Статьи

Непрерывное возрастание добычи нефти и газа достигается освоением новых месторождений, увеличением глубин скважин, интенсификацией методов добычи. Решение этих задач облегчается применением для изготовления нефтепромыслового оборудования алюминиевых сплавов, позволяющих благодаря высокой удельной прочности существенно уменьшить его массу, увеличить транспортабельность, допустимую длину бурильных и эксплуатационных труб, а также уменьшить грузоподъемность станков и пр. На газонефтедобывающее оборудование действует агрессивная среда, содержащая, помимо углеводородов, минерализованную пластовую воду (с содержанием хлоридов, сульфатов, органических кислот), до 10 % сероводорода и 10 % углекислого газа. Высокая коррозионная стойкость алюминиевых сплавов в этих условиях, значительно превосходящая коррозионную стойкость конструкционной стали, в сочетании с хорошими технологическими свойствами делает перспективным их применение в качестве конструкционного материала для изготовления бурильных труб, змеевиков для нагревательных систем нефтеналивных барж, деталей и узлов буровых установок, а также емкостей для хранения нефти и нефтепродуктов и тары для их перевозки. Бурильные трубы. Для производства бурильных труб используется несколько высокопрочных алюминиевых сплавов: стандартный промышленный сплав Д16 и специально разработанный для этой цели сплав 1953. Расчеты и сравнительные исследования при статических, динамических и знакопеременных нагрузках в условиях воздействия коррозионных сред и повышенных температур при концентрациях напряжений показали несомненное преимущество сплава Д16Т по сравнению с трубной сталью группы прочности Д (по химическому составу сходной со сталью 45). Сплав Д16Т по сравнению с высокопрочными алюминиевыми сплавами обладает меньшей чувствительностью к надрезу, что особенно важно при эксплуатации труб в глубоких и сверхглубоких скважинах. Хорошая обрабатываемость резанием обеспечивает высокое качество резьбовых соединений, при котором сохраняется надежная герметичность. Применение бурильных труб из сплава Д16Т вместо стальных и при роторном, и при турбинном бурении сопровождается уменьшением затрат времени на спуско-подъемные работы в результате снижения массы бурильной колонны, увеличением скорости проходки более чем в 2,5 раза, повышением глубины бурения скважин на 30— 40 %, а также уменьшением коррозии труб. Повышенная коррозионная стойкость обеспечивает снижение расхода труб и уменьшение на 7—9 % гидравлического сопротивления при прокачивании промывочной жидкости. Из-за меньшей жесткости дуралюминиевых труб снижается износ бурильных замков о стенки обсадной колонны. Морские платформы собираются из труб 6061, 6063,а также из высокопрочных сплавов марок 2014 и 7075. Данные сплавы сочетают высокую прочность и высокую коррозионную стойкость. Детали и узлы буровых установок. Алюминиевые сплавы применяют для изготовления оснований, рам различных агрегатов, резервуаров для бурового раствора, емкостей для топлива, ограждений, перил площадок и других узлов буровых установок. Применение сплава Д16Т для изготовления основания буровой установки позволило на 60 % уменьшить его массу по сравнению со стальным. Емкости и цистерны. На современных предприятиях нефтегазовой отрасли резервуары различной конструкции, предназначенные для сбора и хранения нефти и нефтепродуктов, являются важным элементом в технологическом процессе добычи и переработки нефти. С целью повышения сроков эксплуатации всё большее применение находят понтоны и плавающие крыши из алюминиевых сплавов. Чистые нефтепродукты инертны по отношению к алюминию вследствие неэлектропроводного характера углеводородов. Агрессивность нефти определяется содержанием примесей и воды. Высокую стойкость к сырой нефти и некоторым бензинам показали алюминиевые сплавы АМг2, AMr3, АМг5 и АМг6. В отсутствие хлористого водорода алюминиевые сплавы в парах нефтепродуктов более устойчивы, чем стали. Средний срок службы ежегодно окрашиваемых стальных крыш составляет 8 лет, алюминиевые же крыши хорошо сохраняются без окраски по истечении 15—20 лет. Разрушение днищ резервуаров ускоряется из-за