щ
'S
инструмент и оборудование
насосно-компрессорные трубы с резьбой F-3,2
в капитальном ремонте скважи
Е.М. КУРНЕВ,
к.т.н., директор
ООО «РОБУТ»
robutllc@gmail.com
В.В. ДРОЗДОВ,
заместитель начальника производственного отдела по текущему и капитальному ремонту скважин
А.А. ГРЕБЕНЬКОВ,
руководитель группы информационных технологий производственного отдела по текущему и капитальному ремонту скважин
ОАО «Сургутнефтегаз»
В.С. ЖАРЕННИКОВ,
генеральный директор
ООО «ПКНМ»
Насосно-компрессорные трубы с треугольной резьбой F-3,2 применяются при гидравлическом разрыве пласта на месторождениях Западной Сибири. Одним комплектом Н^-89 выполняют по 25 успешных операций ГРП, в течение года - свыше 2500.
Ключевые слова: оАо «Сургутнефтегаз», насосно-ком-прессорные трубы, резьба, увеличенный шаг, увеличенная нагрузка
TUBING THREADED F-3,2 MAJOR WELLS REPAIRS
E. KURNEV, «ROBUT» LLC, V. DROZDOV, A. GREBENKOV, «Surgutneftegas» OJSC V. ZHARENNIKOV, LLC «PKNM»
Pump-compressor pipes with round thread F-3,2 are used in hydraulic fracturing in the fields of Western Siberia. One set NKF-89 performs up to 25 successful hydraulic fracturing operations, during the year - more than 2,500.
I
Keywords: tubing, carving, increased pitch, increased load
При капитальном ремонте скважин в ОАО «Сургутнефтегаз» для выполнения различных технологических операций до 2010 г применялись насосно-компрессорные трубы (НКТ) диаметром 73 и 89 мм с треугольной (закругленной) резьбой с шагом, равным 2,54 мм по ГОСТ 633. Ввиду невысокой грузоподъемности и низких эксплуатационных свойств данной резьбы в последние годы ОАО «Сургутнефтегаз» широко применяет трубы с треугольной резьбой F-3,2, шаг которой равен 3,175 мм.
Резьба F-3,2 нарезается с постоянным углом уклона ф (без принудительного сбега) от торца трубы до середины за-резьбовой конической кольцевой проточки 1 (рис. 1). Глубина зарезьбовой проточки на трубе не превышает глубину ниток резьбы на этом участке. Основные параметры назначения HKF-89 и HKF-73 с резьбой F-3,2 даны в табл. Резьба типа
F-3,2 сконструирована таким образом, что ее свободный заход ниппеля в муфту 1зх без вращения для KKF-73 составляет 4,5+5 ниток и для KKF-89 - 7+8 ниток (рис. 2). Это уменьшает вероятность перекоса резьбы и обеспечивает распределение нагрузки от веса навинчиваемой трубы на несколько взаимно контактирующих ниток ниппеля и муфты. Стендовые испытания показали повышение на 20% осевой нагрузки Q на «страгивание» резьбовых соединений F-3,2 по сравнению с нагрузкой на «страгивание» резьбовых соединений по ГОСТ 633, шаг которых равен 2,54 мм. Повышение на-
В последние годы ОАО «Сургутнефтегаз» широко применяет трубы с треугольной резьбой F-3,2, шаг которой равен 3,1 75 мм.
Рис. 1. Резьбовое соединение трубы Н^
1 - коническая зарезьбовая проточка; а - при машинном свинчивании; б - при ручном свинчивании;
ОП - основная плоскость.
Рис. 2. Свободный заход 1зх ниппеля резьбы F-3,2 в муфту
1 - коническая зарезьбовая проточка
Рис. 3. Состояние резьб до (а) и после (б) испытания на разрыв
- резьба НКТ- 73 с шагом 2,54 мм по ГОСТ 633; 2 - резьба типа F-3,2 на НКР-73
грузки происходит за счет увеличения длины резьбы F-3,2 и перераспределения части нагрузки на нитки неполного профиля на участке д (рис. 1), площадь сечения металла под которыми увеличивается.
