Насосно-компрессорные трубы. Конструкция, эксплуатация, дефекты, ремонт


    НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫЕ ТРУБЫ

КОНСТРУКЦИЯ, ЭКСПЛУАТАЦИЯ, ДЕФЕКТЫ, РЕМОНТ


Учебное пособие

Под общей редакцией профессора В. В. Шайдакова








Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2021

УДК 622.27
ББК 33.131
     Н31



Авторы:
В. В. Шайдаков, В. У. Ямалиев, Ф. Ш. Забиров, В. В. Костилевский, Е. Е. Кулагина


Рецензенты:
доктор технических наук, профессор И. Ю. Быков; доктор технических наук, профессор В. Н. Сызранцев








Н31      Насосно-компрессорные трубы. Конструкция, эксплуата    ция, дефекты, ремонт : учебное пособие / [В. В. Шайдаков и др.] ; под общ. ред. проф. Шайдакова В. В. - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2021. - 156 с. : ил., табл.
          ISBN 978-5-9729-0519-5

     Приведены конструктивные особенности отечественных и зарубежных насосно-компрессорных труб и их резьбовых соединений со ссылками на нормативно-техническую документацию. Описаны дефекты, возникающие в период эксплуатации. Рассмотрен технологический процесс ремонта труб и контроль технического состояния резьбовых соединений. Дана информация о покрытиях и методах упрочнения.
     Для специалистов нефтегазодобывающих предприятий, студентов и аспирантов вузов.

УДК 622.27
ББК 33.131






ISBN 978-5-9729-0519-5  © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
                        © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...............................................5

ГЛАВА 1. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ.........................6

ГЛАВА 2. НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫЕ ТРУБЫ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ......................... 10
2.1. Трубные заготовки и технические требования к ним.11
2.2. Классификация и конструктивные особенности насосно-компрессорных труб.................................15
2.3. Классификация и параметры резьбовых соединений...23
2.4. Эксплуатация насосно-компрессорных труб..........52

ГЛАВА 3. ДЕФЕКТЫ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ................62
3.1. Дефекты гладкой части насосно-компрессорных труб.62
3.2. Дефекты ниппеля резьбы насосно-компрессорных труб.....70
3.3. Дефекты муфты насосно-компрессорных труб.........74

ГЛАВА 4. ЛИНИЯ МОЙКИ, ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И РЕМОНТА НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ..................80

ГЛАВА 5. КОНТРОЛЬ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ............................88

ГЛАВА 6. КОНТРОЛЬ РЕЗЬБОВОГО СОЕДИНЕНИЯ...............94
6.1. Контроль натяга резьбового соединения............99
6.2. Калибры для проведения контроля резьбового соединения.103
6.3. Калибры для треугольной резьбы..................108
6.4. Калибры для закругленной треугольной резьбы...........110

ГЛАВА 7. РЕМОНТ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ.................111

ГЛАВА 8. ПОКРЫТИЯ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ И УПРОЧНЕНИЯ РЕЗЬБ.................................. 116
8.1. Насосно-компрессорные трубы с цинковым покрытием......116


3

8.2. Насосно-компрессорные трубы с полимерным покрытием.118
8.3. Насосно-компрессорные трубы с силикатно-эмалевым покрытием.............................................119
8.4. Упрочнения резьб насосно-компрессорных труб......120

ГЛАВА 9. ЗАРУБЕЖНЫЕ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫЕ ТРУБЫ.................................................128

ГЛАВА 10. ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННЫЕ ТРУБЫ....................141
10.1. Применение теплоизолированных труб для предотвращения парафинооотложений.................144
10.2. Теплоизолированные трубы для закачки горячей воды, пара в скважину при добыче высоковязкой нефти.........145
10.3. Теплоизолированные трубы для предотвращения гидратообразования....................................146
10.4. Теплоизолированные трубы для в морских скважин....147

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Нормативно-техническая документация по насосно-компрессорным трубам.......................148
Список использованных источников......................151


