Механические свойства труб и муфт

 

Показатели	Группа прочности стали
С	Д	К	Е	Л	М	Р
Временное сопротивление, МПа Предел текучести, МПа Относительное удлинение, %	500 200 18	500 380 16	700 500 12	750 550 12	800 650 12	900 750 12	1000 950 12

 

Примечание. Для труб диаметром свыше 245 мм муфты могут изготовлять из ста­ли смежной группы прочности с пониженными механи­чес­ки­ми свой­ствами.

 

Трубы групп прочности К, Е, Л, М, Р подвергают термообра­ботке.

Кроме определения механических свойств материала трубы испыты­вают также на сплющивание (табл. 1.2.10).

 

Таблица 1.2.10

Расстояние между параллельными плоскостями после испытания на сплющивание

 

Группа прочности стали	D/S	Расстояние между плоскостями
Д К,Е Л	>16	0,65 D 0,70 D 0,80 D
Д К,Е Л	<16	(0,98 - 0,02 D/S) D (l,18-0,03D/S)D (1,28-0,03 D/S)D

 

Профиль и размеры профиля резьбы обсадных труб долж­ны соответство­вать величинам, указанным на рис. 1.2.6 и в табл. 1.2.11 [5, 6].

 

Рис. 1.2.6. Профиль резьбы обсадных труб по ГОСТ 632

 

Таблица 1.2.11

Размеры резьбовых соединений обсадных труб по ГОСТ 632

 

Условный диаметр, мм	Наружный диаметр, мм	Толщина стенки, мм	Средний диаметр резьбы в основной плоскости, мм	Диаметр резьбы у торца трубы, мм	Общая длина резьбы, мм	Муфта
наружный	внутренний	Наружный диаметр, мм	Длина, мм
	114,3	7...9	112,566	110,542	106,922
	127,0	7...9	125,266	122,648	119,028	85,5
	139,7	7...11	137,966	135,130	131,510
	146,1	7...11	144,316	141,105	137,485
	168,3	8...14	166,541	163,111	159,491	98,5
	177,8	8...14	176,066	172,448	168,828	101,5
	193,7	8...14	191,941	188,105	184,485
	219,1	9...12	217,341	212,911	208,291	114,5
	244,5	9...14	242,741	237,936	234,316	120,5

 

Оси резьбовых концов муфты должны совпадать. Отклоне­ния от соосности не должны превышать 0,75 мм в плоскости торца и 3 мм на длине 1 м.

Резьба муфт должна оцинковываться или фосфатироваться. Проверка резь­бы осуществляется калибрами.

Обсадные трубы с высокогерметичными соединениями при­меняются в основ­ном для глубоких газовых скважин, а также при аномально высоких плас­то­вых давлениях. Выпускаются вы­сокопрочные и высокогерметичные трубы марок ОТТМ1, ОТТГ1, ТБО-4, ТБО-5.

Трубы ОТТГ1, ТБО-4 и ТБО-5 помимо высокой прочности соединения при действии осевых нагрузок обеспечивают герме­тичность при давлении газа до 50 МПа (500 кгс/см²).

В трубах ОТТГ1, ТБО-4 и ТБО-5 соединения идентичны и обеспечивают пол­ную взаимозаменяемость при использовании этих труб. Трубы ОТТГ1, ТБО-4 и ТБО-5 отличаются способом выполнения концов. Трубы ОТТГ1 соеди­няют­ся с помощью муфт, трубы ТБО-4 (безмуфтовые) имеют высадку наружу, тру­бы ТБО-5 (безмуфтовые) имеют наружную высадку только с одного конца, где выполняется муфтовая часть соединения, так же как для труб ТБО-4, а дру­гой конец полностью соответствует трубе ОТТГ1 (рис. 1.2.7 и 1.2.8).

Наружный диаметр соединений труб ТБО-4 и ТБО-5 на 9...12 мм меньше на­руж­ного диаметра муфт обсадных труб по ГОСТ 632-64.

При необходимости уменьшения габаритных размеров соедине­ний труб ОТТГ1 муфты к ним могут быть выполнены с умень­шенным наружным диаметром.

Герметичность соединений труб ОТТГ1, ТБО-4 и ТБО-5 обес­печивается коническими уплотнительными поверхностями, рас­положенными со стороны тор­ца трубы.

