Сontinental AG – крупнейший в мире концерн по производству резиновых изделий, занимает лидирующие место на мировом рынке по производству резиновых шлангов для применения в нефтедобывающей отрасли.
Contitech – подразделение Continental – имеет более 50 лет опыта производства профессионального бурового шланга и не раз устанавливало промышленные стандарты в нефтегазовой промышленности.
Благодаря высокому уровню качества, безопасности и долгому сроку службы буровые шланги Continental Сontitech заслужили неоспоримую репутацию и используются на 80 % офшорных проектов по всему миру.
Концерн выпускает примерно 4000–5000 единиц в год роторных и вибрационных шлангов для подачи бурового раствора, что говорит о серьезном присутствии на мировом рынке.
В предыдущей статье «Ручная работа мирового стандарта» мы упоминали о процессе производства и технических особенностях буровых шлангов Contitech Tauro TM Cool.
В этот раз мы хотели бы рассказать об особенностях конструкции и испытаний роторных и вибрационных шлангов для работ при −40 °С.
Резина – насколько это важно?
Это неоспоримый факт, что важнейшим составляющим рукава является резина, поскольку в зависимости от конструкции тело рукава состоит на 40–60 % из нее. Именно резина придает гибкость, изоляцию и устойчивость к воздействию транспортируемой среды. Именно от ее качества и выбора подходящего состава зависит надежность и долговечность конечной продукции.
Резина – это эластичный материал, получаемый в ходе вулканизации эластомеров из натурального или синтетического каучука и вулканизирующих веществ. Говоря слово «резина», мы подразумеваем довольно общее и широкое понятие, поскольку эта черная масса имеет более 1000 всевозможных составов с различными техническими свойствами. Кто сталкивался резиновой продукцией, наверняка наблюдал, что резина реагирует на температурные и химические воздействия. Именно поэтому над разработками и созданием надежного состава работают институты, научные центры и лаборатории. Continental имеет более 140 лет опыта работы с эластомерами, поэтому именно в лабораториях Continental был разработан высококачественный эластомер на базе синтетического полимера бутадиен-нитрил каучука – с абсолютной стойкостью к маслам и низким температурам до −40 °С. Этот синтетический полимер имеет аббревиатуру БНК (NBR) и хорошо зарекомендовал себя как маслобензостойкая резина. В конструкции бурового шланга этот полимер играетважнейшую роль, поскольку он применятся в качестве внутреннего изоляционного слоя рукава, который непосредственно контактирует с агрессивной средой бурового раствора.
Что рекомендуют эксперты?
Как любой эластомер, БНК (NBR) имеет неограниченное количество рецептуры с различными его свойствами. Для буровых рукавов мы можем выделить самые важные свойства, такие как маслобензостойкость и устойчивость к низким температурам. Большинство рецептур, доступных на рынке, имеют маслобензостойкие свойства с комбинацией температурного режима до −25 °С. Найти баланс между маслобензостойкостью и устойчивостью к −40 °С – задача не из легких. Стандартный эластомер при температурах ниже заданного теряет свою эластичности и целостность. Воздействие агрессивной углеводородной среды на буровой рукав с низким уровнем маслобензостойкости приводит к так называемому «набуханию резины», что также ведет к разрушению целостности конструкции.
Большинство производителей, не имея опыта, пренебрегают этим, предлагая низкотемпературный БНК (NBR) с пониженной устойчивостью к углеводородам. Либо предлагая БНК (NBR) без научно-лабораторного исследования полимера на воздействие низкой температурой.
Задавшись целью и потратив несколько лет на разработки, в лабораториях Continental был создан и веден в эксплуатацию состав резины, которая может гарантировать 100%-ную маслобензостойкость и отличную гибкость при −40 °С.
Беспощадные условия
Перед вводом на рынок прототип бурового шланга «Tauro TM Cool» успешно прошел испытание на −40 °С по стандарту API 7K FSL2 в присутствии аудитора от API (Американский институт нефти).
Чтобы отвечать высокой планке качества и безопасности конструкции и выносливости полимеров при температуре окружающей среды −40 °С, прототип прошел ряд жестких физических испытаний.
Перед тем как охладить шланг, он был нагнетен давлением в 1,5 раза превышающим рабочие и изогнут 100 раз под давлением до минимального радиуса изгиба. В ходе испытания измерялась деформация конструкции. После чего в пустом состоянии прототип был помещен в рефрижераторную камеру и в течение 24 часов находился в ней до полного охлаждения до −40 °С. Находясь в рефрижераторе шланг опять подвергся изгибу до минимального радиуса изгиба 100 раз. Сразу же после испытаний на холод следовало высокоимпульсное испытание давлением на 10 000 циклов (макс. 10 циклов в секунду), затем 4-часовой тест на давление и в окончании тест на разрыв. После выполнения всех физических испытаний прототип рукава был отправлен в лабораторию для исследования на целостность конструкции. Все эти испытания проводились на одном и том же прототипе.
Обжимное или встроенное, в чем разница?
Помимо эластомеров и конструкции рукава, производитель обращает внимание на тип крепления металлической арматуры концевых соединений к телу рукава. В основном в буровой отрасли Российской Федерации используется рукава с так называемым «обжимным» типом соединения. Это довольно новая техника крепления арматуры. Как показывает опыт, обжимные шланги предназначены для бурения в районах тропического и экваториального поясов.
Соединения тела рукава и арматуры происходит механически и имеет контакт только с внутренним и наружным слоями рукава. Колебания рабочей температуры и температуры окружающей среды при сильном минусе влияют на осадочную нагрузку механического крепления метала с эластомерами. Такое соединение не может гарантировать надёжность и герметичность крепления при жестких колебаниях температуры. Также большинство обжимных рукавов, предлагаемых на рынке, несовместимы с наклонно-направленным бурением, где присутствует импульсная подача бурового раствора.
Для бурения в районах умеренного и арктического поясов производитель рекомендует использовать так называемую заводскую вулканизацию встроенного концевого соединения. Данная технология имеет более 50 лет опыта. Помимо механического соединения, применяется также и химическое соединение. Обеспечивая надёжность работы, независимо от колебания температур либо высокочастотной пульсации давлением.
В ходе производства концевая арматура встраивается в тела рукава и крепится со всеми слоями конструкции рукава, после вулканизируется совместно с концевой арматурой. Изготовленный по этой технологии шланг позволяет обеспечить полное сечение внутреннего диаметра шланга, без единого сужения на всем его протяжении.
