Расчеты насосно-компрессорных труб и элементов фонтанной арматуры

Назначение НКТ, их сортамент и основные параметры

Насосно-компрессорные трубы (НКТ) применяются как при фонтанной добыче, так и при других способах добычи нефти и газа. Спускаемые в скважину колонны труб, составляемые из НКТ, являются одним из важнейших элементов скважинного оборудования и обеспечивают выполнение следующих основных операций:

  • — транспортировку скважинной продукции на дневную поверхность;
  • — закачку в продуктивный пласт рабочих агентов для проведения различных операций, как, например, промывку ПЗП, гидроразрыв пласта, термовоздействие на ПЗП и т. д.;
  • — подвеску скважинных насосов и установку различного оборудования.

Насосно-компрессорные трубы, из которых формируются конструкции колонн, различаются по следующим основным признакам:

  • а) по способу соединения НКТ в колонну, в том числе:
    • — неразборные, т. е. наматываемые на барабан;
    • — разборные, т. е. формируемые в колонну посредством резьбовых соединений. Основным элементом таких соединений являются или резьбовые муфты, или резьбо-вые гнезда, выполненные в специально высаженных концах трубы. По данному признаку трубы делятся на муфтовые (гладкие) и на безмуфтовые.
  • б) по типу резьбы, т. е. резьба может иметь треугольный или трапецеидальный профиль;
  • в) по типу конструкции ниппеля резьбовых соединений, позволяющего изготавливать высокогерметичные муфтовые и безмуфтовые трубы.

Материалом для изготовления труб является сталь различных марок, в том числе с покрытием внутренних поверхностей труб полимерами и др. коррозионностойкими составами, а также легкие сплавы.

Ранее НКТ изготавливались по требованиям ГОСТ 633—80, а в настоящее время разработан стандарт ГОСТ Р 52203—2004 [5], в соответствии с которым НКТ разделяются на два типа: бесшовные и электросварные прямошовные.

Бесшовные трубы и муфты к ним имеют следующие группы прочности: Д, К, Е, Л, М, Р. Электросварные — следующие группы прочности: Дс, Кс, Ес, Лс, Мс, Рс.

По ГОСТ Р 52203—2004 изготавливаются следующие сортаменты труб:

  • — без резьбы — обозначаются индексом Н;
  • — гладкие с треугольной резьбой и муфтами — обозначаются индексом Г;
  • — гладкие высокогерметичные с трапецеидальной резьбой и муфтами — обозначаются индексом Т;
  • — гладкие, а также и с высаженными наружу концами и муфтами с треугольной резьбой и уплотнительными кольцами — обозначаются индексами ПГ и ПВ;
  • — с высаженными наружу концами и муфтами с треугольной резьбой — обозначаются индексом В;
  • — высокогерметичные безмуфтовые с высаженными наружу концами и с трапецеидальной резьбой — обозначаются индексом Б.

Сортамент и некоторые параметры НКТ, изготавливаемых по ГОСТ Р 52203—2004, приведены в табл. 5.1 и 5.2 [5].

Таблица 5.1

Условный диаметр трубы, мм

Номинальный наружный диаметр, мм

Масса гладкой трубы с треуг. резьбой, кг/пог.м

Масса муфты с треуг. резьбой, кг

Номинальная толщина стенки трубы, мм

Группы прочности

Дс

Д

Кс

к

Е

Ес

Л

Лс

м

Мс

р

рс

27

26,7

3,0

В; Н

н

4,0

Н

33

33,4

2,6

0,4

3,5

В; Н; Г

н

4,5

Н

42

42,2

3,3

0,6

3,5

В; Н; Г

н

5,0

Н

48

48,3

4,4

0,5

4,0

В; Н; Г

В; Н

5,0—8,0

Н

60

60,3

6,8

1,3

5,0

Б; В; Г; Н; Т

Условный диаметр трубы, мм

Номинальный наружный диаметр, мм

Масса гладкой трубы с треуг. резьбой, кг/пог.м

Масса муфты с треуг. резьбой, кг

Номинальная толщина стенки трубы, мм

Группы прочности

Дс

Д

кс

К

Е

Ес

Л

Лс

м

мс

р

Рс

6,5

н

7,5

8,5

73

73,0

9,2

2,4

5,5

Б; В; Г; Н; Т

11,4

7,0

8,0—11,5

Н

102

101,6

6,0

Н

15,2

4,5

6,5

Б; В; Г; Н; Т

8,5

Н

  • 10,5—
  • 15,5

114

114,3

18,5

5,1

7,0

Б; В; Г; Н; Т

8,5—16,0

Н

Таблица 5.2

Размеры и массы гладких труб (тип «Г») и труб с высаженными наружу концами (тип «В») с резьбой треугольного профиля (рис. 5.1)

