Журнал Полимерные трубы - Технологии и материалы

О необходимости внедрения в Украине опыта применения труб из полимерных композиционных материалов в российской нефтегазовой промышленности

Одной из проблем, повышающих эксплуатационную безопасность и долговечность трубопроводного транспорта, является надежная защита от коррозии, особенно для подверженных воздействию как внутренней, так и наружной коррозии транспортирующих дефицитные  энергоресурсы нефте- и  газопроводов, на которых происходят аварии, иногда с тяжелыми экологическими последствиями [1, 2].  Затраты же на ликвидацию последствий коррозионных разрушений по имеющимся данным [1] составляют до 30 % от затрат на добычу нефти и газа. В ряде случаев порывы вследствие коррозии насосно-компрессорных труб приводят к потере скважин и миллионным убыткам. 

Трубы из углеродистой стали, которые традиционно используются для строительства нефте- и газопроводов, имеют непродолжительный срок эксплуатации и слабые антикоррозионные свойства, а также подвержены влиянию агрессивных сред. По причине активной коррозии межремонтные сроки для стальных нефте- и газопроводов составляют 5-6 лет,  а актуальность борьбы с коррозией возрастает по мере их эксплуатации. 

В то же время в зарубежной практике и в первую очередь в Российской Федерации по имеющимся данным [2, 3] для повышения коррозионной стойкости, надежности и эксплуатационной безопасности нефте- и газопроводов, эксплуатирующихся при давлении 5,0 МПа и более, а также при температуре до 95 °С,  вместо труб из традиционных материалов начали эффективно применяться трубы из полимерных композиционных материалов, в том числе армированных и многослойных. Однако в нефтегазовой промышленности Украины эти трубы практически не используются, что объясняется рядом причин, одной из которых является отсутствие данных об ассортименте и свойствах выпускаемых в других странах указанных труб, а также необходимого опыта по их применению. 

Интенсивное развитие в последние годы трубопроводного транспорта в Российской Федерации за счет применения армированных и многослойных труб из полимерных композиционных материалов можно объяснить следующим. Технология получения армированных и многослойных (в т.ч. методом намотки) изделий из полимерных композиционных материалов для нужд аэрокосмического комплекса была разработана еще в 60-е годы и после распада СССР образовались незагруженные производственные мощности по этой технологии, которые начали использоваться для нужд трубной промышленности [4]. 

К новым конструктивным решениям по созданию труб из полимерных композиционных материалов для нужд нефтегазовой промышленности, которые успешно применяются в Российской Федерации, можно отнести следующие [3]:

-           полиэтиленовые трубы, армированные высокопрочными синтетическими нитями;

-           полиэтиленовые трубы, армированные жестким каркасом из стальной малоуглеродистой проволоки;

-           гибкие полиэтиленовые трубы, армированные стальной малоуглеродистой проволокой и синтетическими нитями;

-           стеклопластиковые комбинированные трубы. 

Полиэтиленовые трубы, армированные высокопрочными синтетическими нитями, наносимыми в один или несколько слоев под расчетными углами к оси трубы [9–12], характеризуются направленным армированием и соответственно квазиячеистой структурой в стенке трубы, благодаря чему в случае механического повреждения трубопроводов в процессе эксплуатации исключается распространение трещины на всю трубу, что характерно при повреждении стальных трубопроводов [3]. Процесс производства труб состоит последовательно из экструзии внутренней полиэтиленовой трубы, намотки армирующих нитей на внутреннюю трубу, и экструзии наружного полиэтиленового покрытия для защиты армирующего слоя. 

