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 прочностьих 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 изD16-Т необходимо учитывать анизотропию механический свойств в осевом и окружном направлении (=324МПа,=300МПа).