Назначение НКТ, расшифровка, размеры, виды

Созданы трубы НКТ для решения нескольких задач внутри ствола добывающих и нагнетательных скважин: крепление оборудования и удержание его на проектной глубине, создание рабочего канала для подъема флюида на поверхность, закачки в пласт реагентов, оказание воздействия на забой.

Насосно-компрессорные трубы свинчиваются резьбовыми муфтами или между собой в колонны. Располагаются внутри обсадных труб, обеспечивают высокую проходимость, даже на участках интенсивного искривления. Колонны подвешиваются параллельно друг другу или по концентрической схеме (одна внутри другой). Обычно в скважине устанавливается максимум две колонны.

Изготовление НКТ регламентируется стандартом ГОСТ Р 52203. Основными характеристиками являются длина 5,5 – 10 м, номинальный диаметр 27 – 114 мм, толщина стенки 3 – 7 мм. Классифицируются насосно-компрессорные трубы по материалу и типу соединения. Муфта с одной стороны трубы наворачивается в заводских условиях на станке.

Для защиты от эрозии/коррозии, снижения отложения солей, парафинов внутренние и наружные поверхности труб покрывают лаком, эпоксидной смолой, эмалью или стеклом. Обозначение НКТ имеют гладкие трубы, безмуфтовые модификации с наружной высадкой маркируются НКБ, высокогерметичные гладкие НКМ, с концами, высаженными наружу, НКВ.

Классификация насосно-компрессорных труб

В нефтепромысловой отрасли существует градация НКТ труб по нескольким характерным признакам:

• материальное исполнение – металлические и не металлические;
• способ соединения – разборные, неразборные;
• тип соединения – муфтовые, безмуфтовые, высаживаемые наружу, внутрь;
• вид муфты – высадка наружу, приварные концы, гладкие концы;
• тип металла – легкий сплав, сталь;
• тип неметаллического материала – полимерные, стекловолоконные, композитные;
• покрытие – эпоксидированные, эмалированные, остеклованные, без покрытия;
• вид трубной заготовки – бесшовные, электросварные прямошовные.

На гладких трубах в местах нанесения резьбы диаметр становится меньше, на этих участках снижается прочность изделия. Поэтому такие трубы получили название неравнопрочных НКТ. Если концы труб высаживаются внутрь или наружу, прочность материала сохраняется на всех участках изделия. Их называют равнопрочными НКВ трубами. Безмуфтовые трубы с высаженными концами получили наименование НКБ, а гладкие модификации с увеличенным показателем герметичности называются НКМ.

Все виды НКТ труб имеют наружную резьбу с обеих сторон, свинчиваются в колонны муфтами. Исключением является НКБ труба с высаженными наружу концами, на одном из которых нарезается наружная резьба, а на другом внутренняя резьба.

Прочность гладких НКТ на резьбовых участках снижается на 25% в сравнении с телом трубы. Высокогерметичные резьбовые муфтовые соединения НКМ обладают 80 – 90% прочностью за счет упирания торца трубы в специальный ответный выступ внутри муфты. Модификации НКВ и НКБ сохраняют в местах резьбовых соединений 100% прочность.

Резьбовые соединения НКТ

Для разных эксплуатационных условий насосно-компрессорные трубы соединяются резьбами не одинакового геометрического профиля. Для унификации резьбовых концов труб и муфт для их соединения между собой разработан стандарт ГОСТ Р 53365:

• резьба треугольного профиля с закругленными вершинами ;
  ;

Параметр	8 ниток на дюйм длины	10 ниток на дюйм длины
H	2,75	2,2
P	3,17	2,54
α	60°
h1 и h3	1,81	1,41
h	1,73	1,33
r	0,51	0,43
α/2	30°
r1	0,43	0,35
Z	0,076
h2 и h4	0,51	0,43
ϕ	1°47’24”
h5 и h6	0,43	0,35
K	1/16 (6,25)

 

• резьба трапецеидального профиля для диаметров НКМ 60 – 102 мм;
  
  
• резьба трапецеидального профиля для диаметров НКМ 114 мм;
  
  