Изготовление полиэтиленовых труб, армированных высокопрочными синтетическими нитями, осуществляет ООО «Технология композитов» (Россия, г. Пермь) по техническим условиям ТУ 2248-001-55038886-01. Трубы  наружным  диаметром  63, 90, 110, 125, 140 и 160 мм рассчитаны  на рабочее давление до 4 МПа, а также предназначены для эксплуатации при температуре окружающей среды от -50 до 50 °С и температуре транспортируемой среды до 60 °С (допускается кратковременная – до 1 часа – температура среды до 100 °С). В зависимости от условий эксплуатации трубы могут выпускаться четырех типов, а в зависимости от уровня разрушающего внутреннего давления изготавливают три серии труб. Трубы изготавливают прямыми отрезками длиной 6, 8, 10 или 12 метров, а также свернутыми в бухты длиной до 750 метров. Трубы предназначены для строительства нефтепромысловых трубопроводов и систем хозяйственно-питьевого водоснабжения. 

Производство полиэтиленовых труб, армированных высокопрочными синтетическими нитями, на предприятии ЗАО «Сибгазаппарат» (Россия, г. Тюмень) по имеющейся информации в настоящее время прекращено. Ранее это предприятие выпускало трубы двух видов:

–      армированные полиэфирными нитями по техническим условиям ТУ 2248-068-00203536-2000 наружным диаметром 140, 150, 180, 190, 245, 340 и 350 мм на рабочее давление от 1,98 до 7,17 МПа;

–      армированные арамидными нитями по техническим условиям ТУ 2248-058-00203536-99 наружным  диаметром  140, 150, 180, 190, 245 и 350 мм  на  рабочее  давление от 5,8 до 19,0 МПа.

Оба вида труб предназначались для  эксплуатации  при температуре от -40 до 60 °С и изготавливались прямыми отрезками. Трубы наружным диаметром до 150 мм включительно  выпускались  в бухтах. Трубы предназначались для транспортирования нефтепродуктов и попутных нефтяных газов; жидких сред, загрязненных нефтью или газовым конденсатом; воды, в том числе хозяйственного водоснабжения; горючих газов для промышленного и коммунально-бытового использования.

Полиэтиленовые трубы, армированные жестким каркасом из стальной малоуглеродистой проволоки диаметром 2,5…3,0 мм, сваренной точечной сваркой, изготавливаются рядом предприятий Российской Федерации [13–16]. Такой жесткий каркас в значительной степени ограничивает гибкость трубы. 

Производство полиэтиленовых труб, армированных жестким каркасом из стальной малоуглеродистой проволоки, освоено ООО «Кавказтрансгаз» (Россия, Ставропольский край) по техническим условиям ТУ 2248-011-04864447-01 наружным диаметром 140 мм на рабочее давление до 2,5 МПа и наружным диаметром 200 мм на рабочее давление до 2,0 МПа. Трубы выпускаются в прямых отрезках длиной от 5 до 12 м и предназначены для транспортировки при температуре до 20 °С: низкопарафинистой нефти; природных и попутных нефтяных газов, используемых в качестве сырья и топлива для промышленного и коммунально-бытового назначения; минерализованной (пластовой) воды, загрязненной нефтью, газовым конденсатом, солями, кислотами и щелочами, являющимися продуктами систем обустройства газовых и нефтяных месторождений (не содержащих сероводород); агрессивных жидкостей с содержанием растворов серной и соляной кислот 0,1-10 %; стоков промышленной канализации нефтяной, газовой, химической и нефтеперерабатывающей промышленностей, а также воды хозяйственно-питьевого назначения. 

ООО   «МЕПОС»   (Россия,   г. Екатеринбург)   изготавливает    по    техническим    условиям   ТУ 2290-001-12333095-01 полиэтиленовые трубы, армированные жестким стальным каркасом,   номинальным   наружным   диаметром 95, 115, 140 и 200 мм на рабочее давление до 4,0 МПа при температурном режиме эксплуатации от -45 до 80 °С. Трубы изготавливают прямыми отрезками длиной от 2,5 до 11,5 м. Трубы предназначены для применения на предприятиях подземного выщелачивания   редкоземельных  металлов,   на  химических    заводах   минудобрений   и   кислот,   на нефтяных месторождениях (на выкидных линиях и нефтесборе), а также в системах водоводов питьевого водоснабжения. 

