Трубы при добыче применяются для крепления стволов скважин и для образования каналов внутри скважин, подвески оборудования в скважине, прокладки трубопроводов по территории промысла.
Основные группы труб:
· насосно-компрессорные (НКТ);
· обсадные;
· бурильные;
· для нефтепромысловых коммуникаций.
Насосно-компрессорные трубы. При всех способах эксплуатации скважин подъем жидкости и газа на поверхность происходит обычно по НКТ, которые применительно к способам эксплуатации еще называют фонтанными, компрессорными, насосными, подъемными или лифтовыми.
Насосно-компрессорные трубы используются также для различных технологических процессов (например, для солянокислых обработок пластов, разбуривания цементных пробок и т.д.).
В таблице 22 представлены основные размеры НКТ, предусмотренные существующими стандартами.
Таблица 22
Условный диаметр трубы, мм | |||||||||
Толщина стенки, мм | 3.5 | 3.5 | 4.0 | 5.0 | 6.5 ¸ 7.0 | 8.0 | 6.5 | 7.0 |
Отечественная промышленность выпускает НКТ диаметром 60, 73, 89, 114 мм и муфты к ним из стали группы прочности Д, К и Е, механические свойства которых приведены в таблице 23.
|
|
Таблица 23
Показатели | Группа прочности стали | ||
Д | К | Е | |
Временное сопротивление s в, МПа | |||
Предел текучести s т, МПа: не менее | |||
не более | — | ||
Относительное удлинение, d, % не менее | 14.3 | 12.0 | 13.0 |
Обсадные трубы служат для крепления ствола скважины. По ГОСТ 632-80 отечественные обсадные трубы выпускаются следующих диаметров и толщины (см. таблицу 24).
Таблица 24
Æ, мм | |||||||
d, мм | 5.2 ¸ 10.2 | 5.6 ¸ 10.2 | 6.2 ¸ 10.5 | 6.5 ¸ 9.5 | 7.3 ¸ 12.2 | 5.9 ¸ 15.0 | 5.2 ¸ 10.2 |
7.6 ¸ 15.1 | 7.9 ¸ 15.9 | 7.1 ¸ 16.5 | 8.5 ¸ 14.8 | 8.5 ¸ 14.8 | 8.4 ¸ 15.4 | 9.0 ¸ 12.0 | 9.0 ¸ 12.0 |
9.5 ¸ 16.7 | 10.0 ¸ 12.0 | 11.1 ¸ 16.1 | 11.1 ¸ 16.1 |
Группа прочности стали Д, К, Е, Л, М, Т. Трубы маркируются клеймением и краской. При спуске в скважину обсадные трубы шаблонируют.
Обсадные трубы могут применяться вместо НКТ, например, при отборе 5000 ¸ 7000 м3/сут. воды из скважин большого диаметра. Иногда для этого используют бурильные трубы.
Бурильные трубы приспособлены к длительному свинчиванию-раэвинчиванию. Промышленность выпускает бурильные трубы длиной 6 ± 0.6; 8 ± 0.6; 11.5 ± 0.9 м, наружным диаметром 60, 73, 89, 102 мм. Трубы диаметром 114, 127, 140 и 168 мм выпускают длиной 11.5 ± 0.9 м.
Бурильные трубы изготавливаются из той же стали, что и обсадные. Для уменьшения веса бурильной колонны применяют алюминиевые бурильные трубы (АБТ), изготавливаемые из сплава Д16. Применяются колонны гибких труб с наружным диаметром 2 7/8” для бурения забойными двигателями.
|
|
Для нефтепромысловых коммуникаций используются электросварные, горячекатанные стальные трубы, пригодные по прочности и гидравлическому сопротивлению:
· трубы стальные бесшовные, горячедеформированные — ГОСТ 8732-78, наружным диаметром от 20 до 550 мм, с толщиной стенок от 2.5 мм и более сталь 10; 10Г 2; 20, 12ХН 2А и др.);
· трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов — ГОСТ 20295‑85, диаметром от 159 до 820 мм (сталь К34, К50, К60 и др.);
· отремонтированные трубы нефтяного сортамента (НКТ, обсадные, бурильные);
· для выкидных линий могут применяться гибкие непрерывные колонны труб диаметром до 2 7/8”.
