Насосно компрессорные трубы и их назначение

Полноценное функционирование скважин на нефтяных и газовых месторождениях невозможно без использования насосно-компрессорных труб (НКТ), которым и посвящена эта статья.

Насосно-компрессорные трубы на хранении

Виды и характеристики насосно-компрессорных труб

Основная функция, которую выполняют насосно-компрессорные трубы, заключается в транспортировке добываемых в продуктивной зоне газов и жидкостей до поверхности скважины. Кроме того, НКТ выступают в качестве своеобразного изолятора, защищающего транспортируемые по ним газ и жидкость от стен скважины, а также предотвращают возникновение и развитие коррозии, отложений парафина и асфальтена на обсадных трубах. Труба НКТ, помещенная в скважину, необходима также для того, чтобы обеспечить проведение спуско-подъемных и ремонтных работ, в которых регулярно возникает необходимость.

Учитывая все эти факторы, становится понятно, что НКТ в процессе своей эксплуатации испытывают значительные нагрузки и находятся в постоянном контакте с агрессивными средами, что и обусловливает серьезные требования к их качеству.

К таким требованиям, в частности, относятся:

• высокая проходимость даже на участках стволов скважин, характеризующихся сильным искривлением;
• исключительная герметичность мест соединения изделий НКТ между собой;
• износостойкость и способность противостоять даже значительным механическим воздействиям;
• высокая прочность как материала изготовления, так и самого изделия.

Переводники для бурильной колонны и НКТ

В первую очередь в скважину устанавливают и закрепляют при помощи цемента обсадные, а только затем насосно-компрессорные трубы. Для выполнения данной операции используют специальные фиксирующие элементы, называемые пакерами. Длина отдельных труб, применяемых для транспортировки газа и жидкости из скважины, может составлять до 11,5 метров, а для их соединения между собой используют муфты, обеспечивающие герметичность стыка и его надежность. Различаются НКТ и диаметром своего сечения, этот параметр может составлять от 50,8 до 139,7 мм (2–5,5 дюйма).

Трубы для транспортировки жидкостей и газов из скважин классифицируются по различным параметрам. Одним из таких параметров является тип выкачиваемого флюида, в зависимости от которого НКТ может использоваться в скважинах:

• газо- и водонагнетающего типа;
• для транспортировки из продуктивной зоны тяжелой нефти (битума);
• газодобывающих;
• нефтяных.

Выпускающие насосно-компрессорные трубы предприятия руководствуются требованиями ГОСТа 633-80, согласно которому такие изделия подразделяются на три типа.

Соединение НКТ муфтой

• Гладкие муфтовые изделия, резьба на которых имеет конический тип и треугольный профиль резьбы. НКТ данного типа отличаются повышенной хладостойкостью и пластичностью.
• Гладкие изделия, конструкция которых дополнена узлом уплотнения, изготовленным из пластика.
• Изделия муфтового типа, коническая резьба которых имеет трапецеидальный профиль. НКТ данного типа отличаются высокой герметичностью.
• Гладкие муфтовые изделия, резьба на которых имеет конический тип и треугольный профиль.

В разных странах существуют аналоги данного ГОСТа, по которому трубы подразделяются на такие же типы. В частности, в США и ряде других стран таким нормативным документом является стандарт API 5CT.

Особенности монтажа и эксплуатации колонн из труб НКТ

Примечательной особенностью труб для транспортировки жидкостей и газов из продуктивной зоны является то, что в процессе эксплуатации их можно неоднократно (2–3 раза) извлекать из скважины, а также выполнять ремонт и техническое обслуживание. Эту особенность обязательно учитывают при проектировании НКТ-колонн, которые формируются из нескольких труб, соединенных между собой посредством герметичных муфт. Специалисты, выполняющие такое проектирование, обязательно предусматривают тот факт, что колонны должны эффективно, быстро и безопасно монтироваться и также извлекаться из скважины, иметь возможность устанавливаться обратно, если в этом есть необходимость.

Виды тройников и угольников для НКТ

При необходимости в одну добывающую скважину может быть установлено несколько колонн, но специалисты стараются ограничиваться максимум двумя НКТ-колоннами. Большее значение для проектировщиков имеет возможность укомплектовать скважину трубами, способными эксплуатироваться максимально долго без трудозатрат на ремонт или замену.

