Насосно-компрессорные трубы (НКТ) для добычи полезных ископаемых

Насосно-компрессорные трубы НКТ используются для добычи полезных ископаемых с помощью буровых вышек. Также их можно использовать для создания компактных небольших артезианских скважин. Они могут отличаться по длине, толщине стенки, материалу и так далее. Консервация, хранение и транспортировка этих деталей нужно осуществлять в соответствии со стандартом ГОСТ. Это повысит срок годности изделий, сделав их более прочными, надежными. Но зачем нужны насосно-компрессорные трубы? Сколько весит стандартная труба НКТ согласно ГОСТ? И как правильно хранить эти детали на складе? В статье эти вопросы будут рассмотрены.

Принцип работы буровых вышек

Чтобы разобраться в назначении НКТ, нужно знать принцип работы буровых вышек. Для добычи воды, газа и нефти, которые расположены глубоко под землей, применяются буровые установки. Они отличаются друг от друга по множеству параметров — принцип работы, конструкция, эксплуатационные характеристики и другие. Обычно буровая установка состоит из трех элементов — надземная платформа, бурильная колонна и система питания. Также в состав установки могут входить дополнительные элементы — контролирующий пневмопривод, система охлаждения бура, датчики оповещения и так далее.

Технология бурения

1. На подготовительном этапе геологи проводят разведку, намечают предполагаемое место бурения. Потом монтируется буровая платформа, выполняется тестовый запуск установки. Во время теста проверяются следующие параметры — качество сочленения деталей друг с другом, уровень вибрации, уровень нагрузки на электродвигатель.
2. Если с платформой все хорошо, выполняется бурение скважины. Для бурения используется бурильная колонна, которая подключена к электрическому двигателю. На конце колонны имеется острый наконечник-долото, который разрушает твердые горные породы.
3. Во время работы бурильная колонна вращается вдоль своей оси, что приводит к образованию скважины. Одновременно с этим выполняется подача отработанного грунта на поверхность. Современные установки оснащаются системой подачи защитных химикатов, которые минимизирует риск повреждения буровой колонны.
4. После создания скважины необходимо выполнить ее фиксацию. Для решения этой задачи может использоваться две технологии. В первом случае в скважину устанавливается дополнительная труба, которая создает зазор между колонной и самой трубой. В этот зазор заливается мягкие смеси, которые быстро затвердевают. На практике этот метод применяется редко. Во втором случае в скважину монтируется обсадной трубопровод, который обладает толстыми стенками и может выдержать любые нагрузки.
5. После укрепления скважины в обсадной трубопровод вводятся трубы для откачки полезных ископаемых или воды. В качестве такой трубы могут применяться НКТ. Перед их введением в скважину они скрепляются с помощью скважин-муфт, которые превращают отдельные трубы НКТ в единую компрессионную колонну. Для добычи полезных ископаемых запускается электрических двигатель, что приводит перекачиванию нефти или газа из скважины на поверхность. На буровой платформе полезные ископаемые упаковываются в емкости (бочки, резервуары, чаны).

Обратите внимание, что труба НКТ может использоваться и по другим сценариям. Простой пример: трубопровод можно настроить не на всасывание жидкостей, а на их распыление. Эта технология позволяет проводить нагнетание жидкостей, что может пригодиться в некоторых сферах человеческой деятельности. Примеры — ремонт скважин, геологическая разведка, локальное увеличение давления, создание дополнительных притоков к основной скважине.

Требования ГОСТ

Труба НКТ используется для транспортировки жидких, газообразных веществ из скважин на поверхность. В техническом плане они представляют собой обычные бесшовные трубы. Согласно ГОСТ они должны обладать следующими свойствами:

• Высокая прочность. Во время работы добывающей платформы по трубопроводу под давлением будут проходить жидкости и газы. Нужно чтобы трубопроводная установка сохраняла свою прочность и не растрескивалась. Даже небольшие течи или трещин приведут к полной разгерметизации установки, что может привести к выходу из строя всей платформы.
• Устойчивость к растяжению. Большинство современных скважин не являются полностью прямыми. Это вызвано различными причинами: недостатки бурения, изменение формы скважины в связи с движением земли и так далее. Важно, чтобы трубы сохраняли свою форму и не растрескивались при изгибе. В случае низкой устойчивости к растяжению колонна может дать течь, что приведет разрушению системы.
• Плотность, герметичность. Материал, из которого изготовлены трубопровод, должен быть плотным и герметичным. Особенно критичен фактор для концов установки, на которые будет наноситься резьба. Если материал будет пластичным, то резьба выйдет некачественной. Из-за этого нарушится герметичность швов, что может привести к разгерметизация системы.
• Коррозийная устойчивость. По трубопроводу во время работы буровой установки будет проходить большое количество жидкости или пара. Это может привести к образованию ржавчины, что приведет к разрушению трубной колонны. Для изготовления НКТ применяется высокоуглеродистая сталь, которая содержит легирующие добавки на основе хрома. Этот компонент препятствует образованию ржавчины, а также стимулирует образование защитной оксидной пленки на поверхности металла. Благодаря этому установка не растрескивается и не ржавеет во время работы вышки.