Трубопроводы системы сбора и подготовки нефти и газа предназначены для транспортировки продукции скважин от их устья до сдачи товарно-транспортным организациям, а также для перемещения ее в технологических установках, а трубопроводы системы ППД — для подачи сточных вод от УПВ до нагнетательных скважин. Выкидные линии, нефте- и газосборные коллекторы являются частью общей системы сбора и их общая протяженность достигает сотен километров только лишь по одному промыслу.
Трубопроводы классифицируются по следующим признакам.
По назначению: а) выкидные линии, транспортирующие продукцию скважины от ее устья до групповой замерной установки; б) нефтегазосборные коллекторы, расположенные от АГЗУ до ДНС; в) нефтесборные коллекторы, расположенные от ДНС до центрального пункта сбора (ЦПС); г) газосборные коллекторы, транспортирующие газ от пункта сепарации до компрессорной станции, обычно расположенной рядом с ЦПС.
По величине напора: а) высоконапорные (до 6.27 МПа); б) средненапорные (до 1.55 МПа); в) низконапорные (до 0.588 МПа) и г) безнапорные (самотечные).
По типу укладки: а) подземные; б) наземные; в) подвесные; г) подводные.
По гидравлической схеме: а) простые, не имеющие ответвлений; б) сложные, имеющие ответвления, к которым относятся также замкнутые (кольцевые) трубопроводы.
По характеру заполнения сечения: а) трубопроводы с полным заполнением сечения трубы жидкостью и б) трубопроводы с неполным заполнением сечения.
Полное заполнение сечения трубы жидкостью обычно бывает в напорных трубопроводах, а неполное заполнение может быть как в напорных, так и в безнапорных трубопроводах. С полным заполнением сечения жидкостью чаще бывают нефтепроводы, транспортирующих товарную нефть, т.е. без газа, и реже - выкидные линии, где имеет место высокое давление. Нефтесборные коллекторы обычно работают с неполным заполнением сечения трубы нефтью, т.е. верхняя часть сечения коллектора занята газом, выделившимся в процессе движения нефти.
Трубопроводы, по которым подается вода в нагнетательные скважины с целью поддержания пластового давления, подразделяются на следующие категории: подводящие, прокладываемые от УПВ до кустовых насосных станций (КНС); разводящие, прокладываемые от КНС до нагнетательных скважин.
Для нефтепромысловых коммуникаций используются трубы: стальные (сварные, горячекатанные, прерывные и на барабанах), комбинированные (футерованные, металло-пластмассовые), полимерные (стеклопластиковые и др.).
Диаметры всех трубопроводов определяются гидравлическими расчетами.
Трубопроводы проектируются и изготавливаются в соответствии с правилами, установленными Госгортехнадзором. Исключение составляют трубопроводы для пара, эксплуатируемые с МПа, для воды с температурой до 120 °С, временно устанавливаемые трубопроводы со сроком действия до 1 года и некоторые другие.
Расчет трубопроводов для системы сбора на механическую прочность сводится к определению толщины стенки, которая была бы минимальной, но в тоже время не допускала разрушения труб при эксплуатации.
|
|
Минимальная толщина стенки трубы рассчитывается по формуле:
, мм,
где — давление, при котором производится опрессовка труб, МПа; — номинальный внутренний диаметр трубы, мм; — допускаемое напряжение, принимаемое равным (— нормативное напряжение растяжения материала трубы, принимаемое по минимальному значению предела текучести); — коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние труб, определяемый по формуле:
,
где — абсолютное значение напряжений определяемых по расчетным нагрузкам и воздействиям.
Для прямолинейных и упруго-изогнутых участков подземных и наземных трубопроводов при отсутствии продольных и поперечных перемещений, просадок и пучения грунта напряжения от воздействия температуры и внутреннего давления Рвн.
,
— коэффициент линейного расширения (1/°C);
— модуль упругости металла, равный 2.1×10-5 МПа;
— температурный перепад, принимаемый положительным при нагревании.
Толщину труб следует принимать не менее 1/140 величины наружного диаметра труб и не менее 4 мм. Расчетная толщина стенки округляется в большую сторону до ближайшей в сортаменте труб.