Параметр	60 – 102 мм	114 мм
α	33°	13°
h1 внутренняя резьба	1,3	1,6
h1 наружная резьба	1,2	1,6
P	4,23	5,08
r	–	0,2
α1	3°
r1	0,2
α2	30°	10°
r2	0,25	–
b	1,66	2,29
r3	–	0,8
b1	1,6	2,3
r4	–	0,8
K	8,33	6,25
b2	1,8	2,43
ϕ	2°23’09”	1°47’24”
b4	0,3	–
b3	1,79	2,43

 

Присоединяется муфта к насосно-компрессорным трубам гладкого типа (неравнопрочные) по следующему сборочному чертежу:

Для резьбовых муфтовых соединений труб с высаженными концами НКТВ разработан другой сборочный чертеж:

Для изготовления гладких труб используется следующая таблица:

DN	P	D	d2	d1	dср	l2	l	L
								номинал	отклонение
33	2,54	33,4	29,568	32,382	32,065	8	16,3	29	2,5
42		42,16	38,124	40,948	40,828		19,3	32
48		48,26	44,042	46,866	46,924		22,3	35
60		60,32	55,67	58,494	58,989		29,3	42
73		73,02	67,682	70,506	71,689		40,3	53
89		88,9	83,12	85,944	87,564		47,3	60
102	3,175	101,6	94,899	98,519	99,866	10	49,3	62	3,2
114		114,3	107,411	111,031	112,566		52,3	65

 

 

Для муфт гладких НКТ труб разработана другая таблица исполнений:

DN	P	D	d3	d0	dср	B	l0	A (натяг)
33	2,54	33,4	31,21	35	32,065	2	8	5
42		42,16	39,97	43,8	40,828	2,5
48		48,26	46,1	49,9	46,924	1,5
60		60,32	58,13	61,9	58,989	4
73		73,02	70,83	74,6	71,689	5,5
89		88,9	86,71	90,5	87,564	6,5
102	3,17	101,6	98,52	103,2	99,866		9,5	6,5
114		114,3	111,22	115,9	112,566	6

 

 

Для насосно-компрессорной трубы с высаженными концами изготовлена следующая таблица:

DN	P	Dв	D	d2	d1	dср	l2	l	L
									nom	lim
27	2,54	33,4	26,67	29,568	32,383	32,065	8	16,3	29	2,5
33		37,3	33,4	33,276	36,1	35,97		19,3	32
42		46	42,16	41,819	44,63	44,701		22,3	35
48		53,2	48,26	48,833	51,662	51,845		24,3	37
60	3,175	65,9	60,32	59,931	63,551	64,148	10	37,3	50	3,2
73		78,6	73,02	72,381	76	76,848		41,3	54
89		95,2	88,9	88,674	92,294	93,156		47,3	60
102		108	101,6	101,124	104,744	106,216		51,3	64
114		120,6	114,3	113,636	117,256	118,916		54,3	67

Значения размеров для муфт НКТВ собраны в отдельную таблицу:

DN	dср	P	d0	D	d3	B	l0	Натяг А
27	32,065	2,54	35	26,67	31,21	2	8	5
33	35,97		38,9	33,4	35,115	3
42	44,701		47,6	42,16	43,846	2,5
48	51,845		54,8	48,26	50,99
60	64,148	3,175	67,5	60,32	62,801	3,5	9,5	6,5
73	76,848		80,2	73,02	75,501	4,5
89	93,516		96,9	88,9	92,169	6,5
102	106,216		109,6	101,6	104,869
114	118,91		122,3	114,3	117,569	7,5

 

Под резьбой остаточная толщина стенки должна составлять 1 мм для DN менее 48 мм или 2 мм для всех остальных труб.

Для соединения высокогерметичных труб НКМ с уплотнением металл по металлу разработан сборочный чертеж следующего вида:

Рабочий чертеж трубы:

Значения размеров для него скомпонованы в таблицу:

DN	L	d2	d1	dвн	Конусность	D
60	65	54.175	56.575	57.925	1/12	60.32
73		66.875	69.275	70.625		73.02
89	75	81.917	84.317	86.5		88.9
102		94.617	97.017	99.2		101.6
114	98	106.375	110.175	111.1	1/16	114.3

 

Продолжение таблицы:

DN	hr	l5	l4	l1	l
60	1,6	10	10	20	45
73
89					55
102
114	2	14	13	29	66

 

Рабочий чертеж муфты НКМ:

И таблица исполнений для этой муфты:

DN	L1	d0	d4	d3	dвн	Конусность	D
60	63	62,5	54,475	59,225	57,925	1:12	60,32
73		75	67,125	71,875	70,625		73,02
89	73	91	82,117	87,7	86,5		88,9
102		104	94,767	100,35	99,2		101,6
114	96	116,5	106,425	112,475	111,1	1:16	114,3

 

Продолжение таблицы:

DN	A	B	l10	l8	l7	l6
60	4,4	3,5	15,6	43	53	57
73	5	5	15
89	5,6	6,5	14,4	53	63	67
102	6,2	6	13,8
114	8	5,5	24	72	82	90

В процессе добычи эксплуатационная колонна может испытывать не одинаковые нагрузки:

• пульсации, гидроудары, вибрации от насосного оборудования;
• растягивающие, сжимающие нагрузки от веса забойного, стволового оборудования, установки пакеров, якорей, соответственно;
• химическая, электрохимическая коррозия при повышенном содержании углекислоты, сероводорода в откачиваемом из пласта флюиде;
• механический износ внутренних стенок от абразивных частиц и штанговых колонн ШГН.

Поэтому конкретный тип резьбового соединения, профиль резьбы, ее шаг и длина выбираются проектировщиком с учетом способа добычи, глубины пласта, характеристик нефти, конденсата, газа.

Защитные и смазочные материалы

Для увеличения ресурса эксплуатации и скручивания до 20 циклов резьба НКТ может иметь специальное защитное покрытие. Например, термодиффузионным методом на нее наносится слой цинка. В технологии ДИМЕТ применяются еще и медные покрытия, наносимые способом напыления при 70 – 100°С.

Покрытия обладают антизадирными и противоадгезионными свойствами. При этом не происходит разупрочнения металла, снижается способность к самопроизвольному откручиванию. Ресурс труб и муфт повышается в 10 раз, на 40% снижается время сборки/разборки НКТ колонн.

Для уплотнения резьб используется свинцовая смазка Р-402 (PN до 70 МПа), Р-416 (давление среды менее 30 МПа), Р-113 (давление до 50 МПа).

Размерный ряд

В зависимости от резьбового соединения насосно-компрессорные трубы имеют следующий стандартный ряд типоразмеров:

• гладкая НКТ труба –32 – 114 мм;
• высокогерметичная гладкая НКМ труба – 60 – 114 мм;
• трубы НКВ с высаженными наружу концами – полный размерный ряд 27 – 114 мм;
• безмуфтовая труба НКБ с высаженными наружу концами – 60 – 114 мм.
• НКТУ гладкие с резьбой удлиненного профиля – 32 – 114 мм.

При использовании удлиненной резьбы НКТУ шаг и высота резьбового профиля увеличены.

Муфта становится длиннее, увеличиваются общие размеры НКТ соединения. На трубах нет сбега резьбы, что позволяет увеличить ресурс:

• при скручивании труба свободно заходит в муфту на 7 ниток;
• повышается качество центровки;
• отсутствуют перекосы, срезание отдельных ниток резьбы.
• на 15% увеличивается осевая нагрузка на страгивание;
• длина взаимного свинчивания муфты/трубы увеличивается;
• на высаженных концах труб НКВУ резьбу можно перенарезать 2 – 3 раза, увеличивая эксплуатационный ресурс изделий на 200 – 300%, соответственно.

В исполнении А длина труб составляет 10 м. Первая группа Б исполнения имеет длину 5,5 – 8,5 метров, вторая – 8,5 – 10 метров. По техническим условиям ТУ 3-07501343-07 насосно-компрессорные трубы могут оснащаться специальными замками с повышенным уровнем износостойкости. Они навинчиваются на трубы в заводских условиях с высоким моментом кручения.

Технологический цикл изготовления насосно-компрессорных труб приведен на верхней схеме.

Обозначение

Для нефтепромысловых труб НКТ расшифровка условного обозначения выглядит следующим образом:

• тип резьбового соединения;
• наружный диаметр – 27 – 114 мм;
• толщина стенки – 3,5 – 9,52 мм;
• группа длинны – R1 – R3;
• группа прочности стали – Д, К, Е, Л, М, Р, Д_с – Р_с;
• тип трубы – бесшовная S, шовная не указывается;
• конструкция муфты – RC, RCC.

