При штанговой глубинно-насосной эксплуатации каналом для подъема жидкости от насоса на дневную поверхность служат насосно-компрессорные трубы.
В ряде случаев, например в установках бес трубной эксплуатации, колонна насосно-компрессорных труб отсутствует. Ее функции выполняют либо полые штанги, либо эксплуатационная колонна.
Насосно-компрессорные трубы применяют не только при всех способах эксплуатации нефтяных скважин, но и при подземном ремонте — промывке песчаных пробок, гидроразрыве пласта, соляно кислотной обработке и т. д.
Условия работы труб при штанговой глубинно-насосной 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. 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 технологических процессов, интенсификации добычи или подземного ремонта);
- подвески в скважине оборудования.
Насосно-компрессорные трубы изготавливаются согласно ГОСТ 633—80, предусматривающему изготовление гладких труб и муфт к ним, труб с высаженными наружу концами (В) и муфт к ним, гладких высокогерметичных труб (НКМ) и муфт к ним, а также безмуфтовых труб (НКБ) с высаженными наружу концами. Гладкие трубы проще в изготовлении, но их концы ослаблены нарезанной на них резьбой. Трубы с высаженными наружу концами имеют одинаковую прочность по основному телу и у резьбы. Эти трубы называются равнопрочными. Внешний диаметр их муфты больше, чем у труб с гладкими концами (табл.1).
У НКТ гладких и с высаженными концами (рис. 6) резьба с конусностью 1 : 16, закругленная, с углом профиля 60°. У труб НКМ и НКБ резьба также коническая, но с трапецеидальным профилем. Резьбовая часть труб с НКМ и НКБ имеет конический гладкий конец, входящий в конус муфтовой части резьбового соединения и создающий дополнительное уплотнение соединения.
Диаметр НКТ (ГОСТ 633—80) Таблица 1
Условный диаметр трубы
|
Наружный
диаметр, мм
|
Толщина стенки трубы, мм
|
Внутренний диаметр трубы, мм
|
Масса
(теоретиче ская) трубы с муфтой,
кг/м
|
|||
гладкой части трубы
|
муфты |
||||||
гладких труб
|
труб типа В
|
гладких труб
|
труб типа
В
|
||||
27
|
26,7
|
-
|
42.2
|
3,0
|
20,7
|
-
|
1,85
|
33
|
33,4
|
42,2
|
48,3
|
3,5
|
26.4
|
2,65
|
2,66
|
42
|
42,2
|
52,2
|
55,9
|
3,5
|
35,2
|
3,38
|
3.46
|
48
|
48,3
|
55,9
|
63.5
|
4,0
|
40,3
|
4,46
|
4,54
|
60
|
60.3
|
73,0
|
77.8
|
5,0
|
50,3
|
7.01
|
7.12
|
73
|
73,0
|
88.9
|
93.2
|
5,5
|
62.0
|
9.50
|
9,55
|
73
|
73,0
|
88,9
|
93,2
|
7,0
|
59,0
|
11,70
|
11.87
|
89
|
88,9
|
108,0
|
114.3
|
6,5
|
75,9
|
13.68
|
13,72
|
89
|
88.9
|
-
|
114,3
|
8,0
|
72.9
|
-
|
16.69
|
102
|
101,6
|
120,6
|
127,0
|
6.5
|
88,6
|
15,80
|
16,05
|
114
|
114,3
|
132,1
|
141,3
|
7.0
|
100,3
|
19,13
|
19,49
|
Примечание. Длина труб,
м: первой группы - 5,5 - 8,5;
второй группы – 10.
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 внутреннего диаметра трубы (меньшее отклонение для труб
небольшого диаметра). На толщину стенки установлен минусовый допуск в 12,5 % от
толщины.
Трубы
изготовляются из сталей следующих групп прочности.
Группа прочности стали Предел текучести не
менее, МПа
Д ………………………………………………………… 379(373)
К ……………………………………………………….... 491
Е ………………………………………………………… 552
Л ………………………………………………………… 654
М ………………………………………………………... 758
Р ………………………………………………………... 930
Значение предела текучести, взятое в скобки, относится к
трубам исполнения Б.
Кроме того, НКТ изготавливаются 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 раз — к Е). Таким образом, колонны труб из алюминиевого
сплава можно спускать глубже, или они будут иметь большой запас прочности при
глубине спуска, одинаковой с глубиной спуска стальных труб.
Трубы из сплава Д16Т обладают и большей коррозионной
стойкостью в сероводородсодержащих средах. Особенно повышается их коррозионная
стойкость и износостойкость при толстослойном анодировании.
Наличие
у колонн НКТ резьбовых соединений через каждые 8—10 м резко увеличивает
трудоемкость работ на скважине при спуске и подъеме колонн труб.
В последние годы применяются так называемые безмуфтовые гибкие трубы длиной до 800, а в некоторых случаях 1200—1500 м. Эти трубы выпускаются с прокатного стана полной строительной длины без промежуточных соединений и сматываются в бухту.
Они спускаются в скважину со
специального агрегата, обычно смонтированного на большегрузной автомашине. На
агрегате расположены барабан с намотанными трубами, привод барабана и выпрямляющий
узел, располагаемый над скважиной. Колонна труб сматывается с барабана, где
она может деформироваться по радиусу барабана, проходит через выпрямляющее
устройство (в нем находится около 2 м трубы) и спускается выпрямленная в
скважину.
За
счет сил трения в этом устройстве колонна 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 без резьбовых гибких трубах резко сокращается время
спуска и подъема колонн, ликвидируются 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 опыты показали возможность достаточного
числа циклов пластической деформации гибких труб без нарушения 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.
В
последнее время широко применяются НКТ, внутренняя поверхность которых покрыта
стеклом, эпоксидными смолами. Менее распространено, но применяется
эмалированно труб. 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 недостатков.
- 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 технология покрытия, уменьшающая трещинообразование.
- Второй недостаток — разрушение стекла при деформации труб. Причиной этого служат различные модули упругости металла (0,21 • 106 МПа) и стекла (0,057-106 МПа). Вследствие этого при растяжении металла труб тонкому слою стекла передаются большие усилия, нарушающие его целостность. Это сказывается при больших глубинах подвески труб и при транспортировке их, когда трубы не предохранены от изгиба.
Расчеты
показывают, что при наиболее прочных марках стекла допустимые нагрузки на трубы
73 Х 5,5 мм равны примерно 200 кН, Это означает, что длина колонны от верхних
остеклованных труб до нижней трубы ограничивается прочностью стеклянного
покрытия. При спуске на НКТ скважинного центробежного насоса эта длина не
должна превышать 1500—1700 м (запас прочности 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 трескается. Но она
имеет свои недостатки. Температура, при которой можно применять смолы,
невысокая — не более 60 °С.
Покрытие
труб стеклом и эпоксидной смолой рассматривается как эффективное средство
борьбы с отложением парафина. То или иное покрытие необходимо выбирать в
зависимости от условий эксплуатации.
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 защиты НКТ от агрессивных сред трубы
покрываются несколькими слоями эмали. Технология наложения эмали значительно
сложнее технологии покрытия стеклом и эпоксидной смолой.