1327

и герметичности системы в случае изменения температуры скважины в процессе эксплуатации (при термическом воздействии, резком охлаж­ дении скважины и отборе горячей жидкости).

Обсадные трубы применяются иногда вместо НКТ, когда проходные сечения последних недостаточны, например при отборе 5000...7000 м3/сут воды из скважин большого диаметра. Недостатком труб при таком применении является неприспособленность их резьб к периодическим разъединениям и соединениям. Расчет обсадных труб в этом случае выполняется так же, как и НКТ.

Бурильные трубы также иногда применяются для этой цели. По срав­ нению с обсадными они более металлоемкие, но зато имеют резьбы, при­ способленные для периодических свинчиваний и развинчиваний.

1.2.4. НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫЕ ТРУБЫ

Из насосно-компрессорных труб (НКТ) составляются колонны, спускаемые в скважину. Колонны НКТ могут служить в основном для следующих целей:

- подъема на поверхность отбираемой из пласта жидкости, смеси жидкости и газа или одного газа;

-- подачи в скважину жидкости или газа (осуществления технологи­ ческих процессов, интенсификации добычи или подземного ремонта);

-подвески в скважине оборудования;

-проведения в скважине ремонтных, в том числе бурильных, работ.

Примеры условных обозначений насосно-компрессорных труб при­ ведены ниже:

трубы из стали группы прочности Е с условным диаметром 60 мм, толщиной стенки 5 мм:

-60*5-Е ГОСТ 633-80 - для гладких труб;

-В-60*5 ГОСТ 633-80 - для труб с высаженными наружу концами;

-НКМ-60*5 ГОСТ 633-80 - для высокогерметичных труб;

-НКБ-60><5 ГОСТ 633-80-для высокогерметичных безмуфтовых труб. Насосно-компрессорные трубы в нашей стране изготавливаются со­ гласно ГОСТ 633, предусматривающему изготовление гладких труб и муфт к ним, груб с высаженными наружу концами (В) и муфт к ним, гладких высокогерметичных труб (НКМ) и муфт к ним, а также без­ муфтовых труб (НКБ) с высаженными наружу концами (рис. J.2.9). Гладкие трубы проще в изготовлении, но их концы ослаблены нарезан­ ной на них резьбой. Трубы с высаженными наружу концами имеют одинаковую прочность по основному телу и у резьбы. Эти трубы назы­ ваются равнопрочными. Внешний диаметр их муфты больше, чем у труб с гладкими концами (табл. 1.2.J4). У НКТ гладких и с высаженными

Рис. 1.2.9. Соединение насосно-ком­ прессорных безмуфтовых труб НКБ1

концами резьба (рис. 1.2. 10) имеет конусность 1:16, закруг­ ленная, с углом профиля 60° У труб НКМ и НКБ резьба также коническая, но с трапе­ цеидальным профилем. Резь- •бовая часть труб с НКМ и НКБ имеет конический глад­ кий конец, входящий в конус муфтовой части резьбового соединения и создающий до­ полнительное уплотнение со­ единения (рис. 1.2.11 и 1.2.12).

По массе труб допускается отклонение от +6,5 до - 3,5 % для исполнения труб А (более точное исполнение) и от +8 до

-6 % для исполнения труб Б (менее точное исполнение).

Внутренний диаметр НКТ проверяется шаблоном длиной 1250 мм с наружным диаметром на 2...2,9 мм меньше номинального внутрен­ него диаметра трубы (меньшее отклонение для труб небольшого диа­ метра). На толщину стенки установлен минусовый допуск в 12,5 % от толщины.

Трубы изготовляются из сталей следующих групп прочности: Д, К, Е, Л, М, Р Кроме того, НКТ могут изготавливаться из алюминиевого сплава марки Д16Т Этот сплав имеет предел текучести около 300 МПа, предел выносливости 110 МПа. Относительная плотность сплава 2,72. Трубы, изготовленные из алюминиевого сплава, имеют значительно меньшую массу, чем стальные, а прочность их снижается меньше (в 1,25 раз по отношению к группе прочности стали Д, в 1,67 раз - к К и в 1,83 раза —к Е). Таким образом, колонны груб из алюминиевого сплава можно спускать глубже, или они будут иметь большой запас прочности при глубине спуска, одинаковой с глубиной спуска сталь­ ных труб.

Трубы из сплава Д16Т обладают и большей коррозионной стойко­ стью в сероводородсодержащих средах. Особенно Повышаются их

коррозионная стойкость и износостойкость при толстослойном ано­ дировании.