4

ВВЕДЕНИЕ


    Насосно-компрессорные трубы (НКТ) собранные в колонну, размещенную в нефтяной, газовой, нагнетательной скважине являются важнейшим элементом, обеспечивающим эфеективную добычу углеводородного сырья. Тематика НКТ достаточно широко и подробно изложена в справочной, научно-технической, учебной литературе, многочисленной нормативной документации. Однако значительная часть этой информации устарела. Авторы, преподаватели кафедры «Машины и оборудование нефтегазовх промыслов» Уфимского государственного нефтяного технического университета, решили совершенствовать учебный процесс по тематике НКТ. В данное учебное пособие была включена новая научно-техническая информация, обновленные стандарты. Была собрана многочисленная информация по характерным отказам с представлением их вида и причин появления.
    Для написания учебного пособия были привлечены магистранты кафедры Костилевский В. В., Кулагина Е. Е.
    Авторы учебного пособия не претендуют на всеобъемлющее изложение материалов по проблеме НКТ. Мы считаем данное издание пилотным, которое в дальнейшем будет дополнятся и переиздаваться в бумажном и электронном вариантах.

5

Глава 1.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

    Углубление (Recession) - внутрь направленный изъян поверхности.
    Риска (Groove) - вытянутое углубление поверхности со скругленным или плоским основанием.
    Риска (Grind) - линейное углубление с плоским или неплоским дном, короткое или длинное, протяженностью по всему витку резьбы (ГОСТ 34004-2016).
    Царапина (Scratch) - изъян поверхности в виде углубления нерегулярной формы и неопределенного направления.
    Царапина (Scratch) - дефект поверхности, представляющий собой углубление неправильной формы и произвольного направления, образующегося в результате механических повреждений, в том числе, при складировании и транспортировании металла (ГОСТ 21014-88).
    Трещина (Crack) - линейное углубление с острым основанием, являющееся результатом нарушения сплошности поверхности и исходного материала заготовки.
    Трещина - линейный разрыв, идущий вглубь металла, зачастую сквозной (ГОСТ 34004-2016).
    Пора (Pore) - вогнутость очень маленького размера с крутыми стенками и обычно острыми кромками, где верхняя кромка вогнутости не выше чем касательная к номинальной поверхности.
    Раковина (Blowhole) - изъян поверхности в форме единичного углубления в результате выпадения посторонних частиц, травления или влияния газа.
    Усадочная раковина (Shrink agehole) - углубление, появившееся во время отвердевания литья, сварки и т. д.
    Разрыв, расщелина, щель (трещина) (Fissure, chink, crevice) -острое, щелеподобное нерегулярное раскрытие небольшой глубины.

6

    Закругление (Wane) - изъян в виде скругления или притупления острых кромок детали на пересечении двух поверхностей заготовки.
    Скобообразный изгиб (вогнутый) (Concave buckle) - углубление на поверхности листового материала вызванное местным изгибом.
    Выбоина (Dent) - выемка с не возвышающимися краями, часто вызванная пластической деформацией от сжатия или удара.
    Выпуклость (Raising) - изъян поверхности, направленный наружу.
    Нарост (Wart) - возвышение, подобное хребту или холму небольшого размера и ограниченной высоты.
    Вздутие (Blister) - местная выпуклость, вызванная наличием под поверхностью включений пузырьков газа или жидкости, находящихся под давлением.
    Скобообразный изгиб (выпуклый) (Convexbuckle) - приподнятость на поверхности листового материала, вызванная местным изгибом.
    Чешуйка (Scale) - чешуйчато подобное отслоение небольшой толщины в результате отделения поверхностного слоя, который отличается от основного материала.
    Включение (Inclusion) - частица постороннего материала, содержащаяся в материале заготовки.
    Заусенец (Burr) - приподнятая острая кромка часто с изгибом на противоположной стороне.
    Подток, заливина (Flash) - бугор материала заготовки, вытесненного из промежутка между отлитыми частями или сварочного шва.
    Налет (Deposits) - вкрапление в заготовку постороннего материала или материала от другой заготовки.
    Комбинированные изъяны поверхности - изъяны, частично направленные наружу и частично внутрь поверхности.
    Кратер (Crater) - углубление с кругообразным контуром и приподнятыми кромками, напоминающее отверстие вулкана. Кромки выше, чем поверхность.
    Нахлестка (Lap) - языковидный поднимающийся изъян небольшой толщины часто в форме фальца шва, вызванный фальцеванием

