ТИТАНОВЫЕ ИЗДЕЛИЯ КОРПОРАЦИИ ВСМПО-АВИСМА ДЛЯ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

Процесс освоения российскими нефтяниками нефтедобычи на морских шельфах стал закономерным фактом. Сегодня это подтверждают работы по Каспийскому шельфу, интенсификация работ по проектам "Сахалин - 1", "Сахалин - 4,5", и отдельно стоит отметить строительство, а более точно - переоснащение плавучей буровой станции для месторождения "Приразломное".

Комплекс инженерных сооружений для разработки шельфовых нефтегазовых месторождений включает автономные стационарные или плавающие установки (платформы) массой до 300 тыс. тонн, скважинное оборудование, придонное оборудование массой до 1500-2000 тонн, кабельные системы дистанционного управления скважинами, гибкие трубопроводы с системами подвески и уравновешивания, транспортные подводные трубопроводы большого сечения, суда для укладки трубопроводов, нефтеналивные суда, а также береговое и другие виды оборудования.

Применение титановых сплавов перспективно для следующих систем и оборудования при освоения нефтегазовых месторождений на шельфе: глубоководные бурильные райзеры; обсадные трубы; добывающие райзеры; насосы и системы забортной, питьевой, буровой и попутной воды; трубопроводы циркуляционной системы технологических растворов; сепараторы жидкостные, теплообменное оборудование различного назначения; сосуды высокого давления; высокопрочные гибкие растяжки для фиксации платформы.
Условия эксплуатации нефтепромыслового оборудования во многом аналогичны условиям эксплуатации изделий судового машиностроения, однако имеются и довольно существенные отличия: более высокая степень минерализации пластовой воды; наличие в рабочих средах сероводорода и углекислого газа; наличие аэробных и анаэробных (особенно сульфидообразующих) составляющих в продуктах добычи и окружающей среде; повышенные температуры рабочих сред; пониженные температуры атмосферы до минус 40-50С; возможность солевых и парафиноообразных отложений на поверхностях; высокое давление рабочих сред; наличие абразивных компонентов в транспортируемых продуктах.
Наибольший опыт применения титановых сплавов в оффшорной промышленности накоплен в Норвегии и Великобритании. Имеется более чем 30-летний опыт применения легированных нержавеющих сталей в оффшорной промышленности в Северном море (Норвежский и Британский сектор). Однако и для высоколегированных сталей отмечены коррозионные повреждения. Так, для стали с 5,5% никеля характерна межкристаллитная коррозия в ряде технологических сред и коррозионное растрескивание в среде хлоридов при 100 С; для стали с 25% никеля характерна щелевая коррозия, приводящая к разгерметизации фланцев после 2-х лет эксплуатации (платформы Oseberg A и Gullfaks A). В это же время титан в различных отраслях продемонстрировал свое уникальное сопротивление большинству, если не всем видам, коррозии, с которыми приходилось сталкиваться при разработке морских нефтяных месторождений.

Первое известное применение титанового сплава для основного оборудования в нефтедобыче на морском шельфе - в силовых соединениях добывающего райзера нефтяной компанией Placid Oil на платформе Green Canyon в Мексиканском заливе (изготовитель - компания Cameron Iron Works Inc).
Фирма Loterios поставила 4 кессона (распределительную магистраль) для пожарной системы. Внутренний диаметр кессона 900 мм, толщина стенки 20/40 мм, общая длина 34 метра, масса 10 тонн.
На платформе Steel Head (шельф Аляски) использованы теплообменники с применением титановых сплавов, изготовленные в Японии.
Первый опыт применения на норвежских ПБУ титановых сплавов относится к 1986 году, когда фирма Mobil Exploration Norway Inc. Решила использовать титан взамен стали в системе балластной воды платформы Statfjord A (Норвегия). Срок эксплуатации составил 5,5 лет. В последующие годы аналогичная замена выполнена для платформы Statfjord B и Statfjord C после 3-4 лет эксплуатации стальных конструкций.
На введенных в эксплуатацию в 1994-1995 гг. платформах Heidran и Troll используется 300 и 400 тонн титана соответственно. Расчетный срок эксплуатации платформы Troll составляет 70 лет, и этот выбор указывает на то, что наконец-то может быть установлено приемлемое соотношение между сроком эксплуатации платформ (месторождения) и сроком эксплуатации оборудования этих платформ.

