Насосно-компрессорные трубы (НКТ) для добычи полезных ископаемых

Насосно-компрессорные трубы НКТ используются для добычи полезных ископаемых с помощью буровых вышек. Также их можно использовать для создания компактных небольших артезианских скважин. Они могут отличаться по длине, толщине стенки, материалу и так далее. Консервация, хранение и транспортировка этих деталей нужно осуществлять в соответствии со стандартом ГОСТ. Это повысит срок годности изделий, сделав их более прочными, надежными. Но зачем нужны насосно-компрессорные трубы? Сколько весит стандартная труба НКТ согласно ГОСТ? И как правильно хранить эти детали на складе? В статье эти вопросы будут рассмотрены.

Принцип работы буровых вышек

Чтобы разобраться в назначении НКТ, нужно знать принцип работы буровых вышек. Для добычи воды, газа и нефти, которые расположены глубоко под землей, применяются буровые установки. Они отличаются друг от друга по множеству параметров — принцип работы, конструкция, эксплуатационные характеристики и другие. Обычно буровая установка состоит из трех элементов — надземная платформа, бурильная колонна и система питания. Также в состав установки могут входить дополнительные элементы — контролирующий пневмопривод, система охлаждения бура, датчики оповещения и так далее.

Технология бурения

1. На подготовительном этапе геологи проводят разведку, намечают предполагаемое место бурения. Потом монтируется буровая платформа, выполняется тестовый запуск установки. Во время теста проверяются следующие параметры — качество сочленения деталей друг с другом, уровень вибрации, уровень нагрузки на электродвигатель.
2. Если с платформой все хорошо, выполняется бурение скважины. Для бурения используется бурильная колонна, которая подключена к электрическому двигателю. На конце колонны имеется острый наконечник-долото, который разрушает твердые горные породы.
3. Во время работы бурильная колонна вращается вдоль своей оси, что приводит к образованию скважины. Одновременно с этим выполняется подача отработанного грунта на поверхность. Современные установки оснащаются системой подачи защитных химикатов, которые минимизирует риск повреждения буровой колонны.
4. После создания скважины необходимо выполнить ее фиксацию. Для решения этой задачи может использоваться две технологии. В первом случае в скважину устанавливается дополнительная труба, которая создает зазор между колонной и самой трубой. В этот зазор заливается мягкие смеси, которые быстро затвердевают. На практике этот метод применяется редко. Во втором случае в скважину монтируется обсадной трубопровод, который обладает толстыми стенками и может выдержать любые нагрузки.
5. После укрепления скважины в обсадной трубопровод вводятся трубы для откачки полезных ископаемых или воды. В качестве такой трубы могут применяться НКТ. Перед их введением в скважину они скрепляются с помощью скважин-муфт, которые превращают отдельные трубы НКТ в единую компрессионную колонну. Для добычи полезных ископаемых запускается электрических двигатель, что приводит перекачиванию нефти или газа из скважины на поверхность. На буровой платформе полезные ископаемые упаковываются в емкости (бочки, резервуары, чаны).

Обратите внимание, что труба НКТ может использоваться и по другим сценариям. Простой пример: трубопровод можно настроить не на всасывание жидкостей, а на их распыление. Эта технология позволяет проводить нагнетание жидкостей, что может пригодиться в некоторых сферах человеческой деятельности. Примеры — ремонт скважин, геологическая разведка, локальное увеличение давления, создание дополнительных притоков к основной скважине.

Правила соединения (монтаж)

Все NKT с резьбовыми соединениями свинчиваются без переходников с муфтами строго соответствующего размера (согласно ГОСТ 633-80).

Таблица 3. Правила соединения (монтаж)

Отклонения от данных нормативов чреваты аварийными ситуациями ввиду не герметичности соединений.

Герметичность безмуфтовых изделий гарантируется, если эксплуатационное давление не превышает 50 мПа. Они соединяются очень прочно благодаря тому, что концы оснащаются высадкой наружу. Чтобы можно было выполнить соединение, производители предусматривают наличие конических уплотнительных поверхностей в базовой комплектации. Они (уплотнители) располагаются непосредственно за резьбой.

Муфтовым моделям также гарантирована герметичность, если эксплуатационное давление не превышает 50 мПа.

