4.21. Насосно-компрессорные трубы

При штанговой эксплуатации каналом для подъема жидкости от насоса на поверхность служат насосно-компрессорные трубы. В ряде случаев, например, в установках беструбной эксплуатации, колонна НКТ отсутствует. Ее функции выполняют либо полые штанги, либо эксплуатационная колонна. Насосно-компрессорные трубы применяются не только при всех способах эксплуатации нефтяных скважин, но и при подземном ремонте – промывке песчаных пробок, гидроразрыве пласта, солянокислой обработке и т.д.

Условия работы труб при штанговой эксплуатации наиболее тяжелые: нагрузка на трубы определяется не только собственным весом колонны, но и циклической нагрузкой, обусловленной весом откачиваемой жидкости, а также силами трения. Кроме того, колонна труб должна выдержать дополнительную нагрузку - вес штанг в случае их обрыва. Помимо этого, они подвергаются изгибу при искривленном стволе скважины и воздействию коррозионной среды.

Тяжелые условия работы труб предопределяют материал их изготовления и технологию производства. НКТ изготовляются методом горячей прокатки из углеродистых или легированных сталей двух типов - гладкими и с высаженными концами. На обоих концах труб имеется резьба для соединения их друг с другом при помощи муфт (рис. 4.34.). Насосно-компрессорные трубы выпускаются из сталей группы прочности Д, К, Е, Л, М.

Рис. 4.34. Насосно-компрессорные трубы (а - неравнопрочная, в —равнопрочная)

и муфта (б)

4.22. Расчет колонны насосно-компрессорных труб

В процессе работы скважинного насоса, при ходе штанг вверх, вес поднимаемого ствола жидкости воздействует на штанги, а при ходе вниз переносится на трубы. Наиболее нагруженной трубой в подвешенной колонне является верхняя. Максимальная нагрузка, действующая на нее, при обрыве колонны штанг определяется из выражения:

Р=Р_тр+Р_ж+Р_шт (4.12)

где Р_тр, - вес труб;

Р_ж - вес жидкости в трубах;

Р_шт - вес колонны штанг.

Зная коэффициент запаса прочности п, который должен быть не менее 1,5, и площадь поперечного сечения тела трубы по первой нитке полной нарезки F₀, можно определить допустимое напряжение [σ], возникающее в верхнем сечении тела трубы, по формуле:

(4.13)

пользуясь которой по пределу текучести можно выбрать группу прочности насосно-компрессорной трубы.

Эти формулы позволяют рассчитывать трубы на прочность при растяжении. Трубы при этом разрываются по основанию первого витка полной нарезки. Помимо этого, возможен выход нарезанной части трубы из муфты. Прочность резьбового соединения характеризуется страгивающей нагрузкой и определяется по формуле:

(4.14)

где D_cp - средний диаметр трубы по первой нитке резьбы, м;

b - толщина стенки трубы по впадине первой полной нитки нарезки, м;

σ_т - предел текучести материала труб, Па;

l - длина нарезки с нитками полного профиля, м;

α - угол подъема трубы;

β - угол трения металла по металлу.