Резьбовая часть этих соединений соответствует резьбовому соединению труб ОТТМ1. Переход с труб ОТТМ1 на трубы того же диаметра типа ОТТП, ТБО-4 и ТБО-5 может осуществляться без переводников.

 

	Рис. 1.2.7. Соединение обсадных труб ОТТМ1, труб ОТТГ1		Рис. 1.2.8. Профиль резьбы ОТТГ1, ТБО-4 и ТВО-5

 

 

В соединении предусмотрен контакт по внутренним упор­ным торцам, фиксирующий заданный натяг при закреплении соединения. Основные размеры труб ОТТП, ТБО-4 и ТБО-5 и их резьбовых соединений приведены в табл. 1.2.12 и 1.2.13 [5].

Таблица 1.2.12

Размеры труб ОТТМ1

Условный диаметр трубы, мм	Наружный диаметр, мм	Толщина стенки, мм	Внутренний диаметр резьбы в основной плоскости, мм	Общая длина резьбы, мм	Длина резьбы до основной плоскости, мм
	114,3	6...9	111,100
	127,0	6...9	123,800
	139,7	7...11	136,500
	146,0	7...11	142,850
	168,3	7...12	165,075
	177,8	7...14	174,600
	193,7	7...14	190,475
	219,1	7...12	215,875
	244,5	7...14	241,275
	273,1	7...12	269,850
	298,5	8...12	295,250
	323,9	9...12	320,650
	339,7	9...12	336,525

 

Натяг резьбы трубы проверяют относительно торца трубы. Измерительная плоскость резьбового и гладкого калибров-ко­лец должна совпадать с торцом трубы или выступать над торцом не более чем на 2,5 мм для труб диаметром до 194 мм и не более чем на 3,0 мм для труб диаметром свыше 194 мм.

Натяг при ручном свинчивании муфты с трубой равен 14 мм. При докреплении машинным способом торец муфты должен совпадать с концом сбега резьбы (последней риской на трубе) или не доходить до конца сбега не более чем на 5 мм (1 нитка).

Разрушающая нагрузка для труб ОТТМ1 определяется как наименьшая из подсчитанных, исходя из условий разрушения по телу трубы в опасном сечении и условий выхода резьбы из зацепления вследствие уменьшения поперечных размеров трубы от удлинения при растяжении.

Разрушающую нагрузку по телу трубы в опасном сечении, находящемся на расстоянии 14 мм от конца сбега резьбы, опре­деляют по формуле:

, (1.2.1)

где D — номинальный наружный диаметр трубы; s — номи­нальная толщина стен­ки; σ _в — наименьший предел прочности при растяжении.

Таблица 1.2.13

Размеры муфт ОТТМ1

Условный диаметр трубы, мм	Наружный диаметр D, мм	Длина l, мм	Диаметр фаски у торца муфты d0 , мм	Ширина торцовой плоскости, мм	Внутренний диаметр резьбы муфты в основной плоскости dвн, мм	Внутренний диаметр резьбы в плоскости торца муфты, мм
			116,5	6,0	111,100	112,225
			129,2	6,0	123,800	124,925
			141,9	6,5	136,500	137,625
			148,3	6,5	142,850	143,975
			170,5	7,0	165,075	166,200
			180,0	7,0	174,600	175,725
			195,9	7,5	190,475	191,600
			221,3	8,5	215,875	217,000
			246,7	8,5	241,275	242,400
			275,3	8,5	269,850	270,975
			300,7	8,5	295,250	296,375
			326,1	9,5	320,650	321,775
			342,0	9,5	336,525	337,650

 

Разрушающую нагрузку при выходе резьбы из зацепления подсчитывают по формуле

, (1.2.2)

где h ₁ — глубина резьбы; σ _в — наименьший предел текучести при растяжении; d _c— средний диаметр тела трубы в опасном сечении, равный D — (s + h₁/2); Δ — диаметральный натяг свин­ченного соединения (см); E₁ — модуль упроч­не­ния, принимае­мый равным 50 ГПа для стали группы прочности Д, 35 ГПа — для стали группы прочности К и Е и 25 ГПа — для стали групп прочности Л и М; h — рабочая высота профиля (см); μ ₁— коэф­фициент Пуассона для пласти­чес­кой области, принимаемый равным 0,5; φ — угол трения, принимаемый рав­ным 11°; β — угол наклона стороны профиля, воспринимающей растягиваю­щую нагрузку; l — длина резьбы, находящаяся в зацеплении, l = (L — 0,014 м); L — общая длина резьбы.