ЗАО    «Полимак»    (Россия,    г. Пермь)    изготавливает    по техническим условиям ТУ 2248-003-54112451-02 полиэтиленовые трубы, армированные стальным сварным сетчатым каркасом, номинальным наружным диаметром 95, 105, 125, 140, 150, 175 и 200 мм на максимальное рабочее давление до 2,5 МПа (для газового конденсата – до 1,8 МПа) при температуре транспортируемой среды 20 °С. Трубы изготавливают прямыми отрезками длиной от 3  до 10,5 м  с кратностью 0,5 м. Трубы предназначены для транспортировки: природных и попутных нефтяных газов, используемых в качестве сырья и топлива для промышленного и коммунально-бытового назначения; минерализованной (пластовой) воды, загрязненной нефтью, газовым конденсатом, солями, кислотами и щелочами, являющимися продуктами систем обустройства газовых и нефтяных месторождений; агрессивных жидкостей с содержанием растворов серной и соляной кислот до 90 и 36 % соответственно, а также стоков промышленной канализации нефтяной, газовой, химической и нефтеперерабатывающей промышленностей.

Гибкие    полиэтиленовые  трубы,   армированные    стальной   малоуглеродистой   проволокой и синтетическими нитями, имеют значительную гибкость, а продольные усилия в трубе воспринимаются синтетическими нитями. Это достигается за счет того, что армировка стальной малоуглеродистой проволокой осуществляется вдоль трубы по спирали, а синтетические нити укладываются на поверхности трубы вдоль ее оси [15]. 

Производство гибких полиэтиленовых труб, армированных стальной малоуглеродистой проволокой и синтетическими нитями освоено ООО «Кавказтрансгаз» (Россия, Ставропольский край) по техническим условиям ТУ 2247-012-04864447-01 условным проходом 65 мм на рабочее давление до  3,0 МПа  и   условным   проходом  100 мм   на   рабочее давление до 2,5 МПа. Трубы  выпускаются  в  прямых  отрезках длиной от 5 до 12 м или на катушках длиной до 650 м и предназначены для транспортировки при температуре до 20 °С: низкопарафинистой нефти; природных и попутных нефтяных газов, используемых в качестве сырья и топлива для промышленного и коммунально-бытового назначения; минерализованной (пластовой) воды, загрязненной нефтью, газовым конденсатом, солями, кислотами и щелочами, являющимися продуктами систем обустройства газовых и нефтяных месторождений (не содержащих сероводород); агрессивных жидкостей с содержанием растворов серной и соляной кислот 0,1-10 %; стоков промышленной канализации нефтяной, газовой, химической и нефтеперерабатывающей промышленностей, а также воды хозяйственно-питьевого назначения. 

Стеклопластиковые комбинированные трубы являются бипластмассовыми, но в процессе их создания и производства они получили название – трубы стеклопластиковые комбинированные (ТСК). Стенка этих труб  состоит из двух функциональных оболочек: в качестве внутренней герметизирующей оболочки используются тонкостенные трубы из термопласта (полиэтилен, полипропилен), а силовые оболочки формируются намоткой на наружную поверхность термопластовых труб стеклопластиковой оболочки с обеспечением адгезионной связи между оболочками [5–8]. Порогом разрушения стеклопластиковых комбинированных труб, обладающих абсолютной герметичностью, является разрушение стеклопластиковых оболочек от предельных напряжений. Поэтому такие трубы могут быть рассчитаны на высокое рабочее давление в зависимости от толщины слоя стеклопластика, учитывая, что потенциальная прочность стеклопластиковой оболочки реализуется полностью. 

Производство стеклопластиковых комбинированных труб по заказу НК «Лукойл» освоило ЗАО «Научно-производственное предприятие «Композит-нефть» (Россия, г. Пермь) по техническим условиям ТУ 2296-001-35206028-2000 со следующими показателями:

-      диаметр проходного сечения от 75 до 300 мм;

-      рабочее давление для труб с диаметром проходного сечения:

ü  от   75 до 130 мм – до 20 Мпа,

ü  от 150 до 300 мм – до   4 МПа;

-      рабочая температура транспортируемой среды 40 – 130 °С;

-      кратковременная температура 150 °С;

-      длина труб по стыковочным концам от 500 до 9000 мм. 

