Колонны насосно-компрессорных труб

Применяется колонна НКТ для решения нескольких задач в скважинах нефтегазодобывающих, нагнетательных и прочего назначения. Прежде всего, по насосно-компрессорным трубам поднимается из пласта на поверхность нефть, газоконденсат или газ при фонтанном или газлифтном способе добычи.

В насосных скважинах на нижнюю часть НКТ колонны дополнительно крепится штанговый, электроцентробежный, винтовой или мембранный насос. При снижении дебита через этот же вертикальный трубопровод в пласт закачиваются реагенты для гидроразрыва и других технологий увеличения приемистости породы. Ремонтные работы ПРС/КРС так же осуществляются посредством колонны НКТ труб.

Назначение НКТ

Изначально разрабатывались насосно компрессорные трубы для сооружения в стволе скважины вертикального герметичного трубопровода. После ряда неудачных экспериментов по подъему нефти по эксплуатационной колонне обсадных труб стало понятно, что ее внутренний диаметр для этого не годится. Газ расходуется слишком быстро, резко возрастает себестоимость полезного ископаемого.

Поэтому стала использоваться колонна насосно-компрессорных труб, сразу же ставшая многофункциональным внутрискважинным оборудованием. Помимо основного назначения НКТ используется для решения следующих задач:

• крепление и удержание во время работы насосного оборудования на уровне нефтегазоносного пласта;
• закачка реагентов в пласт для увеличения его приемистости;
• проведение бурильных и ремонтных работ;
• обеспечение герметичности сред в затрубном и внутритрубном пространстве;
• поддержание пластового давления;
• закачка газа для создания газлифта;
• утилизация пластовых вод.

Таким образом, НКТ колонна по умолчанию обладает многозадачностью. В верхней части трубы крепятся к трубной головке – либо внутри нее в трубодержателе, либо в переходнике, стволовой катушке над корпусом крестовины. В нижней части, на забое, колонна НКТ может крепиться якорем. В стволовой части на ее наружной поверхности может монтироваться один или несколько пакеров, разделителей.

Область применения

Используется колонна НКТ скважины для выполнении следующих технологических процессах:

• добыча газоконденсата, нефти, газа;
• разбуривание цементных мостов и пробок;
• закачка воды для ППД;
• осуществление текущего, подземного и капитального ремонт скважины;
• увеличение приемистости породы пласта и производительности скважины.

Другими словами, насосно-компрессорные трубы используются подразделениями НГДУ, КРС/ПРС, УПНП, ППД, геологоразведки в добывающих (эксплуатационных), нагнетательных, специальных, наблюдательных, оценочных скважинах.

При этом колонна НКТ является универсальным внутрискважинным трубопроводом для всех существующих технологий добычи углеводородных полезных ископаемых. Ее монтируют в фонтанирующих, газлифтных и насосных скважинах с УЭЦН, ШГНУ, другими видами насосного оборудования.

Схемы сборки внутрискважинного подъемника

В зависимости от метода добычи углеводородного флюида, процентного содержания в нем абразивных частиц, сероводорода и углекислоты, насосно-компрессорные трубы могут монтироваться в скважине в виде одной, двух и полутора колонн НКТ.

Одна колонна чаще используется в насосных скважинах со средними показателями суточного дебита. Две параллельно расположенных колонны одинакового диаметра применяются в скважинах с фонтанным и газлифтным способом добычи. В первом случае это позволяет увеличить объем добычи. Во втором варианте по одной трубе компрессором в пласт закачивается газ для обеспечения лифта.

Схема двухрядной одноствольной колонны НКТ, в которой трубы разного диаметра расположены концентрически она внутри другой, иногда называется полуторной. Для разделения потоков внутри них на забое монтируется специальное оборудование.

Особенностями однорядного одноствольного подъемника являются:

• идеально подходит для флюида без механических примесей;
• применяется для скважин с нормальными эксплуатационными условиями;
• низкая скорость выноса песка на участке забой/башмак восходящим потоком;
• быстрая коррозия обсадной и НКТ колонны при высоком содержании в полезном ископаемом сероводорода и углекислоты;
• наличие пульсаций;
• высокое пусковое давление газлифта;
• низкая материалоемкость, стоимость строительства и обслуживания;
• простая схема, несложный ремонт.

Только в однорядном подъемнике возможна быстрая замена НКТ колонны трубами большего/меньшего диаметра для корректировки дебита в широком диапазоне значений. В кольцевой схеме газ закачивается в межтрубное пространство, флюид из пласта отбирается по НКТ трубам. В центральной схеме направление потоков полярное предыдущему варианту.

Двухрядные подъемники разработаны для сложных эксплуатационных условий – увеличенный процент корродирующих газов и влаги, низкое качество закачиваемого газа, интенсивное пескообразование. Единственный недостаток схемы – высокая материалоемкость – компенсируется расширенным диапазоном регулировки технологических режимов добычи. Глубину погружения подъемника и воздушной трубы легко менять по мере необходимости для корректировки динамического уровня.

В полуторарядном подъемнике в нижней части присутствует хвостовик из труб меньшего диаметра. Это единственное отличие от двухрядных модификаций, создающее благоприятные условия выноса песка восходящим потоком из вышеуказанной проблемной зоны.

В периодическом газлифте используются перепускные клапаны и пакеры, реже газоподающие программируемые автоматические установки.

При насосных способах освоения скважин применяются специальные схемы компоновки НКТ колонны. Поскольку в нижней ее части подвешивается насосное оборудование или его часть, например, статор винтового насоса, а ротор спускается в ствол на штанговой колонне.

