РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ФОНТАННОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН
Расчет НКТ при фонтанно-компрессорной эксплуатации скважин
В соответствии с ГОСТ 633-80 [8] для эксплуатации нефтяных и газовых скважин применяются стальные бесшовные насосно-компрессорные трубы следующих типов:
· трубы гладкие и муфты к ним с треугольной резьбой с углом при вершине 60º (табл. 1.1). Эти трубы изготавливаются с шагом резьбы 2,540 мм (10 ниток на 1" дюйм) и 3,175 мм (8 ниток на 1"). Соответственно высота профиля резьбы h составляет 1,412 мм и 1,810 мм;
· трубы с высаженными наружу концами и муфты к ним также с треугольной резьбой с углом при вершине 60° (табл. 1.2);
· гладкие высокогерметичные трубы (НКМ) с трапецеидальной резьбой и муфты к ним (табл. 1.3);
· насосно-компрессорные безмуфтовые трубы (НКБ) с высаженными наружу концами с трапецеидальной резьбой (табл. 1.4).
Масса 1 п. м (табл. 1.1 - 1.4) рассчитана для трубы длиной 8 м с учетом массы муфты.
Таблица 1.1
Трубы гладкие с треугольной резьбой
| Условный диаметр трубы | Наружный диаметр D, мм | Толщина стенки δ, мм | Наружный диаметр муфты Dм, мм | Масса 1 п.м, кг | Высота резьбы, h, мм | Длина резьбы до основной плоскости L, мм |
| 33,4 | 3,5 | 42,2 | 2,65 | 1,412 | 16,3 | |
| 42,2 | 3,5 | 52,2 | 3,37 | » | 19,3 | |
| 48,3 | 4,0 | 55,9 | 4,46 | » | 22,3 | |
| 60,3 | 5,0 | 73,0 | 6,96 | » | 29,3 | |
| 73,0 | 5,5; 7,0 | 88,9 | 9,5; 11,7 | » | 40,3 | |
| 88,0 | 6,5 | 108,0 | 13,65 | » | 47,3 | |
| 101,6 | 6,5 | 120,6 | 15,76 | 1,81 | 49,3 | |
| 114,3 | 7,0 | 132,1 | 19,1 | » | 52,3 |
Таблица 1.2
Трубы с высаженными наружу концами с треугольной резьбой
| Условный диаметр трубы | Наружный диаметр D, мм | Толщина стенки δ, мм | Наружный диаметр муфты Dм, мм | Масса 1 п.м, кг | Высота резьбы, h, мм | Длина резьбы с полным профилем L, мм | Наружный диаметр высажен-ной части Дн, мм |
| 26,7 | 3,0 | 42,2 | 1,86 | 1,412 | 16,3 | 33,4 | |
| 33,4 | 3,5 | 48,3 | 2,68 | » | 19,3 | 37,3 | |
| 42,2 | 3,5 | 55,9 | 3,41 | » | 22,3 | 46,0 | |
| 48,3 | 4,0 | 63,5 | 4,55 | » | 24,3 | 53,2 | |
| 60,3 | 5,0 | 77,8 | 7,08 | 1,81 | 37,3 | 65,9 | |
| 73,0 | 5,5 7,0 | 93,2 | 9,66 11,86 | » | 41,3 | 78,3 | |
| 88,9 | 6,5 8,0 | 114,3 | 13,9 16,7 | » | 47,3 | 95,2 | |
| 101,6 | 6,5 | 127,0 | 16,0 | » | 51,3 | 108,0 | |
| 114,3 | 7,0 | 141,3 | 19,5 | » | 54,3 | 120,0 |
Таблица 1.3
Трубы НКМ с трапецеидальной резьбой
| Условный диаметр трубы | Наружный диаметр D, мм | Толщина стенки δ, мм | Наружный диаметр муфты Dм, мм | Масса 1 п.м, кг | Высота резьбы, h, мм | Длина резьбы до основной плоскости L, мм | Внутренний диаметр резьбы в основной плоскости dвн, мм |
| 60,3 | 5,0 | 73,0 | 7,02 | 57,925 | |||
| 73,0 | 5,5 7,0 | 89,0 | 9,51 11,71 | » | 70,625 | ||
| 88,9 | 6,5 8,0 | 108,0 | 13,7 16,5 | » | 86,500 | ||
| 101,6 | 6,5 | 120,6 | 15,84 | » | 99,200 | ||
| 114,3 | 7,0 | 132,1 | 19,42 | 1,60 | 111,100 |
Таблица 1.4
Трубы НКБ с трапецеидальной резьбой