Стеклопластиковые комбинированные трубы в нефтегазовом комплексе предназначены для проектирования: подземных нефтегазосборных трубопроводов диаметром проходного сечения до 130 мм, в том числе выкидных,  при   рабочем   давлении   до   10 МПа,  а диаметром проходного сечения свыше 130 мм – до 4 МПа; подземных газопроводов диаметром проходного сечения до 130 мм от пунктов сбора или дожимных насосных станций до центральных пунктов сбора или потребителей  газа  при  давлении  до  10 МПа, а диаметром проходного сечения свыше 130 мм – до 4 МПа; трубопроводов сточных и пластовых вод диаметром проходного сечения 75 мм на давление до 20 МПа, а диаметром проходного сечения 130 мм – до 16 МПа; технологических трубопроводов с температурой продукта до 40 °С и давлением до 4 МПа. 

С применением указанных выше труб из полимерных композиционных материалов в Российской Федерации построен ряд объектов, которые успешно эксплуатируются [2, 3, 6, 7, 8, 13, 14]. В то же время в Украине для строительства опытных участков были применены только полиэтиленовые  трубы, армированные высокопрочными синтетическими нитями, производства ООО «Технология композитов» (Россия, г. Пермь). По имеющейся информации [17] с применением этих труб были построены выкидные нефтепроводы для скважин № 34, 58 и 91 на Леляковском месторождении и трубопровод для транспортирования пластовой воды из водозаборной скважины № 16 на Бугруватовском месторождении, также эти трубы были использованы для капитального ремонта межпромыслового нефтепровода «Струтин-Долина». 

Анализируя результаты применения в нефтегазовой промышленности Российской Федерации    труб из полимерных композиционных материалов необходимо сделать следующие выводы:

  1. Можно утверждать, что развитие нефтегазового комплекса Украины, как основного источника производства энергоресурсов, невозможно без труб нового поколения – армированных   и   многослойных труб  из  полимерных композиционных   материалов, которые не подвержены коррозии. На основе опыта Росийской Федерации в табл. 1 предложены  оптимальные  области  применения  армированных  и  многослойных  труб  из  полимерных  композиционных  материалов  в  нефтегазовой  промышленности  Украины для трубопроводов, которые изготовлены из дефицитных металлов или углеродистой стали, имеющей малый срок службы, а также для трубопроводов, в которых не допускается загрязнение транспортируемых сред продуктами коррозии.
  2. Имеющийся зарубежный опыт показал, что для труб из полимерных композиционных материалов экономический эффект складывается главным образом из экономии дефицитных   металлов,  увеличения  ресурса  (срока  эксплуатации) нефтепроводов и газопроводов в первую очередь за счет повышения их коррозионной стойкости, повышения   надежности   и   безопасности   эксплуатации,   удешевления   стоимости монтажа и эксплуатации, а также снижения потерь напора на трение, что позволяет уменьшить мощность  насосов  и  расчетные  диаметры  трубопроводов  (пропускная  способность труб из полимерных композиционных материалов данного условного прохода примерно соответствует пропускной способности стальной трубы следующего по номиналу большого условного прохода).
  3. Приведенные в табл. 1 эксплуатационные характеристики труб из полимерных композиционных материалов (в первую очередь – в сторону расширения) требуют дальнейшего изучения по следующим причинам:

а)      сегодня не существует единого подхода к расчету и обоснованию эксплуатационных характеристик, а также методов оценки качества армированных и многослойных труб из полимерных композиционных материалов, поэтому каждый

разработчик и изготовитель использует свои методы расчета эксплуатационных характеристик этих труб [12, 18, 19, 20];

б)      отсутствуют также систематизированные данные по определению работоспособности и долговечности труб из полимерных композиционных материалов, учитывающие особенности полимерных материалов к изменению их механических свойств под напряжением в течение длительного времени [21–24]. В связи с этим основой доказательства заявляемых разработчиками и изготовителями эксплуатационных параметров (иногда с перестраховкой) и подтверждения работоспособности трубопроводов из указанных труб должно быть определение зависимости их длительной прочности при воздействии всего комплекса эксплуатационных факторов. 