7

материала и воздействием на поверхность во время прокатки, ковки и т. д.
    Задир (Scoring) - изъян в виде последовательных вдавливаний и выпячиваний, вызванный воздействием движущегося постороннего тела.
    Задир - линейное повреждение с остатками содранного металла (ГОСТ 34004-2016).
    Остатки стружки (Chip rest) - лентовидные приподнятости в результате плохого удаления стружки.
    Вмятины (Compression marks) - дефект поверхности в виде произвольно расположенных углублений различной формы, образовавшихся вследствие повреждения и ударов поверхности при транспортировке, правке, складировании и других операциях (ГОСТ 21014-88).
    Вмятина - нелинейное углубление с пологими стенками и плоским дном (ГОСТ 34004-2016).
    Дефект (Defect) - несплошность или неоднородность поверхности, имеющая вид, расположение и (или) размер, недопустимые установленными требованиями к качеству поверхности резьбового соединения (ГОСТ 34004-2016).
    Забоина - нелинейное углубление с непологими стенками и неплоским (острым) дном (ГОСТ 34004-2016).
    Сорванные витки (Torn threads) - поврежденные витки резьбы с полной потерей профиля (ГОСТ 34004-2016).
    Износ (Wear) - результат изнашивания, определяемый в установленных единицах. Значение износа может выражаться в единицах длины, объема, массы и др. (ГОСТ 27674-88).
    Сквозная коррозия (Penetration corrosion) - местная коррозия, вызвавшая разрушение металла насквозь (ГОСТ 5272-68).
    Коррозионная язва (Corrosion pit) - местное коррозионное разрушение, имеющее вид отдельной раковины (ГОСТ 5272-68).
    Коррозионное растрескивание (Corrosion cracking) - коррозия металла при одновременном воздействии коррозионной среды и внешних или внутренних механических напряжений растяжения с образованием транскристаллитных или межкристаллитных трещин (ГОСТ 5272-68).

8

    Электрохимическая коррозия (Electrochemical corrosion) - взаимодействие металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительной компоненты коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала (ГОСТ 5272-68).
    Площадь изъяна (Area and appearance imperfections) - рассеянные изъяны в наружном поверхностном слое часто без четких контуров и часто без четко измеряемой глубины или высоты.
    Отпечаток (Skidding) - поверхностные повреждения, например, шариковых подшипников, роликов и дорожек подшипников, которые появляются на отдельных участках поверхности и вызваны циклическими нагрузками.
    Разрушение, разъедание (Erosion) - повреждение поверхности из-за эрозионного разрушения или износа поверхности.
    Корродирование (Corrosion) - повреждение поверхности из-за химического разрушения поверхности.
    Точечная коррозия (Pitting) - изъян в форме точек и маленьких отверстий часто большой глубины, рассеянных на большой площади поверхности.
    Волосные трещины (Crazing) - изъяны в форме сети трещин на поверхности.
    Пятно (Spot, patch) -зона, которая визуально отличается от соседнего участка поверхности.
    Обесцвечивание (Discoloration) - обесцвеченный участок поверхности. Полоса (Streak) - лентоподобный участок поверхности с пониженным рельефом поверхности, имеющий отличающуюся структуру (текстуру) поверхности.
    Слоистость, шелушение (Cleavage, flaking) - изъян в результате частичного отделения участков поверхностного слоя заготовки.

9

Глава 2. НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫЕ ТРУБЫ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ

    Насосно - компрессорная труба (НКТ) (англ. tubing) - труба, размещаемая в скважине в виде колонны НКТ и служащая для подъема продукции скважины или нагнетания рабочей среды [8]. Колонна НКТ используется в добывающих нефтяных, газовых, водяных скважинах, нагнетательных скважинах системы поддержания пластового давления, а также при проведении ремонтных работ, промывках.
    Муфта (англ. coupling) - цилиндр с внутренней резьбой, предназначенный для соединения двух труб, имеющих на концах наружную резьбу [8].
    Трубы изготавливаются в соответствии с действующей нормативно-технической документацией (НТД), указанной в Приложении 1. Контроль технического состояния насосно-компрессорных труб (НКТ), муфт к ним и резьбовых соединений проводятся в соответствии с действующей нормативно-технической документацией (НТД), указанной в Приложении 1.
    Насосно-компрессорные трубы, поставляемые в РФ из-за рубежа, изготавливаются в соответствии со стандартом Американского нефтяного института (API) и по техническим условиям фирм-изготовителей труб. НКТ изготавливаются по следующим стандартам [33]:
    • 5А. API из стали групп прочности Н-40; J-55; N-80;
    • 5АС. API из стали групп прочности С-75; L-80; C-95;
    • 5AX. API из стали групп прочности Р-103;
    • API Spec. 5CT. Технические условия на обсадные и насоснокомпрессорные трубы.
    По API Spec5AC выпускаются насосно-компрессорные трубы, предназначенные для использования в скважинах с повышенным содержанием сероводорода и углекислого газа, а также в условиях низких температур.