Обсадные трубы вместе с цементным кольцом герметизируют затрубное пространство скважин, разобщая пласты между собой и с внутренней полостью обсадной колонны. Поэтому часто выполня­ются расчеты прочности системы обсадные трубы — цементное коль­цо — порода. Такие расчеты необходимы, в частности, при проверке прочности и герметичности системы в случае изменения температу­ры скважины в процессе эксплуатации (при термическом воздей­ствии, резком охлаждении скважины и отборе горячей жидкости).

Обсадные трубы применяются иногда вместо НКТ, когда про­ходные сечения последних недостаточны, например при отборе 5000...7000 м³/сут воды из скважин большого диаметра. Недостат­ком труб при таком применении является неприспособленность их резьб к периодическим разъединениям и соединениям. Расчет обсадных труб в этом случае выполняется так же, как и НКТ.

Бурильные трубы также иногда применяются для этой цели. По сравнению с обсадными они более металлоемкие, но зато имеют резьбы, приспособленные для периодических свинчива­ний и развинчиваний.

 

НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫЕ ТРУБЫ

 

Из насосно-компрессорных труб (НКТ) составляются колон­ны, спускаемые в скважину. Колонны НКТ могут служить в ос­новном для следующих целей:

· подъема на поверхность отбираемой из пласта жидкости, смеси жидкости и газа или одного газа;

· подачи в скважину жидкости или газа (осуществления тех­нологических про­цессов, интенсификации добычи или подзем­ного ремонта);

· подвески в скважине оборудования;

· проведения в скважине ремонтных, в том числе буриль­ных, работ.

Примеры условных обозначений насосно-компрессорных труб приведены ниже:

трубы из стали группы прочности Е с условным диаметром 60 мм, толщиной стенки 5 мм:

· 60х5-Е ГОСТ 633-80 — для гладких труб;

· В-60х5 ГОСТ 633-80 — для труб с высаженными наружу концами;

· НКМ-60х5 ГОСТ 633-80 — для высокогерметичных труб;

· НКБ-60х5 ГОСТ 633-80 — для высокогерметичных без­муфтовых труб [5, 6].

Насосно-компрессорные трубы в нашей стране изготавли­ваются согласно ГОСТ 633, предусматривающему изготовле­ние гладких труб и муфт к ним, труб с высаженными наружу концами (В) и муфт к ним, гладких высоко­гер­ме­тич­ных труб (НКМ) и муфт к ним, а также безмуфтовых труб (НКБ) с выса­жен­ны­ми наружу концами (рис. 1.2.9). Гладкие трубы проще в изготовлении, но их концы ослаблены нарезанной на них резь­бой. Трубы с высаженными наружу концами имеют одинако­вую прочность по основному телу и у резьбы. Эти тру­бы назы­ваются равнопрочными. Внешний диаметр их муфты больше, чем у труб с гладкими концами (табл. 1.2.14). У НКТ гладких и с высаженными кон­ца­ми резьба (рис. 1.2.10) имеет конусность 1:16, закругленная, с углом профиля 60°. У труб НКМ и НКБ резьба также коническая, но с трапецеидальным про­фи­лем. Резьбовая часть труб с НКМ и НКБ имеет конический гладкий конец, входящий в конус муфтовой части резьбового соединения и создающий допол­нительное уплотнение со­единения (рис. 1.2.11 и 1.2.12). По массе труб допуска­ется отклонение от +6,5 до -3,5% для исполнения труб А (более точное исполне­ние) и от +8 до -6% для исполнения труб Б (менее точное исполнение).

 

	Рис. 1.2.9. Соединение насосно-компрессорных безмуфтовых труб НКБ1		Рис. 1.2.10. Резьбовая часть НКТ с треугольной резьбой

 

Рис. 1.2.12. Соединение насосно-компрессорных муфтовых труб НКМ

Рис. 1.2.11. Профиль резьбы труб НКБ1 и НКМ

Таблица 1.2.14