Требования ГОСТ

Труба НКТ используется для транспортировки жидких, газообразных веществ из скважин на поверхность. В техническом плане они представляют собой обычные бесшовные трубы. Согласно ГОСТ они должны обладать следующими свойствами:

• Высокая прочность. Во время работы добывающей платформы по трубопроводу под давлением будут проходить жидкости и газы. Нужно чтобы трубопроводная установка сохраняла свою прочность и не растрескивалась. Даже небольшие течи или трещин приведут к полной разгерметизации установки, что может привести к выходу из строя всей платформы.
• Устойчивость к растяжению. Большинство современных скважин не являются полностью прямыми. Это вызвано различными причинами: недостатки бурения, изменение формы скважины в связи с движением земли и так далее. Важно, чтобы трубы сохраняли свою форму и не растрескивались при изгибе. В случае низкой устойчивости к растяжению колонна может дать течь, что приведет разрушению системы.
• Плотность, герметичность. Материал, из которого изготовлены трубопровод, должен быть плотным и герметичным. Особенно критичен фактор для концов установки, на которые будет наноситься резьба. Если материал будет пластичным, то резьба выйдет некачественной. Из-за этого нарушится герметичность швов, что может привести к разгерметизация системы.
• Коррозийная устойчивость. По трубопроводу во время работы буровой установки будет проходить большое количество жидкости или пара. Это может привести к образованию ржавчины, что приведет к разрушению трубной колонны. Для изготовления НКТ применяется высокоуглеродистая сталь, которая содержит легирующие добавки на основе хрома. Этот компонент препятствует образованию ржавчины, а также стимулирует образование защитной оксидной пленки на поверхности металла. Благодаря этому установка не растрескивается и не ржавеет во время работы вышки.

Экслуатация

Существует ряд правил, которые необходимо соблюдать при эксплуатации НКТ. 1. Их нельзя сбрасывать на землю во время погрузки и разгрузки. Нужно использовать кран. 2. Трубовозки обязательный элемент их транспортировки. Волоком и так, чтобы провисали, гнулись запрещается. 3. Прежде чем трубы укладывать на площадку, нужно под них класть бруски из дерева. Предохранительные кольца для труб нужно накручивать в обязательном порядке, если они кладутся на резьбовые части. 4. Перед подъемом посредством мостиков необходимо выяснить состояние изделия. Для этого через него пропускается шаблон, имеющий диаметр на несколько миллиметров меньше (два три) внутреннего диаметра детали. Длина шаблона 5 10 см. До того, как он выйдет, удерживается нижний конец изделия. 5. Щеткой по металлу нужно в обязательном порядке пройтись по резьбе муфты и ниппеля, прежде чем начать свинчивание, резьбы обработать смазкой. 6. Недопустимо бить по муфте кувалдой.

Размеры, вес и допуски муфт невысаженных НКТ

Функции, особенности НКТ

Основные функции насосно-компрессионных трубопроводов — извлечение жидкостей и газов из скважин, поддержание пластового давления, капитальный ремонт скважин. В качестве исходного материала обычно используется сталь со средним или высоким содержанием углерода. Также могут применяться другие материалы — пластик, алюминий, медь + различные сплавы. Подобные трубопроводные системы будут обладать низкой прочностью, поэтому НКТ из этих материалов применяются только в случае небольших скважин (дачные участки, небольшие артезианские скважины). Для добычи полезных ископаемых трубы прикрепляются друг друга, образуя единую колонну.

Для соединения отдельных элементов друг с другом используются следующие технологии:

• Резьбовое соединение. Данная технология применима только в том случае, если на концах труб имеется резьба (наносится на заводе). Для соединения двух отдельных деталей применяется муфта НКТ, которая имеет внутреннюю резьбу. Для соединения концы трубопроводов зачищаются с помощью полировочных инструментов. Потом на одну трубу навинчивается муфта НКТ (на половину резьбы). После этого вторая труба НКТ также закручивается в муфту. При необходимости проводится дополнительная регулировка деталей, чтобы обеспечить герметичность соединения.
• Сварка или пайка. Эта технология применяется в том случае, если концы труб не имеют резьбы (либо ее качество низкое). Для соединения детали располагают близко друг к другу — потом с помощью сварочного аппарата они соединяются. Может применяться любой метод сварки — автомат, полуавтомат, электродуговой метод и другие. Основная сложность сварки заключается в том, что трубопроводные детали обычно сделаны из стали. Поэтому концы придется нагревать до высоких температур, что усложняет техническую процедуру. На практике сварочная технология используется редко в связи с ее сложностью.

Вес труб НКТ

Вес трубы НКТ зависит от трех параметров — общий диаметр, толщина стенок и типовая длина. Популярны компрессионные НКТ73-5,5 и НКТ89-7 — числа означают диаметр сечения, толщину стенки. Длинные толстостенные трубы обладают большим весом, тогда как короткие тонкие детали будут иметь небольшую массу.