скопления сернистого железа, образующегося в виде продуктов коррозии на стальных элементах, находящихся в газовоздушном пространстве резервуара. Поэтому при изготовлении крыш из алюминия увеличивается срок службы и днищ резервуаров. Еще одним преимуществом является легкость конструкции. При строительстве новых резервуаров, легкий вес конструкции позволяет сэкономить на расходах для закладки фундамента и возведения стен резервуара. Благодаря высокой коррозионной стойкости алюминия горючее при перевозках цистерн не загрязняется продуктами коррозии. При надлежащем конструктивном оформлении алюминиевые цистерны по прочности не уступают стальным. Это объясняется тем, что алюминий выдерживает высокую степень деформации. Широкое применение алюминиевый прокат марок 1105, ВД1, АД1 получил для изоляции нефтепроводов и трубопроводов. Алюминиевые рулоны ВД1 и 1105 были созданы и серийно запущены в производство в годы освоения нефтеносных районов Севера и Сибири, в связи с наращиванием объемов переработки нефти и газа на заводах бывшего СССР. Благодаря возможности эксплуатации в условиях низких температур алюминиевая лента марок 1105, ВД1 успешно получила свое применение как изоляционный материал для трубопроводов и нефтепроводов в вечной мерзлоте и в приморской агрессивной зоне. Отметим ряд преимуществ алюминиевой ленты перед оцинкованной. Во-первых, алюминиевые сплавы 1105, ВД1, АД1 обладают великолепными антикоррозийными показателями. Ниже приведены значения средних скоростей коррозии в атмосфере. Данные значения в открытой атмосфере промышленного города составляют: 3-5 мкм/год - для цинковых покрытий и 0,5-1,0 мкм/год для алюминия. Во-вторых алюминиевые сплавы легко деформируются и принимают нужную форму без изломов. В-третьих, алюминий имеет невысокий удельный вес. Плотность алюминиевых сплавов составляет 2,71г/см³, а плотность стали 7,85 г/см³. Соответственно на одну и ту же площадь изоляции трубопровода рулонов из оцинковки потребуется в 3 раза больше чем рулонов из алюминия, что понесет за собой увеличение издержек на металл, транспортные расходы и трудозатраты. Более того, прямо пропорционально увеличится нагрузка на фундамент, что приведет к более быстрому износу конструкции. Нефтегазоперерабатывающая промышленность характеризуется разнообразием сред и условий, в которых целесообразно применение алюминия и его сплавов для изготовления аппаратуры. Основным агрессивным агентом в паровой фазе нефти является хлористый водород, образующийся в результате термического разложения хлоридов магния и кальция при первичной перегонке нефти. При растворении в водном конденсате образуется агрессивная соляная кислота. Коррозию алюминия вызывают также некоторые реагенты, используемые при технологических процессах переработки нефти (серная кислота, щелочь и др.), растворяющиеся в сопутствующей нефти водной фазе. Преимущества алюминиевых сплавов по сравнению с углеродистой сталью выявлены в алкилате орошения колонны вторичной перегонки на алкилирующей установке, в зоне рефлюкса верхней части ректификационной колонны этой установки, в зоне рефлюкса верхней части ректификационной колонны на установке фенольной очистки, в верхней части депропанизатора газофракционирующей установки, в загрузочной емкости дебутанизатора, в среде байпаса инертного газа установки каталитического риформинга и пр. Алюминий и его сплавы нашли широкое применение также в конденсаторах-холодильниках воздушного охлаждения, теплообмен в которых осуществляется вследствие обтекания воздухом секций, собранных из труб с тепловыделяющим оребрением из алюминия. Применение аппаратов этого типа исключает потребление большого количества воды, сокращает сброс загрязненных сточных вод в реки и водоемы, исключает опасность попадания воды в перерабатываемый продукт, снижает расход электроэнергии (благодаря отсутствию перекачки воды), трудоемкость и стоимость строительно-монтажных и ремонтных работ, позволяет легко автоматизировать технологический процесс. Для изготовления теплообменных и конденсационно-холодильных установок применяется сплав 3003 типа АМц, а также магниевые сплавы с содержанием 1—3,5% магния.