На рис. 3 показан ниппельный конец НКТ-73 с резьбой по ГОСТ 633 (1) и ниппельный конец с резьбой F-3,2 (2) до и после разрушения осевой растягивающей нагрузкой Q. Образцы для испытания были изготовлены из одной трубы НКТ-73х5,5 группы прочности Е с эмалированной внутренней поверхностью. После вырова ниппеля из муфты резьба с шагом 2,54 мм в основной плоскости сжалась до диаметра 70,5 мм, резьба F-3,2 - до диаметра 69,7 мм, исходный номинальный диаметр в основной плоскости равен 73 мм.
Диаграммы нагрузок разрушения резьбы по ГОСТ 633 и резьбы типа F-3,2 приведены на рис. 4. Разрушение (вырыв ниппеля из муфты) стандартных резьб по ГОСТ 633 происходило при нагрузках ниже нагрузки, соответствующей началу пластической деформации тела трубы. При разрушении резьбы F-3,2 тело трубы потекло. До момента вырыва ниппеля из муфты труба в пересчете на 10 м длины растянулась на 20 см. Внутри труб с резьбой F-3,2 вся эмаль осыпалась (рис. 5В), в трубах с резьбой по ГОСТ 633 эмаль на внутренней поверхности трубы сохранилась (рис. 5А). Резьба F-3,2 на участке д с нитками неполного профи-
Первые заходные нитки резьбы муфты по ГОСТ 633 при довинчивании «упираются» в неполные, сбегающие под углом 1 5° нитки резьбы ниппеля, и повреждаются. Затем эти деформированные нитки муфты повреждают нормальные нитки на других ниппелях. Происходит взаимный ускоренный износ стандартной треугольной резьбы.
Рис. 4. Диаграмма нагрузок на разрыв НКТ-73 с резьбой по ГОСТ 633 и Н^-73 с резьбой F-3,2
1,2 - номера сборок НКТ-73 с резьбой по ГОСТ 633; 3,4 - номера сборок НКР- 73 с резьбой F-3,2; Т- интервал пластической деформации резьбы и тела НКР-73; В - точки вырова резьбы ниппеля из муфты; У 3,2 и У 2,5 - граница упругой деформации сборок труб с резьбой Р-3,2 и по ГОСТ 633 соответственно
Табл. Параметры назначения
Труба Муфта Резьба*, рис. 1
наруж- длина
Типоразмер толщина стенки, мм масса 1 п.м, кг ный диаметр, длина, мм масса, кг шаг, мм конусность (число ниток**) 7 „
мм 6
6,5 13.2
НКР-89 108,0 197,0 4,9 3,175 1/16 27 12
8,0 16,0
НКР-73 5,5 9,2 88,9 176,0 3,2 3,175 1/16 24 11
7,0 11,4
* Профиль ниток резьбы по ГОСТ 633. ** Округлено до целых величин.
ля сжалась по диаметру и растянулась вдоль оси трубы в большой степени, чем резьба полного профиля на участке от торца трубы до основной плоскости. До момента вырыва ниппеля из муфты нитки полного профиля ниппеля резьбы F-3,2 около торца трубы (рис. 5 Э) находились в зацеплении с нитками муфты, обеспечивая герметичность соединения. При растяжении стандартной резьбы по ГОСТ 633 радиальная деформация ниппеля происходит по всей длине резьбы, что сразу приводит к потере герметичности. Как видно из рис. 4, осевая нагрузка, соответствующая началу пластической деформации сборки с резьбой F-3,2, равна 57,4 тс; осевая нагрузка, соответствующая началу пластической деформации сборки с резьбой по ГОСТ 633 (шаг резьбы 2,54 мм), равна 48 тс. Таким образом, нагрузка, соответствующая началу пластической деформации сборки с резьбой F-3,2, в 1,2 раза выше по сравнению с аналогичной нагрузкой для сборки с резьбой по ГОСТ 633. При сравнительных стендовых испытаниях на растяжение НКТ-89 со стандартной резьбой (шаг - 2,54 мм) и с резьбой F- 3,2 были получены идентичные результаты, как и при испытании НКТ-73.
