37. Нагрузки, действующие на нкт. Методика их расчета.

Расчеты НКТ можно разделить на технологические и прочност­ные. К технологическим можно отнести расчеты гидравлического сопротивления потоку, движущемуся по трубам, определение ра­боты газа по подъему жидкости в колонне труб, проверку удлинения труб. Эти расчеты обычно даются в курсе технологии добычи нефти, и здесь мы не будем на них останавливаться.

Расчеты на прочность определяют допустимость использования данных труб по следующим параметрам:

нагрузке, вызывающей страгивание резьбового соединения;

эквивалентному напряжению, возникающему в опасном сече­нии трубы с учетом давления среды и осевой нагрузки;

циклической переменной нагрузке;

усилиям, вызывающим продольный изгиб трубы.

Необходимость учитывать все или часть этих факторов при рас­чете НКТ определяется условиями их работы.

Насосно-компрессорные трубы в фонтанных скважинах в за­висимости от схемы подъемника подвергаются или растягиваю­щей, или сжимающей нагрузкам.

При подвеске колонны труб в трубной головке фонтанной арматуры и при незафиксированном низе труб колонна рабо­тает на растяжение и максимальные напряжения возникают в верхнем сечении колонны. Усилие, растягивающее колонну, в этом случае равно

Q = lqk,

где q — вес 1 м труб с муфтами; l — длина колонны труб; k — коэффициент, учитывающий влияние кривизны скважины.

Прочность колонны равнопрочных НКТ проверяется опреде­лением напряжений от растягивающей силы Q в сечении по телу трубы и сравнении полученной величины напряжения с до­пустимым. При использовании неравнопрочных труб прочность колонны проверяется по опасному резьбовому соединению. Рассчитывают страгивающую нагрузку, т. е. усилие, при котором резьбовое соединение разрушается.

Допустимые страгивающие нагрузки для резьбовых соеди­нений НКТ каждого типоразмера известны. Значение страги­вающих нагрузок определяется опытным путем. Впервые рас­четным путем страгивающие нагрузки в общем виде с прием­лемой точностью были определены советским ученым Ф. И. Яковлевым и уточнены П. П. Шумиловым для кониче­ских резьбовых соединений при отношении внутреннего диа­метра трубы к толщине ее стенки по телу трубы в пределах 10—14 и по резьбе 15—20.

Иные условия работы колонны НКТ возникают, когда низ ее заякорен в эксплуатационной колонне скважины. В этих случаях возможны потеря устойчивости колонны и ее продоль­ный изгиб. Аналогично деформируются трубы при падении ко­лонны в скважину. В обоих случаях в зонах контакта изогну­тых частей колонны НКТ с эксплуатационной возникают рас­порные усилия и деформация труб из-за появления больших сил трения. Для обоих случаев желательно определить условия прочности и критическую сжимающую нагрузку.

При жесткой опоре колонны НКТ о якорь и сжимающем сверху колонну усилии потеря ее устойчивости и изгиб могут привести к ее зависанию в стволе скважины и уменьшению вследствие этого осевого усилия, передаваемого на якорь.

При использовании НКТ в качестве подъемных труб в штан­говых скважинных насосных установках колонна работает с циклическими нагрузками и ее прочностной расчет должен учитывать усталостные явления. Для этого необходимо опре­делить амплитуду напряжений и при известном пределе вынос­ливости для материалов, соответствующих группе прочности данной трубы, определить запас прочности.