Лекция 1

Трубы

Выделяются четыре основные группы труб: 1)Бурильные трубы 2) Обсадные трубы ;3) Насосно-компрессорные трубы 4) Трубы для нефтепромысловых коммуникаций.

Насосно-компрессорные трубы (НКТ) служат для:

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

- подачи в скважину жидкости или газа;

- подвески в скважине оборудования.

НКТ изготавливаются по ГОСТ 633-80, предусматривающего изготовление гладких труб и муфт к ним, труб с высаженными наружу концами (В), гладких высокогерметичных труб(НКМ) и муфт к ним, а так же бузмуфтовых труб (НКБ) с высаженными наружу концами. Трубы с высаженными наружу концами имеют одинаковую прочность по основному телу и по резьбе (равнопрочные).

У гладких НКТ резьба с конусностью 1:16, закругленная, с углом профиля α=. У труб НКМ и НКБ резьба так же коническая, но с трапецеидальным профилем. Резьба этих труб имеет гладкий конический поясок, создающий дополнительное уплотнение соединения.

НКМ и НКБ

1:16 ( 60

73 2tg=1:12

89

102

114

Ø труб,мм	δ, мм	Ø муфты	Масса 1п.м с муфтой,
27 (26,7) 33 (33,4) 42 (42,2) 48 (48,3) 60 (60,3) 73 (73) 89 (88,9) 102 (101,6) 114(114,3)	3 3,5 3,5 4,0 5,0 5,5-7,0 6,5-8,0 6,5 7,0	42,2 42,2 52,2 55,9 73 88,9 108 120,6 132,1	1,85 2,65 3,38 4,46 7,01 9,5-11,7 13,7 15,8 19,1

Д	К	Е	Л	М	Р
379	491	552	654	758	930

Внутренний диаметр НКТ проверяется шаблоном длиной 1250мм с наружным диаметром на 2,0-2,9 мм меньше номинального диаметра внутри трубы. Трубы изготавливаются из сталей следующей группы прочности:

Кроме того НКТ изготавливаются из алюминиевого сплава Д16-Т. Он имеет =330МПа, =110МПа. Удельная прочность их значительно выше чем у стальных Д К Е, что позволяет спускать их на большую глубину или иметь больший коэффициент запаса прочности. НКТ из сплава Д16-Т обладают и большей коррозионной стойкостью в сероводородных средах, особенно при толстослойном анодировании.

Выпускаются размерами 60, 73, 89 с толщиной стенки 6-8мм. Целесообразно использовать НКТ из сплава Д16-Т размером 90 и 102мм со стальными замками в качестве ловильных комплектов, что позволит использовать более легкие агрегаты или получить большее освобождающее усилие.

Безмуфтовые гибкие нкт

Наличие у НКТ резьбовых соединений через каждые 8-10м резко увеличивает трудоемкость работ при спуске и подъеме, поэтому заманчиво создание безмуфтовых гибких НКТ длиной 800-3200м. Такие трубы выпускаются с прокатного станка смотанными в бухту большого диаметра и монтируются на специальном агрегате (колтюбинг). На агрегате расположены: барабан с намотанными трубами, привод барабана и выпрямляющий узел над скважиной. Колонны труб сматываются с барабана, проходят через выпрямляющее устройство и выпрямленная спускается в скважину. Через такую колонну труб можно подавать жидкость в скважину для промывки песчаных пробок, спускать оборудование для ремонтных и эксплуатационных работ. К недостаткам относятся громоздкость оборудования для спуска и подъема труб, т.к. радиус изгиба труб на барабане необходимо иметь большой (R=1,5м).