Области применения

Трубы НКТ используют как по прямому, так и не по прямому назначению. Изначально они предназначены для нефтедобывающей отрасли:

• комплектация нефтяных и газовых скважин;
• скважины добычи битума;
• нагнетающие трубопроводы.

Специфика применения определила материал НКТ труб, отличающийся высокими эксплуатационными показателями. Со временем изделия стали использовать не по назначению:

• обустройство водопроводов в частном и многоквартирном строительстве;
• использование в качестве опорных конструкций для установки фундаментов, заборов и других вертикальных сооружений.

Из НКТ изготавливают винтовые сваи разной несущей способности, приваривая к трубе лопасти.

Особенности эксплуатации и хранения

Рассмотрим некоторые особенности эксплуатации, хранения НКТ:

• Использование смазки. Перед монтажом насосно-компрессорной колонны необходимо смазать конец НКТ защитной смазкой. Тип смазки зависит от характера скважины, типа обсадной трубы и категории металла, из которого сделан трубопровод. Смазку нужно наносить аккуратно в соответствии с правилами дозировки. Недостаток смазки или ее избыток негативно влияют на прочность конструкции, а также усложняют ее монтаж.
• Сварочная защитная среда. Пайку следует проводить в защитной среде (аргон). Если защитный газ не использовать, то есть риск, что по время сварки будут повреждены металлические края детали. Это серьезно повышает вероятность коррозии, которая приведет к деформации и растрескиванию насосной колонны.
• Удаление трубы из системы. В случае длительного простоя буровой платформы необходимо обязательно демонтировать НКТ. Ведь края трубы находятся в постоянном контакте с жидкой средой, что может привести к коррозии. После демонтажа необходимо промыть установку и смазать ее защитной смазкой. Проверить отсутствие повреждений, трещин, коррозийный участков.

Хранить трубы НКТ можно в любом сухом прохладном месте. Лучше упаковать их в специальные блоки из дерева, пластика и металла. Лучше всего хранить такие блоки на складе с хорошей вентиляцией. В соответствии с правилами ГОСТ на каждую запчасть должна быть нанесена отметка. Она должна содержать все важные данные о детали — маркировка, тип, краткие сведения о производителе, информация о рабочих, ответственных за ее изготовление в цеху. Блоки с трубами разрешается транспортировать любым удобным способом (с помощью грузовиков или поездов, самолетами, водным транспортом и так далее). В случае продажи по требованию покупателя необходимо выполнить контрольные процедуры, доказывающие, что детали находятся в надлежащем состоянии.

Виды и классификация насосно-компрессорных труб (Сортамент)

Классификация отталкивается от различных параметров.

По герметичности:

1. безмуфтовые;
2. с резьбой для муфт (гарантируют улучшенную герметизацию).

По типу поднимаемой на поверхность (выкачиваемой) среды группы nct разделяются для эксплуатации в разных скважинах:

1. нефтяных;
2. добывающих газ;
3. нагнетающих;
4. битумных (в участках зоны тяжелой нефти).

В особую категорию выделяется утилизационные скважины (резервные).

Классификация по ГОСТ 633-80 подразумевает следующие группы:

1. НКТ — с муфтовым соединением (стандартный вариант). Задача — обеспечить тотальную герметичность системы в условиях 50 МПа.
2. НКТ-В — с наружной (высаженной) резьбой. Требуется для организации перемещения в колонне газа и жидких сред. Она обеспечивает штатный функционал: подъемные, отладочные или спусковые операции.
3. НКБ — с вынесенной соединительной резьбой. НКТ Б предназначена для формирования безмуфтовой магистральной ветки.
4. НКМ — для наиболее сложных участков. В качестве соединительных элементов используются муфты с повышенными требованиями к герметичности.

Поскольку данная продукция играет роль коммуникаций в комплектации отдельных скважин и масштабных магистралей, она отличается особой прочностью. Для выпуска гладких заготовок и муфт используется сталь марок: Д, Е, К, Л и М.