Важной особенностью колонн, составленных из труб НКТ, является возможность их использования не только по прямому назначению, но и для решения целого ряда других задач. Так, НКТ, объединенные в колонну и помещенные в добывающую скважину, позволяют решать следующие важные задачи:

• осуществление кислотных работ, обнаружение водоносного слоя, выполнение тестирующих мероприятий, замеры давления в скважине;
• перфорирование продуктивного горизонта;
• снижение риска возрастания давления в кольцевом пространстве, сформированном наружными стенками НКТ и внутренними стенками обсадной трубы (при резком возрастании такого давления колонна НКТ обеспечивает выход выброса на поверхность скважины).

Устройство скважин с НКТ

Исходя из назначения колонн НКТ, к ним предъявляют целый ряд требований. Так, они должны:

• обладать высокой прочностью и выдерживать значительные нагрузки на растяжение;
• обеспечивать требуемые характеристики потока жидкости или газа;
• хорошо противостоять нагрузкам, возникающим при выполнении работ различного характера (кислотные обработки, операции по гидроразрыву и др.);
• поддерживать требуемое давление жидкости или газа при их транспортировке по трубопроводу;
• обладать высокой эрозионной и коррозионной устойчивостью на протяжении всего срока эксплуатации скважины;
• комплектоваться муфтами, которые способны длительное время противостоять нагрузкам на сжатие и растяжение, исключать риск возникновения утечек.

Соответствие эти условиям позволяет продлить срок службы колонн до 20 лет и избавляет от трудоемких работ по ее извлечению из скважины.

Некоторые особенности производства труб НКТ и их приемочных испытаний

Для производства труб, используемых для транспортировки жидкостей и газов из добывающих скважин, могут применяться различные материалы.

Насосно-компрессорные трубы из данного материала используются для оснащения скважин утилизационного и нагнетательного типа. Как правило, в комплекте с такими НКТ используются насосы электроцентробежного типа (УЭЦН).

Наиболее распространенными марками стали, применяемыми для производства труб НКТ, являются 30ХМА, 30, 20. Если у готовых стальных труб, предназначенных для использования в скважинах, есть даже малейшие отклонения от требований ГОСТа, то их отправляют на переплавку.

Сплавы, содержащие в своем составе алюминий

Использование данного металла в составе труб НКТ обеспечивает им высокую устойчивость к коррозии, в том числе и сероводородной, позволяет значительно снизить вес всей конструкции.

Вне зависимости от того, из какого материала изготовлены насосно-компрессорные трубы, многие производители дополнительно наносят на их внутренние стенки специальные защитные покрытия. В качестве таких покрытий могут быть использованы специальные лаки, эпоксидные смолы и жидкое стекло, что позволяет значительно увеличить сроки эксплуатации трубопроводов, защитить их от возникновения отложений на стенках. Использование защитных покрытий для труб НКТ – это экономически целесообразное решение, в результате которого снижаются эксплуатационные расходы, а также расходы на ремонт. Учитывая тот факт, что для производства труб НКТ не используется нержавеющая сталь, применение специальных покрытий является единственным вариантом защиты скважинных трубопроводов.

Мостки приемные для труб НКТ

Для того, чтобы трубы НКТ в полной мере соответствовали своему назначению, их характеристики тщательно контролируют на всех этапах производства. В частности, проверяются следующие параметры:

• устойчивость к коррозионному сульфидному растрескиванию;
• твердость;
• устойчивость к растяжению;
• гидроустойчивость;
• ударная вязкость материала изготовления.

Важно, что труба может быть допущена к использованию только в том случае, если соответствует всем предъявляемым к ней требованиям. В противном случае готовое изделие отправляется на переработку.

Как правильно эксплуатировать НКТ

Строго соблюдаться при использовании труб НКТ должны не только требования к их характеристикам, но и условия их транспортировки, хранения и монтажа. Здесь существует целый ряд общепринятых правил.

• В том случае, когда трубы необходимо некоторое время хранить перед использованием, следует подготовить для этого специальную площадку. Так, насосно-компрессионные трубы нельзя хранить на земле – необходимо укладывать их на деревянные бруски и следить за тем, чтобы изделия не провисали под собственным весом.

• Для перевозки труб НКТ необходимо использовать только специально предназначенный для этого транспорт (трубовозки). Ни в коем случае нельзя транспортировать трубы НКТ волоком.
• В том случае, если необходимо свинтить неподдающуюся муфту с трубы НКТ, нельзя подвергать резьбовое соединение ударным нагрузкам. Для этого можно использовать специальные жидкости или тщательно очистить резьбовое соединение от грязи.
• При транспортировке и хранении труб их резьбовые концы следует защищать при помощи специальных предохранительных колец.