Нкт с покрытиями

В последнее время широко применяются НКТ, внутренняя поверхность которых покрыта стеклом, эпоксидной и полиамидной смолами, эмалями. Такие покрытия применяются для защиты от отложений парафина на трубах и защиты от коррозии внутренней поверхности труб, кроме того они снижают на 20-30% гидравлическое сопротивление. Покрытие стеклом обладает высокой теплостойкостью и достаточно прочно при небольших деформациях труб. Недостатки: 1) Образование микротрещин в стекле при покрытии им трубы. В результате образуются очаги коррозии и местного отложения парафина у трещин. 2) Разрушение стекла при деформации труб. Причиной этого служат различные модули упругости стекла ( Поэтому при растяжении металла такому слою стекла передаются большие усилия, нарушающие его целостность. Чтобы этого избежать необходимо соблюдать условие

где P – допустимая нагрузка на трубы, определенная по условию сохранения прочности стекла:

- предел прочности стекла;

n – запас прочности (n=1,3-1,5)

- площади поперечного сечения слоя стекла и труб;

, - модули упругости стекла и материала труб.

Расчеты показывают, что при наиболее прочных марках стекла на трубы 73х5,5мм равны 200кН (20т). При спуске на НКТ ц/б насоса эта длина не должна превышать 1500-1700м (n=1,3-1,5).

Покрытие труб эпоксидными смолами так же хорошо защищает их от отложений парафина. Они эластичнее стекла и при деформации труб смола не трескается. Однако, температура её применения ограничена +.

В последние годы расширяется применение эмалированных труб. Они обладают высокой температуростойкостью, морозоустойчивостью и гладкой поверхностью. Для защиты НКТ от агрессивных сред трубы покрываются несколькими слоями эмали. Однако технология нанесения эмали значительно сложнее технологии покрытия стеклом и эпоксидными смолами.

Общий недостаток покрытий – то, что место муфтового соединения остается незащищенным. В этом месте устанавливаются эластичные проставки, перекрывающие незащищенные места, или протекторные кольца, потенциал которых ниже, чем материал трубы и муфты.

Расчет насосно-компрессорных труб.

Расчеты НКТ можно разделить на технологические и прочностные. К технологически можно отнести расчеты гидравлического сопротивления потоку жидкости, определение работы газа по подъему жидкости в трубах, проверку удлинения труб. Эти расчеты обычно даются в курсе технологии добычи нефти. Расчеты на прочность ведутся:

- по нагрузке, вызывающей страгивание резьбового соединения.

- эквивалентному напряжению, возникающем в опасном сечении трубы с учетом давления среды и осевой нагрузке.

- циклической переменной нагрузке.

- усилиям, вызывающим продольный изгиб трубы.

НКТ могут растягиваться под действием веса колонны труб и присоединенного оборудования, давления откачиваемой или нагнетаемой жидкости, изгибаться при опоре колонны НКТ в скважине на якорь, испытывать знакопеременные нагрузки при работе ШГНУ.

Под страгиванием резьбового соединения понимают начало разъединения трубы и муфты, когда при осевой нагрузке напряжения в трубе достигают , труба сжимается, муфта расширяется и резьбовая часть трубы выходит из муфты со смятыми и срезанными верхушками витков резьбы, но без разрыва трубы в поперечном сечении и без среза резьбы у её основания.

Выражение для определения осевой нагрузки НКТ, вызывающее страгивание резьбы нашел Ф.И. Яковлев. Он рассматривал нефтепромысловые трубы как тонкостенные. Действительно у НКТ - у основного тела, а у резьбы -15-20 (у тонкостенных труб =18-20)

где =+b – средний диаметр тела трубы под резьбой в её основной плоскости;

– внутр. диаметр трубы; b – толщина тела трубы под резьбой; - предел текучести материала трубы;

l – длина резьбы с полным профилем; α – угол наклона профиля резьбы (α=); ϕ – угол трения (ϕ=)

П.П. Шумилов уточнил ф. Ф.И. Яковлева. Он ввёл коэффициент, учитывающий влияние основного тела трубы более жесткого чем резьбовая часть.

, где δ – номин. толщина тела трубы, тогда

По этой же формуле ведется расчет на страгивание бурильных и обсадных труб.

Расчет НКТ под действием давления среды допустимого внутреннего давления ведется по формуле Барлоу:

Где D – наружный диаметр трубы; - допустимое напряжение;

Расчет на внутреннее давление производится в сечениях с минимальной толщиной стенки и наибольшим диаметром. При расчете НКТ из D16-Т необходимо учитывать анизотропию механический свойств в осевом и окружном направлении (=324МПа, =300МПа).