По мере создания все более глубоководных систем морской нефтедобычи резко возросла необходимость применения титановых сплавов для изготовления подводного оборудования. Так, большинство компаний предсказывает достижение к 2010 году уровня глубин до 2,5 км. При этом значение применения титана возрастает по трем основным причинам:
- Ряд элементов подводного оборудования требует использования сплавов с высокой удельной прочностью и малым модулем упругости;
- Требование экономии массы оборудования на платформе. По данным компании Shell Oil, снижение массы подводного оборудования на 1 тонну позволяет уменьшить массу опорного оборудования на 3 тонны, что равнозначно экономии около 150 тыс. долларов. Каждый лишний фунт оборудования на палубе платформы или добывающего судна обходится в 6,5 долларов;
- Титан и его сплавы обладает высокой надежностью, в том числе и высокой коррозионной стойкостью в морской воде и в рабочих средах при нефтедобыче.

По мнению ведущих фирм, в глубоководной нефтедобыче титан и его сплавы должны стать одним из основных конструкционных материалов.
ВСМПО, имея уникальный комплекс по производству и обработке титановых сплавов, имеет возможность выполнить высокотехнологичное оборудование для нефтедобывающего комплекса. На текущий момент ВСМПО выполняет поставку элементов трубопроводов (трубы диаметром от Ду150 до Ду1000 с толщиной стенки от 4 мм до 12 мм, отводы, фланцы, тройники, переходы) из титановых сплавов для систем забортной, балластной и пластовой воды для ПБУ "Приразломное". Выпуск изделий производится по техническим условиям, разработанным специалистами предприятия для данного проекта и согласованным с Федеральным Управлением по экологическому, технологическому и атомному контролю, а также одобренными ФГУП "РУБИН", ФГУП "СЕВМАШ".
Проводится совместная работа с ОАО "ТатНИИнефтемаш" по проектированию и изготовлению подогревателя пластового флюида с пробным давлением 23,0 МПа для стационарной буровой установки, которая будет эксплуатироваться на Обнинской губе.

Морская платформа

Алюминий в нефтяной и химической промышленности

Освоение новых месторождений, увеличение глубины скважин выдвигают определенные требования к материалам, применяемым для изготовления деталей и узлов нефте- и газопромыслового оборудования и аппаратуры для переработки продуктов нефти.

Высокая удельная прочность алюминиевых сплавов позволяет уменьшить массу бурильного оборудования, облегчить их транспортабельность и обеспечить прохождение глубоких скважин. Коррозионностойкие алюминиевые сплавы дают возможность повысить эксплуатационную надежность бурильных, насосно-компрессорных и нефтегазопроводных труб. Повышенная сопротивляемость коррозионному растрескиванию позволяет применить алюминиевые сплавы при изготовлении емкостей для хранения нефти и ее продуктов. Основным конструкционным материалом при изготовлении бурильных труб из алюминиевых сплавов является сплав марки Д16. Высокую стойкость к сырой нефти и некоторым бензинам показали алюминиевые сплавы АМг2, AMr3, АМг5 и АМг6. Из перечисленных магналиевых сплавов наиболее технологичным сплавом для изготовления аппаратов является сплав АМг2, особенно при изготовлении конденсаторов и холодильников на нефтеперегонных заводах. В США оборудование для нефтяной промышленности изготовляется из алюминиевых сплавов серии Зххх, 5ххх и 6ххх. В конструкции бурового оборудования применяют трубы из сплава 6063. Морские платформы собираются из труб 6061, 6063, а также из высокопрочных сплавов марок 2014 и 7075. Из алюминия АДОО, АДО и АД1 изготовляют емкости, колонны, конденсаторы и т.п. для производства уксусной кислоты, сульфирования жирных спиртов, хлората калия,натриевой и аммиачной селитры, синильной кислоты и т.д.

Химической промышленности рекомендованы алюминиевые сплавы АМц, АМг2, АМгЗ, АМг5 для изготовления сосудов, работающих под давлением при температурах от - 196 до +150 ºС.

В США в зависимости от условий эксплуатации аппаратуры химической промышленности применяют сплавы серий 1ххх, Зххх, 5ххх. В отдельных случаях для обеспечения наибольшей прочности применяют термически упрочняемые сплавы 2ххх и 7ххх с пониженной коррозионной стойкостью.

Емкости для хранения химических продуктов выполняют из сплавов высокой коррозионной стойкости - 1100 или 3003; сосуды высокого давления - из сплавов 5052 или 6063; тара, цистерны и другие виды оборудования для хранения уксусной кислоты, высокомолекулярных жирных кислот, спиртов и других продуктов - из сплавов 3003, 6061, 6063, 5052; емкости для озоносодержащих растворов удобрений из сплавов 3004; 5052 и 5454; емкости для хранения растворов нитрата аммония из сплавов 1100, 3003, 3004, 5050, 5454, 6061 и 6062.