Даже при извлечении уже используемых труб из скважины следует обращаться с ними очень аккуратно и складировать на предварительно уложенные деревянные бруски.

У многих людей, впервые сталкивающихся с принятыми в трубопромышленной отрасли терминами, возникает вопрос: что это такое – труба НКТ? Использование термина «труба НКТ», расшифровка которого – «насосно-компрессорная труба», прочно вошло в строительный обиход вместе с самими изделиями, позволяющими осуществлять целый спектр нефтепромышленных, геологоразведочных и бурильных работ. В этой статье будет рассказано о видах, характеристиках и областях применения труб НКТ.

Выпуск и маркировка труб НКТ

Насосно-компрессорные трубы (НКТ) представляют собой основной несущий элемент трубопроводов в разных сферах промышленности. В силу своего назначения и повышенных требований к эксплуатационным характеристикам, эти изделия должны соответствовать необходимым стандартам безопасности и иметь соответствующую маркировку.

Для обеспечения прочности продукции её вместе с соединительными муфтами изготавливают из прочной стали марок Д, Е, К, Л, М. Такие марки стали труб НКТ стоят дороже менее качественных аналогов, однако их использование помогает обеспечить необходимую для протяжённых и работающих в разных климатических условиях трубопроводов.

Выпуск таких труб в России осуществляется в соответствии с ГОСТом 633-80, предусматривающим изготовление следующих видов насосно-компрессорных труб:

1. Стандартные НКТ, выпускаемые с муфтами для соединения.
2. НКМ – марка продукции для создания участков трубопровода с повышенной герметичностью.
3. НКТ-В – трубы с вынесенной (высаженной) наружу резьбой.
4. НКБ – вид насосно-компрессорных труб без соединительных муфт.

Допускается производство согласно ТУ (техническим условиям), со следующими характеристиками труб НКТ:

1. Особая стойкость к низким температурам, позволяющая использовать изделия в регионах Крайнего Севера (ТУ 14-3-1282-84 и ТУ 14-3-1588-88).
2. Повышенная устойчивость к воздействию вызывающих коррозию сред с повышенным содержанием сероводорода (H₂S) и кислотных испарений различной природы (ТУ 14-161-150-94 и ТУ 14-161-173-97).
3. Улучшенная пластичность – такая продукция оснащена одним или несколькими соединительными элементами из пластика (ТУ 14-3-1722-91).

Что касается маркировки изделий, являющейся непременным условием выпуска НКТ, по правилам она, в виде клейма, должна быть расположена около торца изделия, на месте соединительной муфты.

Характерно для труб НКТ, что такое клеймо содержит сведения:

1. О дате изготовления продукции (год и месяц).
2. О толщине стенки и диаметре трубы НКТ (оба параметра представляются в миллиметрах).
3. О марке стали, из которой произведено изделие (обозначается одной из указанных выше букв).
4. Торговая марка предприятия-изготовителя.

Стандартные параметры НКТ

Диапазон диаметров изделий достаточно широк и колеблется от 27 до 114 мм. Наиболее часто в промышленных трубопроводах применяются насосно-компрессорные трубы диаметров 73, 89 и 114 мм.

Каждому значению сечения трубы соответствует своя толщина стенки изделия, что обеспечивает прочность изделия при длительной эксплуатации. К примеру, для значения диаметра 89 мм толщина стенки составляет 8 мм, а для 114 мм – 7 мм.

Соотношение диаметров и толщины стенок всех вариаций изготавливаемой продукции можно найти в соответствующей справочной литературе или узнать непосредственно у производителя.

Стоит отметить, что, поскольку эти трубы выпускаются не только в России, иногда покупатели сталкиваются с представлением параметров изделий в дюймах. В этом случае необходимо переводить размеры в миллиметры, руководствуясь пропорцией 1 дюйм – 25,4 мм. Соответствие параметров импортной продукции технологическим требованиям можно проверить по аналогу ГОСТа – API 5CT.

Обычная длина труб НКТ – от 6 до 10,5 м. По обоюдному решению заказчика и производителя длина изделия может быть увеличена ещё на один метр.

Виды насосно-компрессорных труб по сфере применения

Общее назначение НКТ – использование в скважинах, в которых согласно технологической схеме перемещаются жидкие и газообразные среды. Ясно, что из скважины вещество поступает под большим давлением; соответственно этим условиям, основное предъявляемое к продукции требование – стойкость к повышенным значениям этого параметра.

Насосно-компрессорные трубы разделяются в соответствии с природой добываемого из скважины вещества: нефти, газа или воды.