БУРЕНИЕ И НЕФТЬ 1 0/201 5
щ
инструмент и оборудование
Рис. 5. Состояние внутренней поверхности эмалированной НКТ с резьбой по ГОСТ 633 (А) и Н^-73 с усиленной резьбой F-3,2 (В) после испытания на разрыв
После испытания на разрыв вся эмаль внутри Н^-73 с резьбой F-3,2 осыпалась, т.к. тело труб растянулось на 20 см
4
Рис. 6. Схема установки Н^-89 в скважине при ГРП
1 - планшайба; 2 - крестовина; 3 - допускной патрубок Н^-89; 4 - задвижка; 5 - резьба Н^-89, ОП - опасное сечение для резьбы; 6 - предохранительный клапан в КП; 7 - колонна Н^-89; 8 - обсадная колонна ОК-146; 168 или 178; 9 - гидравлический якорь; 10 - пакер; 11 - механический якорь; 12 - центратор; 13 - перфорация ОК; 14 - нефтяной пласт
Новые насосно-компрессорные трубы HKF-89 с резьбой F-3,2 ОАО «Сургутнефетегаз» в основном применяет при гидравлическом разрыве пластов (ГРП) в вертикальных (угол а = 0°), наклонных (угол а до 35°) и горизонтальных скважинах.
В процессе приработки треугольной резьбы при эксплуатации и неоднократного развинчивания и свинчивания с докреплением в сопрягаемых нитках образуются радиальные зазоры, которые при дальнейшем завинчивании по конусу могли бы устраняться. Но первые заходные нитки резьбы муфты по ГОСТ 633 при довинчивании «упираются» на участке 1 сб (рис. 3б) в неполные, сбегающие под углом 15° нитки резьбы ниппеля, и повреждаются. Затем эти деформированные нитки муфты повреждают нормальные нитки на других ниппелях. Происходит взаимный ускоренный износ стандартной треугольной резьбы.
Резьбы F-3,2 не имеют этого недостатка. По мере износа ниток или радиальной деформации конца (на сжатие) ниппель резьбы F-3,2 может свободно ввинчиваться в муфту на 2 - 3 оборота, т.к. впадины ниток резьбы ниппеля от торца трубы и до середины зарезь-бовой конической проточки нарезаны строго по прямой без какого-либо отвода под углом.
Новые насосно-компрессорные трубы HKF-89 с резьбой F-3,2 ОАО «Сургутнефтегаз», в основном, применяет при гидравлическом разрыве пластов (ГРП) в вертикальных (угол а=0°), наклонных (угол а до 35°) и горизонтальных скважинах.
Ежегодно ОАО «Сургутнефтегаз» выполняет свыше 2500 операций ГРП на Быстринском, Федоровском, Западно-Сургутском, Яун-Лорском, Восточно-Еловом, Савуйском, Русскинском и других месторождениях. Типовая схема установки НКТ в скважине при ГРП дана на рис. 6. Глубина гидроразрыва пластов колеблется от 2200 до 3300 м, средняя глубина ГРП -2600 м. Средняя масса закачиваемого в пласт проппанта составляет 50 т, максимальная - 420 т. Давление разрыва пластов колеблется от 25 до 85 МПа. Одним комплектом труб с резьбой типа F-3,2 выполняется до 25 операций ГРП. Состояние резьбы F-3,2 в это время удовлетворительное, но из-за опасности разрыва по телу трубы, на поверхности которой появляются риски от сухарей ключей и плашек спай-деров, комплект труб переводится на другое назначение. По состоянию на 1 января 2015 г. разрушений резьбы F-3,2 не зафиксировано. Также не выявлен эрозионный износ внутренней поверхности НКТ потоком жидкости гидроразрыва.
Насосно-компрессорные трубы размером 73х5,5 мм эксплуатировались, в основном, с азотированной резьбой F-3,2 на месторождениях Оренбуржья при текущем и капитальном ремонте скважин. Работы выполнялись в скважинах на глубине от 2500 до 3700 м. После 160 операций в скважинах кинематические параметры ниток азотированной
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.