Муфтовое соединение гладких труб НКМ обеспечивает герметич­ ность соединений при давлении газа до 50 МПа (500 кгс/см ). Проч­ ность соединений составляет 85...90 % прочности по телу трубы, что на 25...35 % превышает прочность соединений гладких насосно-компрес-^ сорных труб по ГОСТ 633.

Конструкция конических уплотнительных поверхностей и профиль резьбы аналогичны применяемым в соединениях труб НКБ1.

При докреллении соединений происходит контакт по внутренним упорным торцам.

Страгивающую нагрузку для труб типа НКМ определяют по телу трубы в опасном сечении, находящемся на расстоянии 12 мм от конца сбега резьбы, по формуле, аналогичной формуле (1.2.2) для обсадных труб типа ОТТМ1.

Наличие у колонн НКТ резьбовых соединений через каждые 8... 10 м резко увеличивает трудоемкость работ на скважине при спуске и подъ­ еме колонн труб.

В настоящее время на многих нефтяных и газовых промыслах Рос­ сии находят широкое применение зарубежные насосно-компрессорные трубы. Эти трубы чаще всего выполнены по стандарту API (Американ­ ского нефтяного института), Spec 5А, Spec5AC, Spec5AX.

Эти насосно-компрессорные трубы имеют наружный диаметр от 26,7 до 114,3 мм с высаженными концами, без высадки или с раструбом на муфтовом конце трубы. Для соединений насосно-компрессорных труб, наряду с обычной резьбой с конусностью 1:16, углом профиля 60° и шагом 3,175 или 2,54 мм, используют специальные трапецеидальные или упорные резьбы. С целью повышения герметичности применяют соединения с дополнительными уплотнительными поверхностями, а также с уплотнительными кольцами из тефлона (фторопласта). Для предохранения труб от коррозии некоторые фирмы применяют покры­ тие внутренней поверхности труб пластмассами.

Насосно-компрессорные трубы изготовляют бесшовными из сталей группы прочности Н-40, J-55 (соответствует группе прочности Д по 1ОСТ 633) и N-80 по стандарту АНИ (спецификация 5А), из стали группы прочности Р-105 по спецификации 5АХ АНИ и из стали группы прочности С-75 (соответствует группам прочности стали К и Е) для скважин с сернистой средой по спецификации 5АС АНИ.

Химический состав сталей группы прочности Н-40, J-55, N-80 (ана­ лог группы прочности стали Е) и Р-105 (группа прочности М) в стан­ дартах не указывается. Типичные химические составы приведены в табл. 1.2.16. В табл. 1.2.J7 даны механические свойства материалов для насосно-компрессорных труб по API Spec 5А, Spec 5АС, Spec 5AX.

ной до 2500 м, а в некоторых случаях - до 5500 м. Эти трубы выпуска­ ются с прокатного стана полной строительной длины (или отдельными бухтами длиной от 300 до 650 м, которые соединяются между собой с помощью стыковой сварки) без промежуточных резьбовых соединений и сматываются в бухту. Они спускаются в скважину со специального агрегата, обычно смонтированного на большегрузной автомашине.

За счет сил трения в протяжном устройстве агрегата колонна непре­ рывных труб удерживается в скважине в подвешенном состоянии.

Через такую колонну труб можно подавать жидкость в скважину для промывки песчаных пробок, спускать оборудование для ремонтных и эксплуатационных работ. Естественно, что при таких непрерывных гибких трубах резко сокращается время спуска и подъема колонн, лик­ видируются трудоемкие работы по свинчиванию и развинчиванию резьбовых соединений.

К недостаткам относится громоздкость оборудования для спуска и подъема труб, так как радиус изгиба труб на барабане желательно иметь больший для меньшей остаточной деформации труб. Однако ра­ боты, проведенные В.Н. Ивановским [1], показали возможность доста­ точного числа циклов пластической деформации гибких труб без нару­ шения их работоспособности. В этом случае диаметр барабана агрегата можно сократить до 2... 1,8 м. Остальные технологические трудности решаются в процессе практического применения гибких труб.

Достаточно широко на нефтяных промыслах применялись НКТ, внутренняя поверхность которых покрыта стеклом, эпоксидными смо­ лами. Менее распространены эмалированные трубы. Такие покрытия применяются для защиты от отложения парафина на трубах и защиты от коррозии внутренней поверхности труб. Кроме того, они снижают на 20...30 % гидравлические сопротивления потоку.