В случае, когда планируется перемещать по трубопроводу особо коррозионную рабочую среду, НКТ производятся не из стали различных марок, а из цветных металлов, в частности, алюминия. Вес таких труб значительно меньше, чем стальных, поэтому нагрузка на квадратный метр фундамента добывающей площадки снижена.

В целом, использование НКТ из лёгких сплавов даёт возможность конструировать более длинные производственные колонны (превышающие длину стальных примерно на 150%) с тем же проектным весом. Единственный недостаток таких изделий – повышенная стоимость.

Разумеется, нужно понимать при планировании предприятия и приобретении труб н.к., что это – дело ответственное и дорогостоящее, а значит, дополнительная консультация с продающим персоналом и сверка сертификатов продукции с маркировкой лишними не будут.

Характеристики НКТ

Как уже упоминалось, насосно-компрессорные трубы предназначены для работы в особо сложных условиях. Поэтому на весь период эксплуатации изделий должны быть исключены такие инциденты, как образование расслоений и трещин или утрата целостности трубы. Кроме того, и сама скважина должна быть оформлена как можно качественнее, что также продлит срок бесперебойной службы промышленного комплекса.

Сообразуясь со всеми особенностями применения труб, можно выделить главные требования к ним:

• отсутствие склонности к корродированию;
• износоустойчивость;
• герметичность по всей длине изделия;
• гладкость внутренней поверхности.

По наличию резьбы выпускаемая продукция подразделяется на:

• изделия с гладкими торцами;
• трубы с наружной резьбой.

Трубы второго вида обеспечивают лучшую герметизацию трубопровода. На наружную резьбу в процессе изготовления наносится антикоррозионная уплотняющая смазка. Торцы труб соединяются специфическими износостойкими муфтами. Поскольку, в зависимости от назначения трубопровода, давление в трубах может достигать значения 50 МПа, для соединения элементов конструкции наносят трапецеидальную резьбу повышенной надёжности.

Эксплуатация НКТ

Насосно-компрессорные трубы рассчитаны на долгое беспроблемное использование в трубопроводах, работающих под разными давлениями, с различными средами и практически в любом климате. Поэтому добросовестная сборка конструкции, соблюдение правил эксплуатации и своевременное проведение плановых работ – гарантия безопасной и эффективной работы всего добывающего комплекса.

Основные правила, которых следует придерживаться во время установки и использования конструкций из труб НКТ:

• чтобы не испачкать элементы будущего трубопровода, перед началом работ их следует расположить на возвышении (к примеру, на деревянном помосте);
• перед соединением элементов конструкции необходимо с помощью подходящей щётки очистить поверхности резьбы трубы и муфты, при этом не повреждая смазку;
• на торцах резьбы следует располагать предохранительные кольца;
• во избежание повреждения поверхности труб их перевозят с помощью трубовоза, перетаскивать изделия по земле нельзя;
• во время и после сборки трубы не должны провисать, поэтому для монтажных работ используют подпорки, например, из дерева;
• при выполнении монтажных работ трубы перемещаются подъёмным краном, бросать их вниз нельзя;
• в процессе сборки/разборки используют специальный монтажный инструмент, прикладывать несоразмерную силу и бить по поверхности трубы или муфты нельзя;
• следует тщательно выбирать и перед сборкой сверять сечения элементов будущего трубопровода: слишком узкие трубы при перемещении вязкой среды будут быстро засоряться.

Защита внутренней поверхности труб

Поскольку по трубам транспортируются самые разные вещества – как легкотекучие жидкости и газы, так и вязкие среды с примесями, – особые требования должны предъявляться к внутренней поверхности НКТ. Обеспечение внутренней гладкости изделий вкупе с применением защитного слоя даёт гарантию долгой бесперебойной работы трубопровода и всего предприятия в целом.

В ходе эксплуатации трубы в тех или иных условиях на внутренней части могут образовываться наслоения из соединений тяжёлых металлов, кальция, парафинов, гипса, отвердевших газовых соединений. Естественно, все эти отложения затрудняют нормальное функционирование системы и со временем вызывают необходимость ремонта.

Один из способов борьбы с проблемой – остекловывание внутренней поверхности насосно-компрессорных труб. При этом продукция изнутри обрабатывается жидким стеклом, что в значительной степени повышает пропускную способность трубы. Возможна и обработка изделия специальным лаком, пластиком или эпоксидной смолой.