Таблица 2. Сортамент

Технология производства

Трубы НКТ делаются в несколько этапов:

1. Изготовление трубы стандартного типа. После выплавки металла формируется полая заготовка-полуфабрикат, которая попадает в трубопрокатный цех. Здесь из заготовки формируется полноценная деталь методом холодного или горячего проката. В конце выполняется закалка запчасти, а также ее охлаждение (при необходимости). Если запчасть будет какое-то время храниться в цеху, то на нее наносится промежуточная маркировка в соответствии с правилами ГОСТ.
2. Подготовительные работы. Теперь готовая трубопроводная деталь попадает в производственный цех. Здесь запчасть обезжиривается, а потом выполняется ее зачистка. Для зачистки применяется шлифовальная техника, ручная обработка применяется редко в связи с ее низкой эффективностью.
3. Нанесение резьбы на один конец. После обработки выполняется контрольная ультразвуковая дефектоскопия. Если с запчастью все хорошо, на один из ее краев наносится резьба с помощью специальных инструментов. Сразу же после нанесения резьбы проводится повторная дефектоскопия, которая позволяет установить качество резьбы. Если все хорошо, на конец детали монтируется муфта НКТ. Потом выполняется водная прочистка установки.
4. Нанесение резьбы на второй конец. Теперь рабочий с помощью инструментов наносит резьбу на другой конец детали. Потом он выполняет контрольную дефектоскопию, а проверка выполняется два раза, поскольку на данный конец не будет монтрироваться защитная муфта. Если с запчастью все хорошо, на резьбу навинчивается защитный кожух-протектор.

В конце выполняется финальная обработка, упаковка, транспортировка. По завершении всех работ готовая запчасть промывается и проверяется на наличие дефектов, повреждений, царапин. Также выполняется контрольное взвешивание и наносится маркировка ГОСТ. Если все хорошо, запчасть проходит процедуру консервации. В конце она упаковывается в металлические, пластиковые или деревянные блоки для хранения на складе.

Характеристики

Основные требования к трубам НКТ:

• высокая устойчивость к агрессивным средам, вызывающим коррозию металла, а также окисление транспортируемых сред;
• устойчивость к воздействию низких и высоких температур;
• пластичность необходима изделиям для регулирования целостности магистрали при ее нагреве/остывании и при колебаниях внутреннего давления. Параметр обеспечивается наличием пластиковых соединений на разных участках трубопровода;
• абсолютная герметичность;
• проходимость веществ в просвете трубы.

Эти качества регламентируют разные документы – ГОСТ и отдельные ТУ, которые есть на каждом предприятии – изготовителе.

Размеры НКТ трубы прописаны в сортаменте государственного стандарта:

• условный диаметр (внешний, округленный до целого значения) – 27…114 мм;
• длина – 6…10 м (мерная и немерная), может корректироваться по потребности заказчика.

Каждое изделие, отпускаемое с конвейера, имеет клеймо, из которого можно узнать все определяющие характеристики: диаметр трубы нкт, толщину стенки, величину сопротивления, марку или тип стали, наименование завода-изготовителя.

Характеристики насосно-компрессорных труб

Трубы для насосно-компрессорной установки должна быть высокого качества, чтобы справиться с функционалом и высокой нагрузкой. Исключены повреждения, нарушение целостности, расслоения или трещины, которые могли бы привести к их разгерметизации. Внутри самой скважины не должно быть разрывов или смещений, чтобы как можно дольше обходиться без капитального ремонта скважины и оборудования. Эти изделия можно использовать и для подачи воды из автономной скважины. Еще одно применение трубы НКТ – нагнетание воздушной среды для прочистки скважины методом продува.

К изделиям такого класса предъявляются высокие требования по качеству

Поскольку такие детали часто контактируют с агрессивной средой снаружи, внутри – высокое давление, поэтому должны отличаться:

• устойчивостью к коррозии;
• износостойкостью;
• абсолютной герметичностью;
• отличной проходимостью по стволу (гладкие).

Стандарт – в пределах 6-10,5 м, по требованию заказчика могут быть длиннее на 1 метр, то есть — 11,5 м. Промышленный выпуск труб НКТ налажен по ГОСТу, где размеры оговорены и описаны в таблицах.

Продукцию данного образца выпускают 2-х типов:

• с гладкими торцами;
• с наружной резьбой.

Обработанные на соединениях трубы НКТ имеют наибольшую защиту от разгерметизации и коррозии. Резьбы дополнительно снабжены особой смазкой для обеспечения абсолютной герметичности монтажа. Визуально они отличаются тем, что на концах есть внешняя резьба с покрытием, чтобы торцы двух труб соединять специальной муфтой.

Гарантия герметичности коммуникаций при стандартной нагрузке – муфтовое соединение труб. Обычное давление в системе – в пределах 50 МПа, при этом используют специальную трапецеидальную резьбу.