Аустенитный
Дуплексная сталь
Никелевый сплав
Кобальтовый сплав

Ознакомьтесь с мировыми стандартами и инженерными практиками определения размеров гибких труб для нефтяных/газовых скважин и геотермальных систем. Охватывает спецификации API 5ST, инновационные материалы на основе дуплексных и никелевых сплавов, а также модели эксплуатационной эффективности. Включает примеры из практики Tenaris, Maxtor и Halliburton.

Поскольку гибкие трубы (ГНКТ) являются основным оборудованием для проведения работ по вмешательству в работу нефтяных и газовых скважин и освоения геотермальных ресурсов, при выборе размера ГНКТ необходимо одновременно учитывать гидродинамику, материаловедение и эксплуатационную экономику. В данной статье, основанной на отраслевом отчете Общества инженеров-нефтяников (SPE) за 2023 год и стандарте API, анализируются основные мировые размеры ГНКТ и их инженерная обоснованность.

Во-первых, глобальная система единых размеров (API 5ST)

Стандарт оценки наружного диаметра (OD)

Согласно API SPEC 5ST-2022, промышленные катушки подразделяются на 6 основных размеров:

1,0 дюйм/25,4 мм: контрольный трубопровод, закачка химикатов, доля мирового рынка 18%

1,5 дюйма/38,1 мм: кислотная обработка неглубоких скважин, бурение с использованием непрерывной насосно-компрессорной трубы, доля рынка 32%

2,0 дюйма/50,8 мм: гидроразрыв пласта сланцевого газа, очистка глубоких скважин от парафина, доля рынка 24%

2,875 дюйма/73 мм: многоступенчатый гидроразрыв пласта в горизонтальной скважине, доля рынка 15%

3,5 дюйма/88,9 мм: заканчивание сверхглубоких скважин (более 8000 м), доля рынка 8%

4,5 дюйма/114,3 мм: система теплопередачи для геотермальных скважин (редкая специальная спецификация), доля рынка 3%, требуется индивидуальное производство

Источник: Анализ рынка гибких труб SPE за 2023 год.

Рекомендации по расчету толщины стенки (WT)

Толщина стенок гибкой трубы должна соответствовать правилу двойных 80% (API RP 5C7):

Разрывное давление не менее 80% предела текучести трубы

Давление смятия не менее 80% от давления смыкания забоя скважины

Типичный диапазон веса:

Малый диаметр (≤2 дюйма): 2,0–3,4 мм (для работы с высокими скоростями потока и низкой вязкостью жидкостей)

Большой диаметр (≥2,875 дюйма): 4,0–6,4 мм (для абразивного износа при гидроразрыве пласта)

Пример: для трубы с внешним диаметром 38,1 мм требуется минимальная толщина стенки ≥2,8 мм при давлении в скважине 10 000 фунтов на кв. дюйм (материал 316L).

Тенденции в области технологий материалов

Дуплексные нержавеющие стали доминируют на рынке труб среднего и большого диаметра.

На дуплексную сталь 2205 (UNS S32205) приходится 57% мирового использования гибких труб диаметром от 2 до 3,5 дюймов (данные Grand View Research)

Преимущество: предел текучести 620 МПа, соответствует уровню III стандарта NACE MR0175 по стойкости к сероводороду.

Случай MTSCO: труба 2205 размером 73 мм x 4,2 мм не подвержена коррозии в среде сероводорода в течение 1200 часов на нефтяном месторождении Бохай

Сплавы на основе никеля популярны в экстремальных условиях.

C276 (UNS N10276) становится предпочтительным материалом для 2-дюймовых труб в глубоководных скважинах, содержащих CO₂ (глубина более 5000 метров)

Скорость коррозии: менее 0,005 мм/год (стандартный тест ASTM G48)

Стоимость: около 85 долл./кг (в 3-5 раз выше, чем у дуплексной стали)

III. Количественная связь между размером и эксплуатационной эффективностью

Моделирование эффективности гидроразрыва пласта

По эксплуатационным данным компании Halliburton, размер гибкой трубы экспоненциально зависит от эффективности гидроразрыва пласта:

Повышение эффективности = 0,67 × натуральный логарифм (OD) - 0,12 × WT

Оптимальный экономичный размер: внешний диаметр 2,875 дюйма × толщина стенки 4,5 мм (сумма стоимости и скорости работы)

Сравнение параметров операций по очистке воском

Внешний диаметр 38,1 мм: производительность насоса 180–220 л/мин, максимальная глубина скважины 4500 м, потеря давления циркуляции 1200–1500 фунт/кв. дюйм/км

Внешний диаметр 50,8 мм: производительность насоса 300-350 л/мин, максимальная глубина скважины 6200 м, потеря давления циркуляции 850-1100 фунт/кв. дюйм/км