| Условный диаметр трубы | Наружный диаметр D, мм | Толщина стенки δ, мм | Наружный диаметр муфты Dм, мм | Масса 1 п.м, кг | Высота резьбы, h, мм | Длина резьбы до основной плоскости L, мм | Внутренний диаметр резьбы в основной плоскости dвн, мм |
| 60,3 | 5,0 | 71,0 | 7,02 | 1,20 | 62,267 | ||
| 73,0 | 5,5 7,0 | 84 | 9,5 11,72 | » | 75,267 | ||
| 88,9 | 6,5 8,0 | 102 | 13,6 16,46 | » | 91,267 | ||
| 101,6 | 6,5 | 15,7 | > | 104,267 | |||
| 114,3 | 7,0 | 19,1 | 1,20 | 117,267 |
Для труб с другой длиной (исполнения А) следует пользоваться данными ГОСТ 633-80.
Расчет насосно-компрессорных труб при фонтанно-компрессорной эксплуатации скважин следует проводить на страгивающую нагрузку в резьбовом соединении, на предельную нагрузку в опасном сечении и на внутреннее давление.
На страгивающую нагрузку рассчитываются гладкие НКТ с треугольной резьбой и высокогерметичные трубы НКМ с трапецеидальной резьбой, так как наиболее слабым сечением у этих труб является резьбовое соединение. Наиболее часто употребляется формула Ф. И. Яковлева:
(1.1)
где b = δ - h1 - толщина тела трубы под резьбой в основной плоскости; h1 - высота профиля резьбы;
Dср = d + b - средний диаметр тела трубы под резьбой; d - внутренний диаметр трубы; η = b / (δ + b) - поправка Шумилова; α - угол наклона несущей поверхности резьбы к оси трубы; φ - угол трения в резьбе (φ = 7° - 9°); L - длина резьбы с полным профилем; σт - предел текучести материала трубы.
На предельную нагрузку труба рассчитывается по основному телу. Очевидно, что наряду с расчетом на страгивающую нагрузку такому расчету, в первую очередь, следует подвергать НКТ с высаженными наружу концами с треугольной резьбой и НКБ с трапецеидальной резьбой:
(1.2)
где Dр - диаметр резьбы в основной плоскости по впадине витков для гладких НКТ или диаметр наружной основного тела НКТ с высаженными наружу концами и НКБ.
Наименьшая из двух (страгивающая и предельная) нагрузок принимается за расчетную, и определяется допустимая глубина спуска данной трубы с заданным коэффициентом запаса:
(1.3)
где Ррас - расчетная нагрузка; q - масса 1 погонного метра трубы с учетом муфт и высаженной части; n - коэффициент запаса (n = 1,2 - 1,3); g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения.
При расчете 2-й и последующих секций за Ррас принимается разность текущего и предыдущего значений нагрузки. Например: для 3 - й секции Ррас = Рстр3 - Рстр2.
Расчет на внутреннее давление производится на допустимое давление, исходя из прочности и геометрических параметров трубы по формуле Барлоу:
(1.4)
где δ - толщина основного тела трубы; [σт] = σт/η - допустимое значение предела текучести (по ГОСТ-633-80, η = 1,25; по другим источникам η = 1,3 - 1,5); Dн - наружный диаметр основного тела трубы.
Необходимо также определить фактическое внутреннее давление, определяемое высотой столба жидкости в трубах:
(1.5)
где Lтр1 - длины секций НКТ; ρж - плотность жидкости; g = 9,81 м/с2.
Условием надежной работы НКТ является Рвн > Рф.