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.

Стеклопластик

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).

Сталь

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.

Функции, особенности НКТ

Основные функции насосно-компрессионных трубопроводов — извлечение жидкостей и газов из скважин, поддержание пластового давления, капитальный ремонт скважин. В качестве исходного материала обычно используется сталь со средним или высоким содержанием углерода. Также могут применяться другие материалы — пластик, алюминий, медь + различные сплавы. Подобные трубопроводные системы будут обладать низкой прочностью, поэтому НКТ из этих материалов применяются только в случае небольших скважин (дачные участки, небольшие артезианские скважины). Для добычи полезных ископаемых трубы прикрепляются друг друга, образуя единую колонну.

Для соединения отдельных элементов друг с другом используются следующие технологии:

• Резьбовое соединение. Данная технология применима только в том случае, если на концах труб имеется резьба (наносится на заводе). Для соединения двух отдельных деталей применяется муфта НКТ, которая имеет внутреннюю резьбу. Для соединения концы трубопроводов зачищаются с помощью полировочных инструментов. Потом на одну трубу навинчивается муфта НКТ (на половину резьбы). После этого вторая труба НКТ также закручивается в муфту. При необходимости проводится дополнительная регулировка деталей, чтобы обеспечить герметичность соединения.
• Сварка или пайка. Эта технология применяется в том случае, если концы труб не имеют резьбы (либо ее качество низкое). Для соединения детали располагают близко друг к другу — потом с помощью сварочного аппарата они соединяются. Может применяться любой метод сварки — автомат, полуавтомат, электродуговой метод и другие. Основная сложность сварки заключается в том, что трубопроводные детали обычно сделаны из стали. Поэтому концы придется нагревать до высоких температур, что усложняет техническую процедуру. На практике сварочная технология используется редко в связи с ее сложностью.

Вес труб НКТ

Вес трубы НКТ зависит от трех параметров — общий диаметр, толщина стенок и типовая длина. Популярны компрессионные НКТ73-5,5 и НКТ89-7 — числа означают диаметр сечения, толщину стенки. Длинные толстостенные трубы обладают большим весом, тогда как короткие тонкие детали будут иметь небольшую массу.

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.

Особенности эксплуатации и хранения

Рассмотрим некоторые особенности эксплуатации, хранения НКТ:

• Использование смазки. Перед монтажом насосно-компрессорной колонны необходимо смазать конец НКТ защитной смазкой. Тип смазки зависит от характера скважины, типа обсадной трубы и категории металла, из которого сделан трубопровод. Смазку нужно наносить аккуратно в соответствии с правилами дозировки. Недостаток смазки или ее избыток негативно влияют на прочность конструкции, а также усложняют ее монтаж.
• Сварочная защитная среда. Пайку следует проводить в защитной среде (аргон). Если защитный газ не использовать, то есть риск, что по время сварки будут повреждены металлические края детали. Это серьезно повышает вероятность коррозии, которая приведет к деформации и растрескиванию насосной колонны.
• Удаление трубы из системы. В случае длительного простоя буровой платформы необходимо обязательно демонтировать НКТ. Ведь края трубы находятся в постоянном контакте с жидкой средой, что может привести к коррозии. После демонтажа необходимо промыть установку и смазать ее защитной смазкой. Проверить отсутствие повреждений, трещин, коррозийный участков.

Хранить трубы НКТ можно в любом сухом прохладном месте. Лучше упаковать их в специальные блоки из дерева, пластика и металла. Лучше всего хранить такие блоки на складе с хорошей вентиляцией. В соответствии с правилами ГОСТ на каждую запчасть должна быть нанесена отметка. Она должна содержать все важные данные о детали — маркировка, тип, краткие сведения о производителе, информация о рабочих, ответственных за ее изготовление в цеху. Блоки с трубами разрешается транспортировать любым удобным способом (с помощью грузовиков или поездов, самолетами, водным транспортом и так далее). В случае продажи по требованию покупателя необходимо выполнить контрольные процедуры, доказывающие, что детали находятся в надлежащем состоянии.