По изложенным причинам  изучение эксплуатационных характеристик труб из полимерных композиционных материалов необходимо  продолжать  [25–29], в том числе и по результатам их применения в нефтегазовой промышленности Украины.

Таблица 1. Оптимальные отрасли применения армированных и многослойных труб из полимерных композиционных материалов в нефтегазовой промышленности Украины

121_37

Автор: А.Н. Шестопал, ИЭС им. Е.О.Патона НАН Украины 

Список литературы

  1. 1. Дергач Т.А., Сухомлин Г.Д., Зарубин Ю.А., Бульбас В.Н. Пути повышения коррозионной стойкости труб нефтяного сортамента. – «Нефть и газ», 2003, № 2. – С. 74-77.
  2. 2. Применение полиэтиленовых труб при прокладке трубопроводов высокого давления, используемых в настоящее время при газификации областей и республик России: Тюмень, январь 2001 г. /Материалы Научно-технического совета ОАО «Газпром». – М., ИРЦ Газпром, 2001. – 99 с.
  3. 3. Зайцев К.И.  Трубы  из  композитов.  – «Инженерные  сети  из  полимерных материалов»,  2003, № 1(3) – С. 42-47.
  4. 4. Канюков В.И., Иванов С.В., Шингель Л.П. Армирование полиэтиленовых труб для газопроводов, работающих на повышенных давлениях. – «Полимергаз», 1999, № 2. – С. 16-33.
  5. 5. Агапчев В.И., Пермяков Н.Г. Этапы развития нефтегазопромысловых трубопроводов из пластмассовых труб. –«Трубопроводы и экология», 2005, № 2. – С. 27-28.
  6. 6. Зайцев К.И., Ларионов А.Ф., Грейлих В.И. Строительство опытного участка газопровода из бипластмассовых труб. – «Трубопроводы и экология», 2000, № 3. – С. 24-25.
  7. 7. Зайцев К.И., Маевский И.И., Грейлих В.И. Строительство и эксплуатация газопровода из бипластмассовых труб. – «Полимергаз», 2001, № 3. – С. 20-22.
  8. 8. Поспелов А.Б., Тараканов Л.И., Шаклеин О.В. Опыт применения стеклопластиковых комбинированных (бипластмассовых) труб при обустройстве нефтяных месторождений. – «Трубопроводы и экология», 2003, № 3. – С. 24-25.
  9. 9. Гориловский М., Гвоздев И. Армированные трубы из термопластов для газопроводов. Техническая спецификация ISO 18226. – «Полимерные трубы», 2006, № 4 (13). – С. 48-51.
  10. 10. Никифоров В.Н., Якубовская С.В., Козодоев Л.В., Красовская Н.И. Гибкие насосно-компрессорные трубы из полимерных материалов для нефтегазовых скважин. – «Полимергаз», 2001, № 2. – С. 22-23.
  11. 11. Пепеляев В.С., Курьянов В.П., Щербанев Ю.Г., Воробьев В.И.  Полиэтиленовые армированные трубы высокого давления. – «Полимергаз», 2001, № 3. – С. 23-26.
  12. 12. Пепеляев В.С., Тараканов А.И. Полиэтиленовые армированные трубы для газопроводов  с  рабочим  давлением свыше 1,2 МПа. – «Полимергаз», 2006, № 4 – С. 14-18.
  13. 13. Зайцев К.И., Рябец Ю.С., Сорокина Н.В. Применение полиэтиленовых труб, армированных металлическими каркасами. –«Полимергаз», 2000, № 1 – С. 17-19.
  14. 14. Стриковский Л.Л. Металлопластовые трубы и национальные особенности их производства в России. – «Полимергаз», 2004, № 1 – С. 38-39.
  15. 15. Маширов Н.И., Жулин В.П. «Силу» ПЭ труб умножит армировка. –«Инженерные сети из полимерных труб», 2004, № 1 – С. 32-34.
