаем флюсовые твердосплавные проволоки. Например, TCS-Титан представляет собой сплав карбида хрома и титана с твердостью ≥56 HRC, который полностью устойчив к растрескиванию и безопасен для обсадных колонн. ТКС‑8000 — это высококачественный хромоникелево-ванадиевый сплав (>56 Rc), который очень дружелюбен к обсадным трубам и может многократно перекрываться. TK-* от NOV. NOV и Arnco предлагают немагнитные проволоки (например, Arnco NonMagXT соответствует API 7-1 и сохраняет высокую твердость) для муфт на немагнитных утяжеленных бурильных трубах.

Местные бренды

Существуют также более мелкие или региональные поставщики. Решения для наплавки (Postle Industries) производит Дюрабанд NC, проволока для твердосплавного наплавления на основе никеля (57–60 Rc), которая не имеет трещин 100%, сертифицирована NS-1 и подлежит восстановлению. Их Таффбанд NC Сплав (~55 Rc) также не подвержен трещинам и одобрен NS-1. Они популярны во всем мире из-за простоты повторного применения. (В отличие от этого, простые матрицы из карбида вольфрама сейчас редко используются для труб из-за повреждения обсадной трубы.) Китайские производители также вышли на рынок; например, Hilong (Китай) предлагает BoTn фирменная жесткая лента, хотя подробные характеристики редко публикуются.

В таблице ниже сравниваются основные материалы для наплавки для соединений бурильных труб/муфт. Она включает твердость, износостойкость обсадной колонны, возможность повторного нанесения, рейтинг кислой среды, соответствующие характеристики и типичные варианты использования:

Продукт (Бренд)	Твердость (HRC)	Износ обсадной колонны	Повторно подать заявку	Кислый сервис	Стандарты/Сертификаты	Типичное использование
Арнко 350XT	>60 HRC	Низкий (на основе Ni)	Да	Хорошо (устойчив к H₂S)	–	Износостойкие замковые соединения; на суше/на море
Арнко 300XT	~60 HRC (приблизительно)	Низкий (хороший)	Да	Справедливый	–	Сверхпрочный (максимальная долговечность)
Арнко 150XT	~55–58 HRC (оценка)	Очень низкий	Да	Высокий (H₂S)	–	Дружелюбный к обсадным трубам; скважины с высокой боковой нагрузкой
Арнко 100XT	~55–60 HRC (оцен.)	Очень низкий	Да	Справедливый	–	Устаревший сплав, благоприятный для корпуса
Arnco НеMagXT	– (аустенитный)	Умеренный	Да	–	API 7‑1 (немагнитный)	Нержавеющие замки (немагнитные утяжеленные бурильные трубы)
НОВЫЙ TCS-Титан	>56 Рс	Низкий	Да	Хороший	–	Высокопрочные, безопасные для обсадных труб соединения
НОЯБРЬ TCS‑8000	>56 Рс	Самый низкий	Да	Удовлетворительно (на основе Ni)	–	Экстремальная защита обсадной колонны (трубы и муфты)
НОЯБРЬ TCS‑XL	– (Ниобий)	Низкий	Да	Хороший	–	Высокая абразивность, часто применяется поверх TCS-Ti
Твердосплавный раствор Duraband NC	57–60 Рс	Низкий	Да	Хорошо (H₂S)	Сертифицировано NS‑1	Трубные соединения (по всему миру)
Наплавка твердым сплавом Tuffband NC	~55 Рс	Низкий	Да	Хороший	Сертифицировано NS‑1	Соединения труб; также используются в качестве матрицы WC
Castolin OTW‑12Ti	~61,5 HRC	Низкий	Да	Хороший	–	Чрезвычайная износостойкость, бережное отношение к корпусу
Castolin OTW‑10SS	~55–60 HRC (оцен.)	Умеренный	Да	Очень высокий	–	Sour-service (нержавеющий сплав с твердосплавным покрытием)
Сварочные сплавы (NL)	~~60 HRC (приблизительно)	Умеренный	Да	Справедливый	–	Основные порошковые проволоки для наплавки
Хайлонг БоТн (Китай)	Неизвестный	Неизвестный	Да	?	–	Китайская твердая наплавка (тип вольфрам/железо)

 Таблица: Материалы для наплавки для бурильных труб/замков бурильных труб. «Износ обсадной трубы» качественный (чем ниже, тем лучше). «Повторное нанесение» = способность наплавки поверх старого слоя. «Кислый» примерно указывает на устойчивость к H₂S. Сертификация NS‑1/7‑1 отображается, если применимо. Применения предполагают общее использование на суше/на море (HPHT или экстремально кислые среды часто требуют специальных версий сплава).

Твердосплавная наплавка центральной высаженной части тяжелой бурильной трубы

Тяжелая бурильная труба (ТБТ) имеет центральное расстройство (износостойкая накладка), которая защищает колонну от прогиба и осевых сил. Как и воротники, эти центральные высадки могут быть наплавлены для увеличения срока службы. Многие HWDP поставляются с износостойкими сплавами, уже нанесенными на высадку. Например, один из производителей отмечает, что «износостойкая наплавка HWDP является стандартной для замков и центральной высадки… [с] нанесением Arnco 100XT». Те же самые дружественные к обсадным трубам сплавы для наплавки, которые используются на воротниках (Arnco 100XT/150XT, Duraband NC и т. д.), часто применяются к высадкам HWDP по мере необходимости. Технология спиральной наплавки (непрерывная спиральная наплавка) также доступна для корпусов бурильных труб с увеличенным вылетом, но на HWDP наиболее распространен традиционный многополосный подход.

