» » Герметичность колонн

Герметичность колонн

03.08.2016

В процессе заканчивания и освоения скважин используются обсадные и насосно-компрессорные трубы, имеющие в своей конструкции конические резьбовые соединения, с помощью которых компонуются соответствующие колонны.
Обсадные трубы подвержены воздействию статических нагрузок, дополнительных нагрузок динамического характера, возникающих при спуске колонн (при расхаживании колонн в случае прихвата, при резком торможении), нагрузок, возникающих в процессе цементирования при схватывании цементного раствора. При перекрытии соленосных горизонтов возникают дополнительные изгибающие усилия от их сжатия. В результате действия перечисленных нагрузок возможны повреждения обсадных колонн - потеря герметичности соединения, их разобщение, разрушение от внутреннего давления и т.д. Воздействие агрессивных сред приводит к коррозионному разрушению. Действие осевых растягивающих нагрузок приводит к нарушению герметичности, к разобщению соединений. Этому способствуют дополнительные изгибающие усилия. Например, при креплении наклонных скважин по мере увеличения интенсивности их искривления вероятность нарушений в резьбовых соединениях обсадной колонны также увеличивается. При растяжении в резьбовом соединении возникают радиальные усилия, которые сжимают трубу и стремятся увеличить диаметр муфты. Так как сечение трубы менее жестко, чем муфты, то ее радиальные деформации больше, и при определенной величине осевой нагрузки резьба трубы выходит из сопряжения с резьбой муфты. Наиболее часто разобщение соединений происходит в технических колоннах диаметром 219-324 мм. Реже - в эксплуатационных, что объясняется меньшей жесткостью поперечного сечения. Потере герметичности, разобщению соединений способствуют неточности их изготовления, нарушения технологии сборки.
Насосно-компрессорные трубы выходят из строя в результате износа резьбовых соединений, истирания стенок муфтами насосных штанг, коррозии. Износ резьбовых соединений труб происходит вследствие частого развинчивания и свинчивания при подъеме и спуске насосно-компрессорных колонн, производимых для очистки труб, осмотра и других целей.
Большое влияние на работоспособность труб нефтяного сортамента оказывают условия, в которых они работают: высокие температуры, большие скорости течения различных растворов в трубах, наличие коррозионных сред: углекислый газ (CO2), сероводород (H2S), хлориды NaCl, продукты, используемые при обработке скважин кислотой, бактерии месторождения или внесенные при нагнетании растворов в скважины.
Коррозия труб под воздействием агрессивных сред усиливается эрозией металла, так как промывочные растворы содержат песок. Сочетание общей коррозии с эрозией приводит к промыву резьбовых соединений, тела трубы в местах нарушения сплошности поверхности.
Таким образом, трубы нефтяного сортамента работают в сложных условиях комплексного нагружения, под действием температур, агрессивных сред. Поэтому к их качеству предъявляются высокие требования. Различные сочетания этих факторов требуют создания высокогерметичных и высокопрочных соединений.
К трубной продукции, используемой в скважине, предъявляются специфические требования, связанные с особенностями её работы в скважинных условиях. С учётом этих особенностей трубная продукция для скважинной разработки месторождений углеводородов объединяется нефтяным сортаментом.
Трубы нефтяного сортамента. Обсадные и насосно-компрессорные трубы нефтяного сортамента выпускаются по российским стандартам (ГОСТ Р), межгосударственным, для стран СНГ (ГОСТ), по специальным ТУ и по стандартам American Petroleum Institute (API), которые регламентируют технические условия и содержат технические требования к способу изготовления, химическому составу, механическим свойствам и размерам.
От соединений обсадных труб, применяющихся для крепления скважин, требуется высокая герметичность (до 70 МПа), сопротивление растягивающим, изгибающим и сминающим нагрузкам.
Соединения насосно-компрессорных труб, служащих для подъема добываемых продуктов из скважины, должны обеспечивать высокую герметичность (до 120 МПа), противостоять растягивающим и изгибающим нагрузкам, а также надежно свинчиваться.
В отдельных случаях от резьбовых соединений требуются высокая коррозионная стойкость и работоспособность в агрессивной среде (с присутствием H2S, CO2 и др.).
1. Основу практически всех резьбовых соединений труб нефтяного сортамента (ГОСТ P 51906-2002). составляет коническая резьба треугольного и трапецеидального профиля (или их модификация), которая при сборке деталей с заданным диаметральным натягом обеспечивает соединительному узлу необходимые эксплуатационные свойства: герметичность, статическую и динамическую прочность, износостойкость и др.
Накладываемые ограничения по габаритам (наружному и внутреннему диаметрам) и толщине стенки на нефтепромысловые трубы, в совокупности с широким спектром действующих в скважине статических и динамических нагрузок, предопределяют жесткие условия эксплуатации резьбовых соединений. При этом разное назначение и определенная специфика эксплуатации обуславливают некоторые конструктивные отличия в резьбовых соединениях обсадных и насосно-компрессорных труб.
Обсадные и насосно-компрессорные трубы имеют муфтовые или безмуфтовые конструкции резьбовых соединений, в основе которых лежит резьба треугольного или трапецеидального профиля, с небольшой конусностью (1:16; 1:12 и др.), шагом (3,175 мм; 5,08 мм и др.) и высотой профиля (2,375; 1,6 мм).