  16. 16. Агапчев В.И., Виноградов Д.А. Металлопластовые трубы в нефтегазовой инфраструктуре. – «Полимергаз», 2007, № 3. – С. 34-36.
  17. 17. Білека О.А., Гаркот О.В., Буткевич В.М. Будівництво та експлуатація нафтопроводів з ПАСНТ. – «Инженерные сети из полимерных материалов», 2009, № 1(26). – С. 22-24.
  18. 18. Арабей А.Б., Антонов В.Г., Рябец Ю.С., Козодоев Л.В. К вопросу определения коэффициента запаса прочности для нефтегазопроводных многослойных армированных полиэтиленовых труб (МАПЭТ). –«Полимергаз», 2002, № 2. – С. 32-33.
  19. 19. Мунябин Л.И., Арефьев Н.Н. К расчету прочности бипластмассовых трубопроводов. – «Трубопроводы и экология», 2003, № 3. – С. 29-31.
  20. 20. Гориловский  М. Гвоздев И., Швабауэр В.   К вопросу прочностного расчета армированных полимерных труб. – «Полимерные трубы», 2005, № 2. – С. 22-25.
  21. 21. Рябец Ю.С., Антонов В.Г., Маширов Н.И. Несущая способность и долговечность металлопластовых труб. – «Полимергаз», 2004, № 1. – С. 8-9. (Начало).
  22. 22. Рябец Ю.С., Антонов В.Г., Маширов Н.И.  Несущая  способность  и   долговечность металлопластовых   труб.  – «Полимергаз»,  2004,  № 2. – С. 12-14 (окончание, начало  –   № 1/2004. – С. 8-9).
  23. 23. Рябец Ю.С., Антонов В.Г., Маширов Н.И. Анализ несущей способности и долговечности пластмассовых труб, армированных металлическими элементами. Материалы семинара «Современные направления развития распределительных сетей газа». – Краков, Институт нефти и газа, 2004. – С. 146-159.
  24. 24. Рябец Ю.С., Антонов В.Г., Маширов Н.И. Пластмассовые трубы, армированные металлическими элементами. Анализ несущей способности и долговечности. – «Инженерные сети из полимерных материалов», 2007, № 3. – С. 12-17.
  25. 25. Козодоев Л.В. Организация НИОКР по испытанию и сертификации армированных полиэтиленовых труб. – «Полимергаз», 2001, № 4. – С. 40-43.
  26. 26. Круйджер М.П., Варнет Л.Л., Аккерман З.  Исследование механических свойств труб из армированных  термопластичных  материалов.  «Полимергаз»,  2005,  № 2. – С. 48-53 (начало).
  27. 27. Круйджер М.П., Варнет Л.Л., Аккерман З.  Исследование механических свойств труб из армированных  термопластичных  материалов. –  «Полимергаз»,  2005,  № 3. – С. 57-61. (окончание, начало – см. № 2/2005. – С. 48-53).
  28. 28. Головкин А.В. Программа исследований ОАО «Запсибгазпром» по изучению физико-механических свойств полиэтиленовых труб, армированных синтетическими волокнами. – «Полимергаз», 2005, № 3. – С. 54-56.
  29. 29. Антонов В.Г., Рябец Ю.С., Сорокина Н.В.   Коррозионностойкие-композиционные материалы и организация научно-исследовательских работ с целью определения областей применения изделий из них в газовой отрасли // Сб. «Композиционные материалы в промышленности: Материалы Двадцать Девятой международной конференции 1-5 июня 2009 г. – Ялта–Киев: УИЦ «Наука, техника, технология», 2009. – С. 162-163.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЖУРНАЛ ПОЛИМЕРНЫЕ ТРУБЫ - УКРАИНА