10

   В России НКТ производят АО «Выксунский металлургический завод» г. Выкса, АО «Первоуральский новотрубный завод» г. Первоуральск, ПАО «Синарский трубный завод» г. Каменск Уральский, ПАО «Таганрогский металлургический завод» г. Таганрог, ПАО «Челябинский трубопрокатный завод»г. Челябинск, АО «Альметьевский трубный завод» г. Альметьевск, ООО «Ижорский трубопрокатный завод» г. Санкт-Петербург, ООО «НКТ-СЕРВИС» г. Нижний Новгород, ОАО «ГАЗПРОМТРУБИНВЕСТ» г.Волгореченск, ООО «Тюменский завод нефтепромыслового оборудования», г. Тюмень. В Казахстане трубы производит ПФ ТОО «KSP Stell» г. Павлодар. Зарубежом НКТ так же производят фирмы «Армко», «Хайдрил», «Атлас Бредфорд», «Валу-рек» и др.

2.1. Трубные заготовки и технические требования к ним по ГОСТ Р 53932-2010


    Трубную заготовку изготовляют [13]:
1. По способу производства:
     •  непрерывнолитой - НЛЗ;
     •  горячедеформированной из слитка - ГДС;
      • горячедеформированной из непрерывнолитой заготовки -ГДН;
2. По точности:
     •  повышенной - Б1;
     •  обычной - В1, В2, В3;
3. По длине:
     •  мерной - МД;
     •  мерной с немерной длиной - МД1;
     •  кратной мерной - КД;
     •  кратной мерной с немерной длиной - КД1;
     •  немерной - НД;
     •  ограниченной в пределах немерной длины - ОД;
     •  ограниченной с немерной длиной - ОД1*;

4. По кривизне - классов I, II, III, IV.

11

5. По отделке поверхности:
    • без обдирки или обточки;
    • в обточенном или ободранном состоянии - ОБ;
6. По качеству торцов:
    • без требований к заусенцам;
    • без заусенцев - БЗ;
7. По наличию контроля механических свойств:
    • без нормирования и контроля механических свойств;
    • с нормированием и контролем механических свойств - М;
8. По коррозионной стойкости трубной заготовки из природнолегированной стали марок 10ПЛ и 20ПЛ по композициям - 1 и 2.
    Трубную заготовку изготовляют из следующих марок сталей:
    1.   Горяче деформированную из стали марок с химическим составом:
    • Ст2сп, Ст3сп и Ст4сп - по ГОСТ 380;
    • по ГОСТ 1050;
    • по ГОСТ 4543;
    • по ГОСТ 19281;
    • 65, 70, 75, 80, 85, 60Г, 65Г и 70Г - по ГОСТ 14959;
    • А, С, Д, ДБ, 10Г2А, 12Г2А, 12Х2НВФА (ЭИ712), 18Г2, 32Г2, 36Г2С, 37Г2С, 37ХГФ, 38ХНМ и 60ХФА;
    • 10ПЛ и 20ПЛ (композиции 1 и 2);
    • С-55, 0XM, 0XH3M - согласовывают при оформлении заказа;
    • непрерывнолитую из стали марок, согласовываемых при оформлении заказа.
    По требованию заказчика допускается поставка трубной заготовки из углеродистой стали с массовой долей серы не более 0,035 %. В этом случае в конце марки ставится буква А, например, 20А.
    В трубной заготовке из стали марок, указанных в таблицах 1 и 2, допускаются отклонения по химическому составу стали от плавочного анализа ковшевой пробы. Предельные отклонения не должны превышать для стали марок:

12