Особенности конструкции

Подъемная НКТ колонна весит больше 50 т, имеет длину от 3000 м, собирается из труб длиной 5,5 – 10 м непосредственно внутри ствола скважины, по месту. Существует несколько типов резьбовых соединений с не одинаковым профилем из различных конструкционных материалов, регламентируемых стандартами ГОСТ, ГОСТ Р, ТУ и API.

В каждой из этих категорий диаметр колонны НКТ может отличаться. Резьбы защищаются специальными покрытиями для повышения эксплуатационного ресурса, и полимерными муфтами, ниппелями для транспортировки, складирования.

Тип резьбового соединения

Чаще всего насосно-компрессорные трубы оснащаются с обеих сторон наружной резьбой для стыковки между собой муфтами с внутренней ответной резьбой.

Для удобства пользователя муфта накручивается на трубу, еще на заводе, то есть два эти изделия поставляются одним комплектом. При этом используются специальные станки, обеспечивающие более высокое значение усилия затяжки, чем крутящий момент ключей, использующихся на скважине. Это удобно при монтаже/демонтаже колонны и хранении труб – все муфты расположены в пачке с одной стороны, ниппели с противоположного направления.

При нарезке наружной резьбы прочность конструкционного материала на этом участке автоматически уменьшается. Поэтому гладкие трубы с одинаковым диаметром по всей длине их тела получили название неравнопрочных. При показателе прочности под резьбой максимум 70% эти места становятся слабым местом колонны. Гладкие неравнопрочные насосно-компрессорные трубы обозначаются аббревиатурой НКТ, имеют номинальный диаметр 33 – 114 мм.

Резьбовая часть ниппеля и муфты подвергаются более интенсивному износу в сравнении с телом трубы. Нитки резьбы закусываются, срезаются при перекосах соосности, сминаются от ударных нагрузок. Поэтому для увеличения ремонтопригодности ниппеля/муфты и общего ресурса труб в целом применяется удлиненная резьба. Трубы с такими длинными резьбовыми соединениями обозначаются НКТУ или НКТ-У.

Кроме длины увеличены все остальные характеристики резьбы – шаг, высота профиля, длина ниппеля и муфты. Заход свободного конца ниппеля в муфту при скручивании увеличился до 7 ниток, практически исчезли перекосы, срезы, закусывания. Страгивающая осевая нагрузка увеличилась на 15%, ресурс соединения возрос до 20 циклов. Время монтажных работ и раскручивания колонны снизилось на 20%. Резьбу можно перенарезать три раза.

Для эксплуатационных условий с повышенными требованиями к герметичности разработаны резьбовые соединения типа НКМ. Внутри муфты имеются две площадки, в которые трубы упираются торцами. Резьба здесь трапециевидная с упорными свойствами, уплотнение металл-металл.

Трубы имеют толщину стенки 5 – 7 мм для номинальных диаметров 60 – 114 мм, соответственно.

Для обеспечения одинаковых показателей прочности на всех участках используется труба насосно-компрессорная с высаженными наружу концами. Она обозначается в учебной и технической документации НКВ или НКТВ, называется равнопрочной.

Обычные муфты от гладких неравнопрочных труб здесь использоваться не могут, так как диаметры увеличены на толщину высадки. Муфта так же наворачивается с избыточным усилием на один край НКМ для удобства ее дальнейшего использования. Технологические нефтегазодобывающие трубы с высаженными концами имеют номинальный диаметр и толщину стенки 27 – 114 мм и 3 – 7 мм, соответственно. Что является эталоном полного размерного ряда в данной категории нефтепромысловых труб.

Некоторые отечественные производители покрывают резьбовые части ниппелей и муфт специальными патентованными составами для улучшения рабочих свойств. Например, компания ТМК работает с несмываемым покрытием GreenWell, обеспечивающим равные характеристики прочности у тела трубы и резьбы ее ниппеля.

Последним вариантом резьбового соединения являются безмуфтовые трубы. Оба их конца высажены наружу, с одной стороны нарезана наружная резьба, с противоположной стороны внутренняя. Обозначается соединение НКБ, используется для номинальных диаметров 60 – 114 мм. Толщина стенки составляет 5 – 7 мм, соответственно.

Профиль резьбы

Гладкая труба НКТ и изделия с высаженными наружу концами, муфты этих резьбовых соединений оснащаются резьбой треугольного профиля, вершины которого закруглены.

Для высокогерметичных соединений типа НКМ с муфтами и безмуфтовых НКБ ниппельных, муфтовых концов труб применяется два профиля резьбы – 60 – 102 мм и 114 мм, соответственно.

Способы навинчивания муфты станочным и ручным способом отличаются.

В РФ эксплуатируются насосно-компрессорные трубы, изготовленные по требованиям следующих стандартов:

Муфты всегда изготавливаются из бесшовной трубы, некоторые стандарты допускают применение прямошовных электросварных труб для серийного выпуска гладких НКТ. В избежание засорения труб песком, механическими примесями внутренняя поверхность может покрываться хромом, цинком, стеклом, эмалью. Для предотвращения закусывания на резьбу напыляются медные и цинковые составы.

Особенности эксплуатации

Эксплуатируются насосно-компрессорные трубы в вертикальных, наклонных и искривленных стволах скважин. Поэтому колонна может иметь длину более 3 км, весть больше 50 тонн, соответственно. Кроме насосного оборудования на колонну насосно-компрессорных труб в разных сочетаниях может крепиться следующее подземное оборудование:

• пусковые клапаны;
• газовые сепараторы;
• обратные клапаны;
• разделители;
• пакеры;
• якоря.

На устойчивость колонны влияет тип эксплуатируемого насоса и скорость движения добываемого флюида, количество искривлений и прочие технические факторы. Насосные штанги и высокое содержание абразива в нефти вызывают усиленный механический износ внутренних стенок и резьб. Углекислота и сероводород способствуют коррозии стальных труб.