| 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 высокогермет-ичные трубы НКМ с трапецеидальной резьбой, так как наиболее слабым сечением у этих труб является резьбовое соединение. Наиболее часто употребляется формула Ф. И. Яковлева:
, (2.11)
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:
, (2.12)
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:
, (2.13)
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:
, (2.14)
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:
, (2.15)
где Lтр1 - длины секций НКТ; ρж - плотность жидкости; g = 9,81 м/с2.
Условием надежной работы НКТ является Рвн > Рф.
Пример расчета глубины спуска НКТ при фонтанной эксплуатации скважин
Задача 7
Исходя из условий прочности НКТ на разрыв в опасном сечении, на страгивающие нагрузки в резьбовом соединении и на внутреннее давление, определить глубину спуска ступеней колонны гладких насосно-компрессорных труб с треугольной резьбой из стали групп прочности «Д», «К» общей длиной 2900 м для фонтанирующей скважины глубиной 3000 м, имеющей обсадную колонну диаметром 114 х 7,4 мм. При расчете пренебрегаем потерей веса колонны труб в жидкости, так так уровень жидкости в межтрубном пространстве во время работы может быть оттеснен до башмака колонны труб.
Решение
Примем за 1-ю секцию гладкие НКТ 48 х 4 из стали групп прочности «Д» (σт = 380 МПа).
Страгивающую нагрузку определим по формуле (2.11). Недостающие данные возьмем из табл. 2.1. Найдем:
Предельную нагрузку определим по формуле (2.12):
.
Выбрав страгивающую нагрузку за расчетную как наименьшую, определим допустимую глубину спуска секции НКТ по формуле (2.13):
.
Поскольку 2030 м < 2900 м, для верхней секции берем больший размер:
НКТ 60 х 5 мм; q12 = 6,96 кг/м; L = 29,3; h1 = 1,41 мм.
Находим:
Предельная нагрузка
так как и в этом случае Рпр2 > Рстр 2, за расчетную нагрузку принимаем Рстр. Длина 2-й секции
Таким образом, суммарная длина колонны составит 2030 + 965 + 2995 м < 2900 м.
Минимальный зазор с обсадной колонной составит S = 114 - 2·7,4 - Dм нкт = 99,2 - 73 = 26,2 мм.
Допустимое внутреннее давление для нижней трубы НКТ 48 х 4 мм (формула (2.14))
Определяем фактическое внутреннее давление трубы, по формуле (2.15) при плотности добываемой жидкости ρж = 850 кг/м3; Рбуф = 0,5 МПа:
.
Следовательно, выбранная нами ступенчатая колонна НКТ проходит как по условию прочности, так и по внутреннему давлению для заданных условий скважины.