Такая обработка вместе с выполнением остального комплекса требований к установке и промышленному использованию НКТ позволяет сократить дальнейшие расходы на внеплановый ремонт и замену деталей трубопровода.

Во времена СССР НКТ производили в разных республиках.

• при добыче нефти, газа и газоконденсата,
• при поддержании пластового давления,
• при утилизации пластовых вод,
• при капитальном (КРС) и текущем ремонте скважин (ТРС).

НКТ применяются в суровых условиях эксплуатации: постоянное давление, высокие механические нагрузки, воздействие на стенки агрессивных сред, что приводит к коррозии и эрозии.

Для обеспечения герметичности и надежности скрепление НКТ производится резьбовым соединением.

• гладкие,
• гладкие по ГОСТ 633-80,
• гладкие высокогерметичные,
• гладкие высокогерметичные по ГОСТ 633-80,
• гладкие с узлом уплотнения,
• гладкие высокогерметичные,
• с высаженными наружу концами АРИ 5СТ, на которых нарезают наружную резьбу, а на один конец навинчивают соединительную муфту,
• с повышенной пластичностью,
• с повышенной хладостойкостью.

На расстоянии 0,4 – 0,6 м от конца труб, со стороны муфт, выбивают клеймо – маркировку.

Она указывает на: условный диаметр трубы, мм; группу прочности стали; толщину стенки, мм; товарный знак; месяц и год выпуска.

Трубы гладкие и муфты к ним изготавливают из стали групп прочности К, Е, Л, М, а трубы с высаженными концами – из стали групп прочности Д, К, Е, Л, М.

Поверхность их резьбы покрывают смазкой, обеспечивающей герметичность соединения и предохраняющей от задиров и коррозии.

Безмуфтовые насосно-компрессорные трубы (НКБ) обеспечивают герметичность соединений при давлении до 50 мПа.

Концы их имеют высадку наружу; соединение обладает большой прочностью.

Герметичность соединений обеспечивается коническими уплотнительными поверхностями, расположенными за резьбой со стороны меньших диаметров.

В соединении труб применена трапецеидальная резьба.

Муфтовые насосно-компрессорные трубы (НКМ) обеспечивают герметичность соединений при давлении до 50 мПа.

Прочность соединений составляет до 90% прочности тела трубы.

В соединении труб применена трапецеидальная резьба.

Насосно-компрессорные трубы из алюминиевых сплавов.

Устойчивы к воздействию сероводородной коррозии, что исключает применение ингибиторов коррозии.

Благодаря небольшой массе, удельная прочность алюминиевых труб в 2,5 раза выше, чем стальных.

Это позволяет составлять колонну в 2,5 раза длиннее, по сравнению с колонной из стальных труб.

Насосно-компрессорные трубы с защитными покрытиями применяют для предотвращения отложений в них парафина, солей и гипса, а также для защиты от коррозии.

При использовании этих труб уменьшается число потребных текущих ремонтов скважин, увеличивается срок их службы.

Внутреннюю поверхность НКТ покрывают жидким стеклом, эмалями, эпоксидными смолами или лаками.

Наиболее распространено остекловывание труб.

Стеклопластиковые НКТ. Применяются в нагнетательных скважинах системы ППД; утилизационных скважинах;газлифтных скважинах;добывающие скважины с УЭЦН.

Эксплуатация НКТ. В процессе эксплуатации следует соблюдать следующие правила:

Для погрузки, перевозки и разгрузки труб следует применять механизированные трубовозки.

Запрещается перевозить трубы волоком, нельзя допускать, чтобы при перевозке они провисали и изгибались.

Также нельзя сбрасывать их на землю, необходимо пользоваться краном.

Трубы следует укладывать на площадке, подложив под них деревянные бруски для предохранения от провисания и загрязнения.

Нельзя укладывать НКТ на землю.

На резьбовую часть каждой трубы должно быть навинчено предохранительное кольцо.

С целью проверки состояния труб перед подъемом с мостков через трубу необходимо пропустить шаблон длиной 0,5 – 1,0 м и диаметром на 2 – 3 мм меньше внутреннего ее диаметра.

Нижний конец трубы нужно поддерживать, следя за выходом шаблона.

Перед свинчиванием трубы необходимо металлической щеткой тщательно очистить от грязи резьбу, как муфты, так и ниппеля и смазать резьбы специальной смазкой.

Ударять ручником (кувалдой) по муфте в целях облегчения свинчивания или отвинчивания труб не разрешается.

При подъеме из скважины трубы следует укладывать на мостки с деревянными подкладками между рядами.