КУМЗ разработал новый алюминиевый сплав для бурильных труб

На Каменск-Уральском металлургическом заводе разработан новый алюминиевый сплав для изготовления бурильных труб. Трубы из этого сплава обладают хорошими прочностными характеристиками (предел текучести 400 МПа), высокой пластичностью. Сплав теплопрочен, технологичен в прессовом производстве, сваривается аргонодуговой сваркой и, самое главное, имеет существенное преимущество по сравнению со сплавамиД16Т, АК8Т1 и 1953Т1 при испытании на общую, межкристаллитную и расслаивающую коррозию.

На новый сплав Каменск-Уральским металлургическим заводом получен патент. Среди авторов патента – управляющий директор Алексей Филиппов, и.о. главного металлурга Борис Овсянников, генеральный директор фирмы Бурильные трубы Виталий Сапунжи.

Бурильные трубы из алюминиевых сплавов уже более 50 лет широко используются в газовой и нефтяной промышленности. Длительный опыт применения этой продукции подтвердил ее преимущества по сравнению со стальными трубами, а именно, высокая удельная прочность и, как следствие, меньший вес. Учитывая преимущества, перспективы и масштабы использования бурильных труб из алюминиевых сплавов, еще в 1970-е гг. в Советском Союзе (в Куйбышеве и Каменске-Уральском) были созданы специализированные производства бурильных труб из алюминиевых сплавов. Разработаны десятки типоразмеров труб сборной и беззамковой конструкций, с утолщенной стенкой, с винтовым оребрением и т.д.

Для производства бурильных труб используется несколько высокопрочных алюминиевых сплавов: стандартные промышленные сплавы Д16, АК4-1, АК8 и специально разработанный для этой цели сплав 1953. Эти сплавы имеют разные системы легирования, сильно отличающиеся друг от друга по комплексу свойств, но в целом они в большей или меньшей степени подходят для материала бурильных труб.

Алюминиевые сплавы, применяемые для бурильных труб, должны удовлетворять следующим требованиям: иметь удельную высокую прочность; быть коррозионно стойкими, так как бурильные трубы эксплуатируются в различных средах, в том числе в агрессивных; обладать удовлетворительной технологичностью в металлургическом производстве, в особенности при прессовании.

Кроме того, за последние 10-20 лет произошли значительные изменения в условиях и технологиях бурения, связанные с сокращением количества месторождений с так называемой «легкодобываемой» нефтью. Как следствие, произошло увеличение глубины бурения скважин, значительно расширяется шельфовое бурение, в большинстве случаев стали применяться комбинированные или роторные способы бурения. В связи с этим к бурильным трубам стали предъявляться дополнительные требования: высокий предел выносливости; высокая теплопрочность (способность выдерживать повышенные температуры без значительной потери прочностных свойств).

Каждый из применяемых в бурении сплавов имеет набор тех или иных характеристик, необходимых для решения задач в области бурения. Однако полный комплекс удовлетворительных характеристик для вновь появляющихся задач не имеет ни один из существующих сплавов. Часть сплавов имеет достаточный уровень прочностных и коррозионных характеристик, но не обладает необходимым уровнем усталостных и теплопрочных характеристик, а также не удовлетворяет по технологичности. Часть сплавов имеет достаточный уровень прочностных, усталостных и теплопрочных характеристик при удовлетворительной технологичности производства, однако не обладает необходимым уровнем коррозионных характеристик. И более того, некоторые из них при длительном воздействии повышенных температур теряют свои усталостные свойства.

Получение материала, имеющего одновременно весь комплекс удовлетворительных эксплуатационных характеристик возможно только на компромиссной основе в силу физикометаллургических свойств алюминиевых сплавов. Так, для примера, с увеличением легированности алюминиевых сплавов растет их удельная прочность, но снижается их коррозионная стойкость и т.д.

Выбор состава нового сплава был определен на основании накопленного опыта работы со сплавами типа АД33, АД37 (1370) и зарубежным сплавом АА6013, обладающими умеренной прочностью при повышенной теплопрочности (по крайней мере, до 150oC) и, самое главное, характеризуемыми высокой коррозионной стойкостью. Также сплав обладает удовлетворительными пластическими и усталостными свойствами, высокой технологичностью. Другим достоинством сплава является способность свариваться аргонодуговой сваркой: обладает малой склонностью к трещинообразованию при сварке, прочность сварного соединения составляет 0,7 от прочности основного материала. Эта характеристика выгодно отличает новый сплав от всех вышеперечисленных, которые фактически являются несвариваемыми. Последняя характеристика также открывает новые возможности применения этого сплава в нефтегазовой отрасли, которые сейчас изучаются.