Условный диаметр трубы Ду, мм

Номинальный наружный диаметр трубы Д, мм

Номинальная толщина стенки, мм

Наружный диаметр высаженного конца Дв, мм

Масса трубы, кг/пог.м

Наружный диаметр муфты, мм

Для типа

«Г»

Для типа

«В»

60

60,3

5,0

65,9

6,8

73

77,8

73

73,0

5,5

78,6

9,2

88,9

93,2

7,0

11,4

89

88,9

6,5

95,2

13,2

108

114,3

8,0

16,0

102

101,6

6,5

108,0

15,2

120,6

127

114

114,3

7,0

120,6

18,5

132,1

141,3

По длинам НКТ, поставляемые изготовителями, подразделяются на следующие группы, указанные в табл. 5.3.

Примеры условных обозначений НКТ приведены ниже.

1. НКТ, обозначенная шифром Н-60х5-Д-1 ГОСТ Р 52203—2004, имеет следующие параметры: труба без резьбы, бесшовная, с гладкими концами; условный диаметр 60 мм; толщина стенки — 5,0 мм; из стали группы прочности Д; 1-я группа длины.

Обозначение НВ-60Х5-Д-Н ГОСТ Р 52203—2004 соответствует тем же параметрам, но «В» означает, что труба Н-й группы длин имеет высаженные наружу концы.

  • 2. НКТ, обозначенная шифром Г-60х5-Е-1 ГОСТ Р 52203—2004, имеет следующие параметры: труба с гладкими концами; с треугольной резьбой; бесшовная; условный диаметр 60 мм; толщина стенки—5,0 мм; из стали группы прочности Е; I-я группа длины.
  • 3. НКТ, обозначенная шифром Б-60Х5-Е-1 ГОСТ Р 52203—2004, означает, что труба безмуфтовая, высокогерметичная; с трапецеидальной резьбой; бесшовная; условный диаметр 60 мм; толщина стенки — 5,0 мм; из стали группы прочности Е; I-я группа длины.

Таблица 5.3

Параметры

Группа длин

I

II

Длина трубы L, м

6,1—7,3

8,3—10,0

Допускаемое отклонение по длине L в партии труб: — бесшовные трубы

±0,05 L

— электросварные, прямошовные

±0,01 L

Прочностная характеристика НКТ зависит от свойств материала (группы прочности) и приведена в табл. 5.4 [5].

Таблица 5.4

Показатель

Группа прочности

Дс

Д

кс

К

Е

Ес

Л

лс

М

мс

Р

Рс

Сопротивление разрыву ов, МПа (не менее)

517

655

595

687

689

758

823

1000

Предел текучести ат, МПа: не менее

379

491

552

654

724

930

не более

552

600

758

862

921

1137

Прочностная характеристика НКТ зависит от свойств материала (группы прочности) и приведена в табл. 5.4.

Прочностные параметры НКТ, изготовленных из сплава Д16Т, обладающего высокой коррозионной стойкостью в средах с H2S, следующие: ав = 480 МПа; от ~ 300 МПа; ст_2 ~ 120 МПа (для цикла «растяжение — сжатие») при плотности сплава р ~ 2720 кг/м3 .

Особенности конструкции соединительных (резьбовых) элементов для различных НКТ приведены на рис. 5.1 и 5.2 [5].

Конструкции соединений НКТ с муфтами (резьба треугольного профиля)

Рис. 5.1. Конструкции соединений НКТ с муфтами (резьба треугольного профиля)

Puc. 5.2. Конструкции соединений НКТ (резьба трапецеидального профиля)

Конструкции резьбовых элементов труб зависят от типа резьбы и приведены на рис. 5.3—5.5, а в табл. 5.5 и 5.6 [5] даны размеры основных элементов резьбы для труб типа Г и типа В.

