Трубы НКБ с трапецеидальной резьбой

Для труб с другой длиной (исполнения А) следует пользоваться данными ГОСТ 633-80.

Расчет насосно-компрессорных труб при фонтанно-компрессорной эксплуатации скважин следует проводить на страгивающую нагрузку в резьбовом соединении, на предельную нагрузку в опасном сечении и на внутреннее давление.

На страгивающую нагрузку рассчитываются гладкие НКТ с треугольной резьбой и высокогермет-ичные трубы НКМ с трапецеидальной резьбой, так как наиболее слабым сечением у этих труб является резьбовое соединение. Наиболее часто употребляется формула Ф. И. Яковлева:

, (1.11)

где b = δ - h1 - толщина тела трубы под резьбой в основной плоскости; h1 - высота профиля резьбы;

Dср = d + b - средний диаметр тела трубы под резьбой; d - внутренний диаметр трубы; η = b / (δ + b) - поправка Шумилова; α - угол наклона несущей поверхности резьбы к оси трубы; φ - угол трения в резьбе (φ = 7° - 9°); L - длина резьбы с полным профилем; σт - предел текучести материала трубы.

На предельную нагрузку труба рассчитывается по основному телу. Очевидно, что наряду с расчетом на страгивающую нагрузку такому расчету, в первую очередь, следует подвергать НКТ с высаженными наружу концами с треугольной резьбой и НКБ с трапецеидальной резьбой:

, (1.12)

где Dр - диаметр резьбы в основной плоскости по впадине витков для гладких НКТ или диаметр наружной основного тела НКТ с высаженными наружу концами и НКБ.

Наименьшая из двух (страгивающая и предельная) нагрузок принимается за расчетную, и определяется допустимая глубина спуска данной трубы с заданным коэффициентом запаса:

, (1.13)

где Ррас - расчетная нагрузка; q - масса 1 погонного метра трубы с учетом муфт и высаженной части; n - коэффициент запаса (n = 1,2 - 1,3); g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения.

При расчете 2-й и последующих секций за Ррас принимается разность текущего и предыдущего значений нагрузки. Например: для 3 - й секции Ррас = Рстр3 - Рстр2.

Расчет на внутреннее давление производится на допустимое давление, исходя из прочности и геометрических параметров трубы по формуле Барлоу:

, (1.14)

где δ - толщина основного тела трубы; [σт] = σт/η - допустимое значение предела текучести (по ГОСТ-633-80, η = 1,25; по другим источникам η = 1,3 - 1,5); Dн - наружный диаметр основного тела трубы.

Необходимо также определить фактическое внутреннее давление, определяемое высотой столба жидкости в трубах:

, (1.15)

где Lтр1 - длины секций НКТ; ρж - плотность жидкости; g = 9,81 м/с².

Условием надежной работы НКТ является Рвн > Рф.

Задача 3. Исходя из условий прочности НКТ на разрыв в опасном сечении, на страгивающие нагрузки в резьбовом соединении и на внутреннее давление, определить глубину спуска ступеней колонны гладких насосно-компрессорных труб с треугольной резьбой из стали групп прочности «Д», «К» общей длиной 2900 м для фонтанирующей скважины глубиной 3000 м, имеющей обсадную колонну диаметром 114 х 7,4 мм. При расчете пренебрегаем потерей веса колонны труб в жидкости, так так уровень жидкости в межтрубном пространстве во время работы может быть оттеснен до башмака колонны труб.

Решение. Примем за 1-ю секцию гладкие НКТ 48 х 4 из стали групп прочности «Д» (σт = 380 МПа).

Страгивающую нагрузку определим по формуле (1.11). Недостающие данные возьмем из табл. 1.1. Найдем:

Предельную нагрузку определим по формуле (1.12):

.

Выбрав страгивающую нагрузку за расчетную как наименьшую, определим допустимую глубину спуска секции НКТ по формуле (1.13):

.

Поскольку 2030 м < 2900 м, для верхней секции берем больший размер:

НКТ 60 х 5 мм; q12 = 6,96 кг/м; L = 29,3; h1 = 1,41 мм.

Находим:

Предельная нагрузка

так как и в этом случае Рпр2 > Рстр 2, за расчетную нагрузку принимаем Рстр. Длина 2-й секции

Таким образом, суммарная длина колонны составит 2030 + 965 + 2995 м < 2900 м.

Минимальный зазор с обсадной колонной составит S = 114 - 2·7,4 - Dм нкт = 99,2 - 73 = 26,2 мм.

Допустимое внутреннее давление для нижней трубы НКТ 48 х 4 мм (формула (1.14))

Определяем фактическое внутреннее давление трубы, по формуле (1.15) при плотности добываемой жидкости ρж = 850 кг/м3; Рбуф = 0,5 МПа:

.

Следовательно, выбранная нами ступенчатая колонна НКТ проходит как по условию прочности, так и по внутреннему давлению для заданных условий скважины.

Задача 4. Определить глубину спуска ступенчатой колонны типа НКБ с трапецеидальной резьбой из стали групп прочности «Д» для фонтанирующей скважины глубиной 4500 м, имеющей эксплуатационную колонну диаметром 127 x 10,7 мм. При расчете пренебрегаем потерей веса колонны труб в жидкости, так как уровень жидкости в межтрубном пространстве во время работы может быть оттеснен до башмака колонны труб.

Решение. Предположим, что из условия пропускной способности нижняя секция определена как НКБ 60 x 5 мм. Принимаем группу прочности «Д» (σт = 380 МПа) для нижней секции. Определим страгивающую нагрузку по формуле (1.11). Внутренний диаметр d = D - 2·δ = 60,3 - 2·5 = 50,3 мм.

Толщина стенки под резьбой ниппеля

.

Угол α для трапецеидальной резьбы (ГОСТ 633-80)

.

Угол трения φ» 3°, так как при больших значениях φ сtg (α + φ) будет отрицательный и страгивающая нагрузка будет неоправданно возрастать. Следовательно, ctg (α + φ) = 0 и формула (1.11) преобразуется для трапецеидальной резьбы:

, (1.11')

Тогда

.

Для проверки определим страгивающую нагрузку относительно муфтовой части трубы. Толщина стенки над резьбой муфтовой части

.

В расчетной плоскости муфты (b - 3,06)/(44 - 13) = 1: 12. Отсюда

.

По формуле (1.11') страгивающая нагрузка для муфтовой части

,

что превышает Рстр для трубы.

Предельную нагрузку определим по основному телу трубы как имеющую наименьшую толщину стенки по формуле (1.12):

.

Следовательно, за расчетную нагрузку следует принимать предельную как наименьшую. Длина 1-й секции

.

Для второй секции используем НКБ 73 х 5,5 мм; гр. прочности «Д»; q = 9,5 кг/м.

Определим Рстр по формуле (1.11). Находим внутренний диаметр d = 73 - 2·5,5 = 62 мм.

Толщина стенки под резьбой ниппеля

;

;

.

Предельная нагрузка по основному телу трубы по формуле (1.12)

.

Следовательно, и для этих труб расчетной будет предельная нагрузка.

Длина 2-й секции

.

Таким образом, суммарная длина колонны составят

.

Минимальный зазор с обсадной колонной составит

.

Допустимое внутреннее давление для нижней трубы НКБ 60 х 5 мм (формула (1.14))

.

Определяем фактическое внутреннее давление трубы по формуле (1.15) при плотности добываемой жидкости ρж = 900 кг/м3, Рбуф= 0;

.

Рф < Рвн, следовательно, выбранная нами ступенчатая колонна проходит как по условию прочности, так и по внутреннему давлению для заданных условий скважины.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: