НКТ. Насосно-компрессорные трубы.

 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.

Общий недостаток покрытий — то, что место муфтового соеди­нения труб остается незащищенным. В этом месте можно устанав­ливать эластичные проставки, перекрывающие незащищенное место, или протекторные кольца, потенциал материала которых таков, что кольца корродируют сами, защищая от коррозии близко расположенные участки трубы. Однако такие меры практикуются редко, так как они имеют крупные недостатки.