В ТГУ знают, как продлить срок службы нефтепроводных труб
В Тольяттинском государственном университете (ТГУ) разработана технология повышения прочностных свойств низкоуглеродистых низколегированных сталей, которые используются для изготовления нефтегазопроводных систем.
Главная проблема нефтепроводных труб – это коррозия. Она является наиболее распространенной и значимой угрозой для нефтепроводных систем, так как разрушает трубы, что может привести к утечкам, авариям, загрязнению окружающей среды, экономическим потерям.
– Нефть, особенно первородная – сама по себе очень агрессивная среда. Она содержит множество коррозионно-агрессивных компонентов. К тому же со временем давление в нефтяном пласте снижается, добыча становится менее эффективной, и в скважину закачивают различные вещества – химические реагенты, снижающие вязкость нефти и повышающие нефтеотдачу: горячую воду или пар, кислоты, полимеры. Высокие температуры и давление в свою очередь негативно сказываются на работоспособности оборудования. Поэтому выбор материалов для изготовления этого оборудования имеет решающее значение, – поясняет профессор кафедры «Сварка, обработка материалов давлением и родственные процессы» института машиностроения ТГУ Михаил Выбойщик.
Работая над получением материалов, устойчивых к работе в экстремальных условиях нефтепромысловых сред, аспирант ТГУ Игорь Грузков под руководством профессора Михаила Выбойщика предложил прикладные решения для разработки бейнитных низкоуглеродистых сталей, которые обладают высокими механическими свойствами и стойкостью к коррозионному разрушению. Эти свойства, обусловленные особой микроструктурой – бейнитом, позволяющим создавать из таких сталей прочные, надёжные и долговечные конструкции.
– Сначала мы изучили соответствующую литературу, сформулировали цели и задачи, разработали методологию исследований, – рассказал Игорь Грузков. – Потом провели серию экспериментов по подбору стали, режимов термической обработки и оценке влияния микроструктуры сталей на механические и коррозионные свойства. В итоге результаты теоретического анализа совпали с экспериментальными данными, – рассказал Игорь Грузков. – Полученная в итоге технология позволяет без снижения коррозионной стойкости существенно повысить прочностные свойства низкоуглеродистых низколегированных сталей – до группы прочности К60.
Благодаря разработанной в ТГУ технологии работоспособность труб нефтяного сортамента, выполненных из таких сталей, вырастет, а затраты на их изготовление, напротив, снизятся. Как отметил Михаил Выбойщик, в будущем технология может быть усовершенствована.
– Времена, когда нефть находилась близко к поверхности земли, давно прошли. Сегодня разрабатываются нефтяные залежи, находящиеся глубоко под землей, отчего растёт себестоимость конечного продукта. Одним из перспективных способов извлечения из глубоких пластов остаточной нефти рассматривают закачку в компоновку скважины углекислого газа. Метод выгоден экономически, он продлевает срок эксплуатации нефтяных месторождений. К тому же способен потенциально снизить выбросы CO2 в атмосферу, уменьшить так называемый «парниковый эффект», – говорит Михаил Выбойщик. – В то же время, газ резко увеличивает скорость коррозии оборудования. Соответственно, стоит задача создать сталь с ещё более высокой коррозионной стойкостью.
Несмотря на развитие альтернативных источников энергии, нефть и газ по-прежнему играют ключевую роль в мировой экономике, а надёжность и безопасность транспортировки этих ресурсов критически важны. Многие нефтепроводы были построены десятилетия назад и требуют замены или модернизации, ужесточаются экологические требования, поэтому научные исследования, связанные с созданием новых материалов, остаются чрезвычайно актуальными. Работу в этом направлении сегодня ведут как российские, так и зарубежные научные центры, университеты и промышленные компании.
– Качество трубных сталей в России сегодня находится на очень высоком уровне. Наши стали нисколько не уступают, а в чём-то даже превосходят заграничные, – подчёркивает Михаил Выбойщик. – Российское производство сегодня полностью обеспечивает потребности внутреннего рынка и имеет значительный экспортный потенциал. Однако для дальнейшего развития отрасли необходимо продолжать активные научные исследования, работать над созданием новых марок стали и технологий производства.
*Группа прочности указывает на минимальный предел прочности трубы. Сталь К60 имеет минимальную прочность на разрыв 60 кгс/мм², что считается высокой группой прочности. Сталь этой группы используется в конструкциях, где требуются высокие нагрузки и прочность (строительные краны, буровые установки, подъёмные механизмы и т.д.).