Конструкция резьбы треугольного профиля для гладких труб и муфт к ним

Рис. 5.3. Конструкция резьбы треугольного профиля для гладких труб и муфт к ним:

1 — сбег резьбы трубы (муфты); 2 — нитки резьбы со срезанными вершинами; 3 — основная (расчетная) плоскость резьбы; 4линия среднего

диаметра резьбы

Конструкция резьбовых соединений высокогерметичных гладких труб и муфт к ним с трапецеидальной резьбой [5]

Рис. 5.4. Конструкция резьбовых соединений высокогерметичных гладких труб и муфт к ним с трапецеидальной резьбой [5]:

  • 1 и 5сбег резьбы; 2 — нитки резьбы со срезанными вершинами; 3 — основная плоскость резьбы; 4 — резьба с полным профилем;
  • 6 — расчетная плоскость.
Конструкция резьбовых соединений высокогерметичных безмуфтовых НКТ с высаженными наружу концами и трапецеидальной резьбой [5]

Рис 5.5. Конструкция резьбовых соединений высокогерметичных безмуфтовых НКТ с высаженными наружу концами и трапецеидальной резьбой [5]:

1 — основная плоскость резьбы; 2 — сбег резьбы; 3 — расчетная плоскость

Размеры резьбовых соединений гладких труб (тип Г) с треугольной резьбой

Таблица 5.5

Условный диаметр трубы Dy, мм

Наружный диаметр трубы D, мм

Основные размеры резьбы трубы, мм

Длина резьбовых элементов, мм

Шаг резьбы, S

Средний диаметр резьбы, d*p

Наружный диаметр, d{

Внутренний диаметр, d-2

Общая до конца сбега, L

С полным профилем резьбы, Г

Сбег резьбы,

^lmax

33

33,4

2,540

32,065

32,382

29,568

29

16,3

8,0

42

42,2

40,828

40,948

38,124

32

19,3

48

48,3

46,924

46,866

44,042

35

22,3

60

60,3

58,989

58,494

55,670

42

29,3

73

73,0

71,689

70,506

67,682

53

40,3

89

88,9

87,564

85,944

83,120

60

47,3

102

101,6

3,175

99,866

98,519

94,899

62

49,3

10,0

114

114,3

112,566

111,031

107,411

65

52,3

Таблица 5.6

Размеры резьбовых соединений муфтовых труб (тип В) с высаженными наружу концами с треугольной резьбой (рис. 5.1, б)

Условный диаметр трубы Dy, мм

Наружный диаметр высаженного конца DB мм

Основные размеры резьбы трубы, мм

Длина резьбы, мм

Шаг резьбы, S

Средний диаметр резьбы,

dcp

Наружный диаметр, d{

Внутренний диаметр, d

Общая до конца сбега, L

Сбег резьбы,

^lmax

33

37,3

2,540

35,970

36,1

33,276

32

8,0

42

46,0

44,701

44,643

41,819

35

48

53,2

51,845

51,662

48,833

37

60

65,9

3,175

64,148

63,551

59,931

50

10,0

73

78,6

76,848

76,001

72,381

54

89

95,2

93,516

92,294

88,674

60

102

108,0

106,216

104,744

101,124

64

114

120,6

118,916

117,256

113,636

67

Как следует из приведенных рисунков, ниппель высокогерметичных труб имеет коническую форму. При свинчивании труб в колонну он контактирует с соответствующей поверхностью в ответной детали, чем и обеспечивается дополнительное уплотнение (герметизация) в резьбовом соединении.

Зарубежные конструкции НКТ, например фирм «Хайдрилл» и «Атлас Брэдфорд» (США) изготавливаются как по стандартам АНИ (Американский нефтяной институт), так и по другим нормативным документам по заявкам заказчиков. Изготавливаются как гладкие, так и безмуфтовые трубы с резьбами треугольного и трапецеидального профиля. Фирмы «Маннесман» (ФРГ) и «Валурек» (Франция) применяют для НКТ и резьбы «Батрис», т. е. аналогичные резьбам обсадных труб. Прочностные и геометрические параметры НКТ зарубежного производства широко представлены в [29].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >