Техническое перевооружение цеха по ремонту насосно-компрессорных труб (стр. 3 из 11)
По страгивающей нагрузке
Под страгивающей нагрузкой резьбового соединения понимают начало разъединения резьбы трубы и муфты. При осевой нагрузке напряжение в трубе достигает предела текучести материала, затем труба несколько сжимается, муфта расширяется и резьбовая часть трубы выходит из муфты со смятыми и срезанными верхушками витков резьбы, но без разрыва трубы в её поперечном сечении и без среза резьбы в её основании.
Где Dср - средний диаметр тела трубы под резьбой в её основной плоскости, м
σт – предел текучести для материала труб, Па
Dвнр – внутренний диаметр трубы под резьбой, м
В – толщина тела трубы под резьбой, м
S- номинальная толщина трубы, м
α – угол профиля резьбы для НКТ по ГОСТ 633-80 α = 60º
φ – угол трения, для стальных труб = 9º
I– длина резьбы, м.
Максимальная растягивающая нагрузка при подвеске оборудования массой М на колонне НКТ составляет
Рmax= gLq+ Mg
Где q– масса погонного метра трубы с муфтами, кг/м. Если Рст < Рmax, то рассчитывают ступенчатую колонну.
Глубину спуска для различных колонн определяют из зависимости
Для равнопрочных (высаженных наружу) труб вместо Рстiопределяется предельная нагрузка Рпр
n1 – запас прочности (для НКТ допускается n1 = 1,3 – 1,4)
Dн, Dвн – наружный и внутренний диаметр трубы.
В условиях наружного и внутреннего давления дополнительно к осевым σо действуют радиальные σ rи кольцевые σ к напряжения.
σr= -Рв или σr= -Рн
,Где Рв и Рн соответственно внутреннее и наружное давление. По теории наибольших касательных напряжений находят эквивалентное напряжение
σэ = σ1 – σ3,
где σ1 , σ3 соответственно наибольшее и наименьшее напряжения.
Для различных условий эксплуатации формулы для определения эквивалентного расчетного напряжения приобретают следующий вид:
σэ = σо + σrпри σо > σк > σr
σэ = σк + σrпри σк > σо > σr
σэ = σо + σк при σо > σr> σк
Из рассмотренных случаев следует, что при Рн > Рв максимально возможная длина пускаемой колонны будет меньше, и ее определяют по формуле:
Где n1 – запас прочности = 1,15
При действии на НКТ циклических нагрузок ведется проверка на страгивающую нагрузку и усталость. Определяют наибольшую и наименьшую нагрузки, по которым определяют наибольшее, наименьшее и среднее напряжение σm, а по ним – амплитуду симметричного цикла (σа). Зная (σ-1) – предел выносливости материала труб при симметричном цикле растяжения – сжатия определяют запас прочности:
Где σ-1 – предел выносливости материала труб при симметричном цикле растяжения – сжатия
кσ – коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений, масштабный фактор и состояние поверхности детали
Ψσ – коэффициент, учитывающий свойства материала и характер нагружения детали.
Предел выносливости для стали группы прочности Д равен 31МПа при испытании в атмосфере и 16МПа – в морской воде. Коэффициент Ψσ – 0,07…0,09 для материалов с пределом прочности σn– 370…550Мпа и Ψσ – 0,11…0,14 – для материалов с σn– 650…750МПа.
По сжимающей нагрузке при опоре НКТ о пакер или забой.
При опоре низа колонны НКТ о забой или на пакер может возникать продольный изгиб труб. При проверке труб на продольный изгиб определяют критическую сжимающую нагрузку, возможность зависания труб в скважине и прочность изогнутого участка.
Колонна НКТ выдерживает сжимающие нагрузки, если допускаемая критическая нагрузка Ркр > Рустnус,
Где
3,5 – коэффициент, учитывающий защемление колонны НКТ в пакере
J– момент инерции поперечного сечения трубы
. Dн, Dвн – наружный и внутренний диаметр трубы, при колонне НКТ, состоящий из секций разного диаметра, в расчет принимаются размеры нижней секции, в нашем случае параметры dнкт.λ – коэффициент, учитывающий уменьшение веса труб в жидкости,λ
q– масса одного погонного метра труб с муфтами в воздухе, кг/мDобс.вн – внутренний диаметр обсадной колонны, м.Если выполняется неравенство Руст > РImax– происходит зависание труб в скважине, где РImax– предельная нагрузка, действующая на забой, при любом увеличении сжимающего усилия в верхнем конце колонны труб.При изгибе труб на большой длине возможно зависание изогнутых труб НКТ за счет рения их об осадную колонну. При этом на пакер передается не весь вес изогнутой колонны. В этом случае, если на верхнем конце колонны неограниченно увеличивать сжимающее усилие, то нагрузка, передаваемая колонной НКТ на забой, не превысит величины
Р1;оо = λ Iqζ1;оо
Где ζ1;оо =
,α – параметр зависания
ƒ – коэффициент трения НКТ об осадную колонну при незапарафированной колонне (для расчетов можно принимать ƒ = 0,2)
r– радиальный зазор между НКТ и обсадной колонной
I– длина колонны, для скважин в пределе I= Н
Если увеличивать длину колонны, то α → ∞, ζ1;оо → 1/α и получаем предельную нагрузку, передаваемую на забой колонной НКТ:
При свободном верхнем конце колонны НКТ (I= Н) нагрузка, передаваемая НКТ на забой:
Р1,о = λ qН ζ1;о
Где ζ1;о =
Условие прочности для изогнутого участка колонны НКТ записывается в виде:
Где F0 – площадь опасного сечения труб, м2
W0 – осевой момент сопротивления опасного сечения труб, м3
Р1сж – осевое усилие, действующее на изогнутый участок труб, МН
σm– предел текучести материала труб, МПа
n– запас прочности, принимаемый равным 1,35.
2.6Характеристика цеха по обслуживанию и ремонту НКТ
Оборудование цеха по обслуживанию и ремонту НКТ обеспечивает полный цикл ремонта и восстановления насосно-компрессорных труб с повышением ресурса их работы.
В составе цеха:
- линии мойки и дефектоскопии;
- установка механической очистки;
- станки для нарезания резьбы;
- станок муфтоотверточный
- установка гидроиспытаний;
- установки измерения длины и клеймения;
- транспортно-накопительная система и сортировка НКТ;
- установка для отрезки дефектных участков труб;
- автоматическая система учета выпуска и паспортизации труб "АСУ-НКТ";
- оборудование для ремонта и восстановления муфт.
Общие технические характеристики цеха:
Расчетная производительность, труб/часдо 30
Условный диаметр НКТ по ГОСТ 633-80, мм60,3; 73; 89;
Длина НКТ, мм5500 ... 10500
Таблица 2.6 Основные технологические операции по обслуживанию и ремонту НКТ:
| № п/п | Наименование операций | Характеристика техпроцесса | Наименованиеоборудования | Размеры в плане, мм (Кол.) | Общая площадь, м3 |
| 123456789101112131415161718 | Мойка и очистка НКТ от смолопарафинов и солевых отложенийСушка горячим воздухомАвтоматизированная зачистка торцов муфт, считывание маркировкиМеханическая зачистка внутренней поверхности трубШаблонированиеДефектоскопия и сортировка по группам прочности, автоматическое нанесение технологической маркировкиОтвертывание муфтАвтоматическая отрезка дефектных участков трубыМеханическая обработкаКонтроль геометрии резьбыНавертывание новых муфтГидроиспытаниеСушка горячим воздухомИзмерение длины трубыКлеймениеУстановка транспортных заглушек на резьбыФормирование пакетов труб заданного количества или длины с сортировкой по группам прочностиВедение учета выпуска и паспортизации НКТ | Рабочая жидкость - вода,Давление воды - до 23,0; 40 МПаТемпература воды – цеховаяТемпература 70°...80°СДанные считывания передаются в АСУ НКТСкорость вращения труб80 - 100 об/минКонтроль шаблоном согласно ГОСТ 633-80Контролируемые параметры: сплошность материала трубы, толщинометрия; разбраковка труб и муфт по группам прочности, определение границ дефектных участков трубыМкр до 6000 кГмОтрезка биметаллической пилой2465×27×0,9 (мм)Нарезка резьбы по ГОСТ 633-80Контролируются геометрические параметры резьбы согласно ГОСТ, сортировка "годен-брак"С электронным контролем крутящего моментаДавление 30,0 МПаТемпература 70°...80°СИзмеряется длина труб, общая длина в пакете, число трубНанесение клейма вдавливанием, до 20 знаков на торце муфтыКонструкция заглушек определяется ЗаказчикомКоличество и длина труб определяется установкой по п.14Присвоение идентификационных номеров трубам, ведение компьютерных паспортов | Автоматизированная линия мойки, система оборотного водоснабженияКамера сушкиУстановка механической зачисткиУстановка зачисткиУстановка шаблонирования с автоматическим определением длины забракованных участковАвтоматизированная линия дефектоскопии, с системой "Уран- 2000М", "Уран-3000". Автоматический маркиратор с промышленным струйным принтером.Станок муфтодоверточныйСтанок ленточно-отрезной с механизациейТокарный станок трубонарезной типа РТ (Тип станка уточняется с Заказчиком)Муфтодоверточный станокУстановка гидроиспытания*Камера сушкиУстановка измерения длиныУстановка клеймения с программным управлениемСтендСтеллаж с накопителемСистема АСУ НКТ и паспортизации | 42150×6780×2900(1)11830×1800×2010(1)23900×900×2900(1)23900×900×2900(1)24800×600×1200(1)41500×1450×2400(1)2740×1350×1650(1)2740×1350×1650(1)2740×1350×1650(1)2740×1350×1650(1)17300×6200×3130(1)11830×1800×2010(1)12100×840×2100(1)9800×960×1630(1)9800×960×1630(1)9800×960×1630(1)2740×1350×1650(1) | 122,2423,7869,369,329,899,64,534,534,534,5354,223,725,46,26,26,24,53 |
| Ремонт особо загрязнённых НКТ (вводятся дополнительные операции перед операцией п.1)1. Нефтепарафины | |||||
| Предварительная очистка труб с любой степенью загрязнённости | Выдавливание нефтепарафинов при помощи штанги. Температура нагрева трубы 50° С | Установка предварительной очистки НКТ с индукционным нагревом. | |||
| 2. Твёрдые солевые отложения | |||||
| 2.1. Предварительная очистка внутренней поверхности труб от солевых отложения ударно-вращательным способом2.2. Чистовая мойка труб | Рабочий инструмент - буровая коронка, ударникОкончательная очистка внутренней поверхности трубы спрейерным способом.Давление воды - до 80 МПа. | Установка предварительной очистки внутренней поверхности труб.Установка мойки и чистовой очистки труб | |||
| Ремонт муфт** | |||||
| 12345 | Чистовая мойка отвернутых муфт горячим моющим растворомМеханическая очистка резьбыКолтроль геометрии резьбыЗачистка торца муфты, удаление старой маркировкиТермодиффузионное цинкование | Температура 60...70° СЧастота вращения щетки - до 6000 мин. Предусмотрена подача СОЖКонтролируются геометрические параметры резьбы согласно ГОСТ, сортировка "годен-брак"Глубина удаляемого слоя - 0,3 ... 0,5 ммОбработка в печи с цинкосодержащей смесью (толщина слоя - 0,02мм). Полировка, пассивирование, сушка горячим воздухом (температура - 50 ...60°С) | Установка механизированной мойкиПолуавтоматическая установка очистки резьбыТокарный станокБарабанная печь "Дистек",Ванны,калориферная сушилка | ||
* - по согласованию с заказчиком поставляется оборудование на давление до 70 МПа.