Насосно-компрессорные трубы. Расчеты насосно-компрессорных труб на прочность

5. Насосно-компрессорные трубы

5.1.  Типы и конструкции насосно-компрессорных труб

5.2.  Уплотнение резьбовых соединений труб

5.3.  Прочность резьбовых соединений

5.4.  Материалы труб и муфт к ним

5.5.  Переводники для насосно-компрессорных труб

5.6.  Насосно-компрессорные трубы с защитными покрытиями

5.7.  Расчеты насосно-компрессорных труб на прочность

·  Расчет труб на внутреннее давление

·  Расчет труб на растягивающие нагрузки

·  Расчет труб на страгивающую нагрузку

·  Расчет труб на срез резьбы

·  Определение момента затяжки резьбовых соединений

Литература

1. Трубы нефтяного сортамента: Справочник./Под ред. А.Е. Сарояна.-М.:Недра,1987 (1976), 488с (504 с).

2. Сароян А.Е., Субботин М.А. Эксплуатация колонн насосно-компрессорных труб.- М.: Недра, 1985.-216 с.

3. Инструкция по эксплуатации насосно-компрессорных труб. РД 39-0147014-217-86 (РД 39-136-95).- Куйбышев: ВНИИТнефть, 1987.

4. ТУ 14-3-1229-83 "НКТ и муфты к ним с улучшенной проходимостью эксплуатации наклонно-направленных скважин. -Куйбышев: ВНИИТнефть, 1983.

5.1. Типы и конструкции насосно-компрессорных труб

Конструкции и основные размеры насосно-компрессорных труб и муфт к ним регламентированы ГОСТом 633-80. ГОСТ предусматривает изготовление НКТ исполнения А и Б четырех конструкций:

1)  гладкие и муфты к ним;

2)  с высаженными наружу концами и муфты к ним (тип В);

3)  гладкие высокогерметичные и муфты к ним (тип НКМ);

4)  безмуфтовые высокогерметичные (тип НКБ).

Насосно-компрессорные трубы всех типов исполнения А должны изготовляться длиной 10 м и с предельным отклонением ± 5% (± 500 мм).

Трубы всех типов исполнения Б изготавливают длиной: 5,5 - 8,5 м и более 8,5 м вплоть до 10 м, что позволяет обеспечить необходимую длину свечи при работе с подъемными агрегатами.

Трубы и муфты гладкие и типа В имеют коническую треугольную резьбу с углом профиля при вершине 60⁰ и конусностью 1:16. (рис.5.1).

1 – конец сбега резьбы; 2 – нитки со срезанными вершинами; 3 – основная плоскость; 4 – линия среднего диаметра; А – натяг резьбы; В -

Рис. 5.1. Соединительные концы насосно-компрессорных труб

Вершины профиля имеют закругления радиусом, нескольким большим радиуса впадины, что обеспечивает соприкосновение боковых поверхностей витков резьбы (рис.5.2).

Насосно-компрессорные трубы с треугольным профилем резьбы выпускаются с резьбой, число ниток на длине 25,4 мм которых могут быть 10 и 8 в зависимости от диаметра труб, а с трапецеидальным профилем – 6 и 5 (табл. 5.1). При этом шаг резьбы S, глубина резьбы h, рабочая высота профиля h₂, радиусы закруглений r и r₂, запор z, относящиеся к НКТ с треугольным профилем, соответственно будут отличаться. Размеры, формирующие резьбовую часть НКТ с трапецеидальным профилем, также зависят от диаметра  трубы.

Правильность нарезания резьбы в основном контролируется резьбовыми калибрами.

Насосно-компрессорные трубы муфтовые (типа НКМ) – гладкие с муфтой, имеют трапецеидальную резьбу с несимметричным профилем, близким к профилю упорных резьб (рис.5.3). В резьбовом соединении практически отсутствует радиальная нагрузка из-за малого опорного угла профиля, что повышает прочность соединения на 25-35% по сравнению с прочностью гладких труб и составляет 85-90% от прочности тела трубы.

1  - линия, параллельная оси трубы, 2 – линия среднего диаметра трубы; 3 – ось трубы

Рисунок 5.2 - Профиль резьбы насосно-компрессорных

труб (гладких и типа В)

Трубы НКМ обеспечивают герметичность при давлении газов до 50 МПа, что достигается за счет использования металлического уплотнительного пояска у конца ниппеля с внутренней конической поверхностью муфты. Малый угол наклона (3⁰) упорной стороны профиля резьбы понижает потери на трение в сравнении с симметричным профилем и в тоже время позволяет изготавливать винты на резьбофрезерных станках.

Диаметры труб, предусмотренных ГОСТом 633-80, приведены в табл.5.1.    Толщина стенок гладкой части трубы зависит от диаметра и колеблется от 3,5 до 8 мм.

Таблица 5.1 – Диаметры труб, предусмотренные ГОСТ 633-80

Длиной трубы считается расстояние между ее торцами, а при наличии навинченной муфты – расстояние от свободного торца муфты до сбега резьбы противоположного конца трубы

Рисунок 5.3 - Профиль резьбы насосно-компрессорных труб НКМ и НКБ

Для трапецеидальных резьб приняты следующие обозначения:

h – рабочая высота профиля, по которой соприкасаются витки винта и гайки; Р – шаг резьбы (расстояние между одноименными сторонами двух соседних витков, измеренное в направлении оси винта); t – ход резьбы (величина перемещения образующего профиля за один оборот, или величина перемещения гайки или винта за один оборот, для однозаходной резьбы  t = Р, для многозаходных резьб t = n∙Р, где n - число заходов); α  - угол профиля резьбы (); β – угол подъема резьбы (угол, образованный касательной к винтовой линии резьбы с плоскостью, перпендикулярной оси резьбы).