Рисунок: Наплавка твердосплавным покрытием на центральную часть толстостенной бурильной трубы

Внутренние покрытия

Помимо внешней наплавки, многие колонны бурильных труб обрабатываются внутренние покрытия для борьбы с коррозией, образованием накипи и эрозией от буровых растворов. После изготовления трубы на внутренний диаметр отверстия напыляется твердый полимерный или эпоксидный слой (часто новолачная эпоксидная смола, ПТФЭ/фторполимер или керамический полимер). Эта тонкая прокладка предотвращает появление ржавчины и питтингов, снижает трение и повышает эффективность потока.

Покрытия особенно распространены в средах с высокой коррозией (H₂S/CO₂ или соленые шламы) и в условиях высокого давления/инжекции. Например, NOV Tube-Kote™ широко используются внутренние пластиковые покрытия (например, TK-34XT, TK-15XT); НОЯБРЬ отмечает, что их внутренние покрытия TK «предотвращают коррозию, питтинг и связанную с этим усталость… (которые) могут привести к вымыванию и скручиванию». Drill Pipe International предлагает эпоксидную систему под названием ИСУ-3 (зеленая эпоксидная смола Novolac), которая выдерживает температуру до ~350°F при циркуляционном воздействии и наносится толщиной 8–20 мил (для защиты от коррозии, уменьшения образования накипи и улучшения гидравлики).

Рисунок: Сложенные бурильные трубы с желтым внутренним защитным покрытием (эпоксидная смола Tube‑Kote) на внутреннем диаметре. Внутренние покрытия предотвращают коррозию и образование накипи внутри трубы.

Другие примеры внутренних покрытий включают: CeRam-Kote PCF, керамический полимерный вкладыш, рассчитанный на ~200°F (подходит для работы с H₂S/CO₂), и фторполимерные вкладыши (PFA/FEP) для гладких, нелипких поверхностей. В некоторых случаях для уменьшения адгезии грязи используются нелипкие покрытия, такие как PTFE или цинковое/никелевое покрытие. В таблице ниже обобщены распространенные типы внутренних покрытий:

Покрытие Продукт	Тип	Основные характеристики	Темп Рейтинг	Типичное использование
NOV Tube-Kote TK	Эпоксидная смола/полимер	Отличная защита от коррозии и износа; улучшает текучесть	до ~350 °F (варьируется)	Универсальные бурильные трубы; эксплуатационные/инжекционные колонны
JSU-3 (ДОИ)	Новолачная эпоксидная смола (ID)	Сверхпрочная эпоксидная смола; до ~350 °F с текучестью	≤350 °F (циркулирующий)	Футеровка внутреннего диаметра бурильной трубы для снижения коррозии и накипи
CeRam-Kote PCF	Керамико-полимерный	Тонкопленочная керамическая эпоксидная смола; высокая химическая стойкость	до ~200 °F	Трубы для скважин с кислой или абразивной средой (защита от H₂S/CO₂)
FBE (эпоксидная смола, наплавляемая методом сплавления)	Эпоксидная смола	Толстослойное покрытие трубопровода; барьер для CO₂/H₂S	до ~350 °F	Линейная труба, некоторые колонны для завершения
ПТФЭ/ПФА (фторполимеры)	Фторполимер	Очень низкое трение и антипригарность; химически инертный	до ~400 °F	Буровые растворы Extreme-HPHT, скважины, склонные к образованию солей
Покрытие никелем/Ni-Al	Металлопокрытие	Защита от коррозии, гладкий ствол	~500 °F (Ni)	Грязь ГНБ, среда с агрессивными жидкостями
Сухая пленка (керамика)	Керамическое микропокрытие	Сверхтвердая поверхность (например, керамика CeRam-Kote)	До пределов обслуживания	Горизонтальные скважины с большим отходом от вертикали
Никто	–	Бурильная труба без покрытия (стандартная сталь)	–	Низкокоррозионная эксплуатация (например, пресная вода)

 Стол: Бурильная труба Внутренние покрытия. Полимерные/эпоксидные покрытия (например, NOV Tube-Kote, JSU-3) широко распространены для общей защиты от коррозии/износа. Фторполимеры (PTFE/PFA) и керамические покрытия используются для специальной защиты от коррозии/истирания. Покрытия на основе никеля обеспечивают дополнительную химическую стойкость, но реже встречаются на новых трубах.

Практическое руководство

При выборе твердосплавного покрытия или внутреннего покрытия учитывайте условия вашей скважины и требования к трубопроводу. Для высокотемпературных, высоконапорных или кислых скважин выбирайте сплавы и вкладыши, которые соответствуют сертификации NACE (например, сульфидное наплавление с пределом прочности или одобренная NACE эпоксидная смола). Для наклонных или абразивных скважин отдавайте предпочтение самым прочным износостойким сплавам. Убедитесь, что строительный персонал соблюдает правильные рабочие процедуры (предварительный нагрев, промежуточный слой, медленное охлаждение), чтобы избежать трещин.

Наконец, работайте с надежными поставщиками — ведущие бренды обычно предоставляют общедоступные данные (например, результаты испытаний на твердость и износ обсадной колонны) и техническую поддержку, что может помочь достичь последовательного и бездефектного строительства. Тем не менее, учитывая факторы стоимости, некоторые местные и проверенные бренды также являются хорошим выбором. Правильная наплавка и внутреннее покрытие могут значительно продлить срок службы бурильной колонны и уменьшить повреждение обсадной колонны, тем самым получая явную отдачу от инвестиций в реальные буровые работы.