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.

Технология производства

Трубы НКТ делаются в несколько этапов:

1. Изготовление трубы стандартного типа. После выплавки металла формируется полая заготовка-полуфабрикат, которая попадает в трубопрокатный цех. Здесь из заготовки формируется полноценная деталь методом холодного или горячего проката. В конце выполняется закалка запчасти, а также ее охлаждение (при необходимости). Если запчасть будет какое-то время храниться в цеху, то на нее наносится промежуточная маркировка в соответствии с правилами ГОСТ.
2. Подготовительные работы. Теперь готовая трубопроводная деталь попадает в производственный цех. Здесь запчасть обезжиривается, а потом выполняется ее зачистка. Для зачистки применяется шлифовальная техника, ручная обработка применяется редко в связи с ее низкой эффективностью.
3. Нанесение резьбы на один конец. После обработки выполняется контрольная ультразвуковая дефектоскопия. Если с запчастью все хорошо, на один из ее краев наносится резьба с помощью специальных инструментов. Сразу же после нанесения резьбы проводится повторная дефектоскопия, которая позволяет установить качество резьбы. Если все хорошо, на конец детали монтируется муфта НКТ. Потом выполняется водная прочистка установки.
4. Нанесение резьбы на второй конец. Теперь рабочий с помощью инструментов наносит резьбу на другой конец детали. Потом он выполняет контрольную дефектоскопию, а проверка выполняется два раза, поскольку на данный конец не будет монтрироваться защитная муфта. Если с запчастью все хорошо, на резьбу навинчивается защитный кожух-протектор.

В конце выполняется финальная обработка, упаковка, транспортировка. По завершении всех работ готовая запчасть промывается и проверяется на наличие дефектов, повреждений, царапин. Также выполняется контрольное взвешивание и наносится маркировка ГОСТ. Если все хорошо, запчасть проходит процедуру консервации. В конце она упаковывается в металлические, пластиковые или деревянные блоки для хранения на складе.

Виды

Существуют два типа насосно-компрессорных изделий ГОСТ 633-80, которые производятся с существенным отличием по строению концов они могут изготавливаться гладкими, могут с наружной резьбой. Если концы высажены наружу, это позволяет прикручивать на деталь такое приспособление, как соединительная муфта. Смазка, которая наносится на резьбу, выступает как герметик и антикоррозийное покрытие.

Характеристика групп прочности труб НКТ

Разшифровка

Маркировка, находящаяся приблизительно в полуметрах от края изделия, содержит информацию о его диаметре, о том, к какой группе прочности относится сталь, о ее толщине, знак товара, датировку изготовления. Из стали, относящейся к группам по прочности К, Е, Л, М изготовлены гладкие изделия и муфты, предусмотренные для них. Детали с резьбой производят из стали таких групп: Д, К, Е, Л, М. Длина производимой продукции колеблется в диапазоне 6 — 10,5 м. Иногда делаются трубы, длина которых доходит до 11,5 м. Диаметр НКТ находится в соотношении с параметрами их стенок: • толщина 0,3 см d -27 мм; • толщина 0,35 см — d — 33 и 42 мм; • толщина 0,4 см — d — 48 мм; • толщина 0,5 см d — 60 мм; • толщина 0,67 и 0,7 см — d -73 мм; • толщина 0,8 см — d — 89 мм; • толщина 0,65 см — d — 102 мм; • толщина 0,7 см — d — 114 мм.

Марка стали

Муфтовые НКТ имеют ряд разновидностей, в зависимости от того, какое имеют сечение, наличия резьбы, свойств из чего изготовлены и т.д. У обоих видов труб по критерию строения концов гладких и муфтовых, герметичность соединения гарантирована при давлении до 50 МПа. Она достигается благодаря уплотнителю (у гладких). Посредством трапецеидальной резьбы соединяются оба вида. Нужно отметить определенные преимущества изделий из сплавов с участием алюминия. Они меньше подвергаются коррозии, небольшой вес способствует большим показателям по удельной прочности, чем у стальных. Нередко насосно-компрессорные детали покрываются специальным защитным слоем. Это помогает предотвратить корродирование, возникновение отложений. Выбор этой продукции пролонгирует безремонтное функционирование колонны. Для покрытия внутренней поверхности применяются эмаль, лак, смола, покрытие стеклом наиболее популярный вариант.

Рекомендуем: Как закрыть трубы жалюзями в ванной комнате и туалете