Покрытие стеклом обладает высокой теплостойкостью и достаточно прочно при небольших деформациях труб. На поверхности стекла не откладывается парафин. Однако покрытие стеклом имеет ряд недостат­ ков. Один из них - образование микротрещин в стекле при покрытии им трубы. В результате образуются очаги коррозии металла и местного отложения парафина у трещин. В настоящее время отрабатывается тех­ нология покрытия, уменьшающая трещинообразование. Второй недос­ таток - разрушение стекла при деформации труб. Причиной этого слу­ жат различные модули упругости металла (0,2МО6 МПа) и стекла (0,057* 106 МПа). Вследствие этого при растяжении металла труб тонко­ му слою стекла передаются большие усилия, нарушающие его целост­ ность. Это сказывается при больших глубинах подвески труб и их транспортировке, когда трубы не предохранены от изгиба.

Чтобы в стекле не возникали напряжения выше допустимого, необ­

где Р - допустимая нагрузка на трубы, определенная по условию со­ хранения прочности стекла; онхт - предел прочности стекла; п - запас прочности (принимаем равным 1,3... 1,5); Fст, Fтр - площади диамет­ рального сечения слоя стекла и труб, соответственно; £ ст, £1р - соответ­ ственно модули упругости стекла и материала труб.

Расчеты показывают, что при наиболее прочных марках стекла до­ пустимые нагрузки на трубы 73 х 5,5 мм равны примерно 200 кН. Это означает, что длина колонны остеклованных труб ограничивается прочностью стеклянного покрытия. При спуске на НКТ скважинного центробежного насоса эта длина не должна превышать 1500...]700 м (при запасе проч ности 1,3... 1,5).

Покрытие труб эпоксидными смолами также хорошо защищает их от отложений парафина. Эпоксидные смолы эластичнее стекла, и при деформации труб смола не растрескивается. Но она имеет свои недос­ татки. Температура, при которой можно применять смолы, обычно не­ высокая - не более 60...80 °С.

В последние годы расширяется применение эмалированных труб. Они обладают наиболее прочным покрытием (значительно прочнее

стекла), высокой температуростойкостью, морозоустойчивостью и гладкой поверхностью, на которой парафин не откладывается. Для за­ щиты НКТ от агрессивных сред трубы покрываются несколькими слоями эмали. Технология наложения эмали значительно сложнее тех­ нологии покрытия стеклом и эпоксидной смолой.

Покрытие труб эмалями, стеклом и эпоксидной смолой рассматри­ вается как эффективное средство борьбы с отложением парафина. Кон­ кретный вид покрытия необходимо выбирать в зависимости от условий эксплуатации.

Общий недостаток покрытий в том, что внутренняя поверхность муфтового соединения труб остается незащищенной. В этом местеможно устанавливать эластичные проставки, перекрывающие незащи­ щенное место, или протекторные кольца, потенциал материала которых таков, что кольца корродируют сами, защищая от коррозии близко рас­ положенные участки трубы. Однако применение таких мер создает до­ полнительные трудности.

1.2.5. РАСЧЕТ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ

Расчеты НКТ можно разделить на технологические и прочностные. К технологическим можно отнести расчеты гидравлического сопротив­ ления потоку, движущемуся по трубам, определение работы газа по подъему жидкости в колонне труб, проверку удлинения труб. Эти рас­ четы даются в соответствующих разделах настоящей книги.

Расчеты на прочность определяют допустимость использования данных труб по следующим параметрам: нагрузке, вызывающей страгивание резьбового соединения; эквивалентному напряжению, возни­ кающему в опасном сечении трубы с учетом давления среды и осевой нагрузки; циклической переменной нагрузке; усилиям, вызывающим продольный изгиб трубы. Необходимость учитывать все или часть этих факторов при расчете НКТ определяется условиями их работы. Насосно­ компрессорные трубы могут растягиваться под действием веса колонны труб, присоединенного оборудования, давления откачиваемой жидкости. При подаче к забою жидкости в верхней части колонны могут возникать напряжения от избыточного внутреннего давления, при опоре колонны НКТ в скважине на якорь может возникать продольный изгиб.

Рассмотрим общие положения прочностного расчета НКТ Опре­ деление нагрузок, действующих на трубы при различных случаях их использования, рассмотрим в соответствующих разделах. Прежде все­ го, рассмотрим расчет нагрузки, вызывающей страгивание резьбового соединения.