Всего стандартами предусмотрено шесть типов резьбовых соединений:

• НКТ – резьба треугольная, гладкая труба;
• НКВ – концы высажены наружу, треугольная закругленная резьба;
• НКН – закругленная треугольная резьба;
• НКМ – уплотнение металл/металл, трапециевидный профиль резьбы;
• НКБ – безмуфтовое соединение;
• НКТУ, НКВУ, НКНУ, НКМУ, НКБУ – удлиненная резьбовая часть трубы, муфты;
• NU – треугольная резьба полного профиля;
• EU – закругленная треугольная резьба, высаженные наружу концы труб;
• RC – стандартная муфта;
• RCC – муфта стандартная с фаской специального типа.

Для складирования, хранения, транспортировки резьбовые части насосно компрессорных труб защищаются пластиковыми предохранительными элементами (ниппель, муфта).

Регламент ГОСТ

Стандарт на насосно-компрессорные трубы за номером ГОСТ 630 был разработан в 1980 году. Следующая техническая документация ГОСТ Р 52203 появилась только в 2004 году, то есть через 14 лет. В ней увеличен сортамент насосно-компрессорных труб за счет применения заготовок с ране не использовавшейся толщиной стенки. Дополнительно изменился шифр условного обозначения продукции.

Затем в 2009 году были приняты сразу два стандарта ГОСТ Р 53365 и 53366, адаптированные под международные требования API Spec 5CT и ISO 11960. При этом не учитывались единицы измерения из международных стандартов, не использующихся в РФ, и не указаны резьбовые соединения, не применяемые промышленностью нашей страны.

В настоящее время на насосно-компрессорные трубы и резьбовые соединения для них действует регламент следующих стандартов:

• ГОСТ 31446 от 2017 года – технические условия общие;
• ГОСТ 33758 от 2016 года – параметры и резьбы;
• ГОСТ 34057 от 2017 года – резьбовые соединения;
• ГОСТ 34380 от 2017 года – обслуживание и эксплуатация.

Дополнительно некоторыми производителями разработаны стандарты ТУ на производство насосно-компрессорных труб:

• ТУ 14-3-1282 – НКТ пластичные хладостойкие, гладкие, треугольная коническая резьба;
• ТУ 14-3-1534 – уплотнение полимерными кольцами из фторопласта-4 внутри муфт;
• ТУ 14-3-1718 – специальная маркировка муфт по прочностным группам
• ТУ 14-157-55 – оцинкованная труба;
• ТУ 14-157-74 – гладкая НКТ с муфтами;
• ТУ 14-157-84 – без резьбы;
• ТУ 39-0147016-97 – высаженные высокогерметичные марки НКМВ;
• ТУ 14-161-195 – хладостойкие для газовых месторождений;
• ТУ 14-161-198 – удлиненная наружная высадка НКВ-У;
• ТУ 1308-206-00147016 – устойчивые к холоду и сероводороду НКВ;
• ТУ 14-161-232 – удлиненная резьба на гладких трубах НКТУ;
• ТУ 14-3Р-121 – резьбовые соединения типа ТМК UP PF и TMK UP FMT из мартенситных сталей 13Cr, Супер 13Cr;
• ТУ 14-3Р-138 – трубы насосно-компрессорные для Газпрома в сероводородостойком исполнении, группа прочности C90SS;
• ТУ 14-161-237 – газогерметичное соединение резьбовое типа ТМК PF и ТМК FMT.

При заказе партии труб указывается информация о необходимой их конструкции. Изделия малого диаметра маркируются ударным способом чеканами, большого размера – краской по трафарету.

Материальное исполнение

В стандартах ГОСТ указано применение бесшовной и прямошовной электросварной трубы для изготовления насосно-компрессорных труб со специальными резьбовыми муфтовыми, безмуфтовыми соединениями. При этом для типовых условий нефтезагодобывающих скважин испоьзуются трубы из углеродистых сталей марок 20 и 30, релаксационностойкой жаропрочной нержавеющей низколегированной молибденсодержащей стали 30ХМА.

При высокой вероятности СКРН (растрескивание коррозионно-сульфидное под напряжением) или работе в средах, содержащих несколько компонентов с повышенной степенью агрессивности, применяют стали 15Х5М и 15Х5МФБЧ.

Для обеспечения высоких показателей хладостойкости и пластичности стали прочностной группы Д по ГОСТ 633 рафинируют синтетическими шлаками для снижения процентного содержания в них фосфора и серы.