Лифт құбырлары. Сорапты-комрессорлы құбырлар (СКҚ). Мұнай өндірісінің коммуникациялық құбырлары
Мұнай өндірісінде құбырларды келесі жағдайлар үшін қолданады: ұңғы ішінде мұнай қозғалысы орын алатын оқпанды жасау үшін, ұңғы ішіндегі қондырғыларды орналастыру үшін, өндіріс территориясында құбырларды жүргізу үшін. Қолданылатын құбырлар әртүрлі болып келеді, сонымен бірге олардың негізгі 4 түрін атауға болады: бұрғылау, шегендеу, сорапты-компрессорлы және мұнай кәсіпшілігінің коммуникация құбырлары.
Құбырдың алғашқы үш түріндегі әрбір құбырда муфтасы жоқ шетінен 0.4-0.6 метр қашықтық аралығында мынадай белгілер болады: шартты диаметрі (мм) және құбырдың нөмірі, болаттың төзімділігі, қабырғасының қалыңдығы, шығарылған айы мен жылы, өндіруші зауыттың тауарлық белгісі. Бұл белгілердің жанына ашық түсті шайылмайтын бояумен белгілерді қайталап жазады.
Сорапты компрессорлы құбырлардан тізбек құрылып, ұңғыма бойымен түсіріледі. СКҚ-ды қолдану мақсаттары мынадай:
- қабаттан алынған сұйықты, сұйық пен газ қоспасын немесе газды жер бетіне көтеру;
- ұңғы түбіне сұйық немесе газды айдау үшін (технологиялық процестерді орындау үшін, өнімділікті арттыру немесе жөндеу жұмыстарын жүргізу үшін);
- ұңғы ішіндегі қондырғыларды ілу үшін;
- ұңғы ішінде жөндеу және бұрғылау жұмыстарын жүргізу.
СКҚ-ң шартты белгілену үлгілері:
Төзімділік дәрежесі Е, шартты диаметрі 60мм, қабырға қалыңдығы 5мм құбырлар үшін:
- 60х5-Е МЕмСТ 633-80 – тегіс құбырлар үшін;
- В-60х5 МЕмСТ 633-80 – шеттері сыртқа шығарылған құбырлар үшін;
- МСК (муфталы сорапты компрессорлы)-60х5 МЕмСТ 633-80 – жоғары герметизацияланған құбырлар;
- МзСК*(*муфтасыз сорапты компрессорлы)-60х5 МЕмСТ 633-80 – жоғары герметизацияланған муфтасыз құбырлар.
СКҚ-лар МЕмСТ 633 бойынша жасалады. Ол бойынша тегіс құбырлар және оларға арналған муфталар, шеттері сыртқа шығарылған құбырлар және оларға қажетті муфталар, тегіс жоғары герметизацияланған құбырлар мен оларға арналған муфталар және муфтасы жоқ шеттері сыртқа шығарылған құбырлар жасалынады. Тегіс құбырларды жасау жеңіл, бірақ олардың шет жақтарына жасалған бұранданың есебінен шет жақтарының төзімділігі әлсірейді. Ал бұрандасы сыртында орналасқан құбырлардың бойы мен шет жақтарының төзімділігі жоғары болады. Оны төзімділігі біркелкі құбырлар деп атайды. Оларға жасалған муфтаның диаметрі құбырдың диаметрінен үлкен болады (1.2-кесте). Тегіс құбырлардың резьбасы конустық кейіппен жасалынып, профильдік бұрышы 600-қа тең болады.
1.2-кесте
СКҚ-лардың стандартты диаметрлері (МЕмСТ 633-80)
| Құбырдың шартты диаметрі | Сыртқы диаметр, мм | Құбыр қабырғасының қалыңдығы, мм | Құбырдың ішкі диаметрі, мм | Құбыр мен муфтаның массасы (теориялық) кг/м | |||
| Құбырдың тегіс бөлімі | Муфталар | Тегіс құбыр | В типті құбыр | ||||
| Тегіс құбыр | В типті құбыр | ||||||
| 26,7 | - | 42,2 | 3,0 | 20,7 | - | 1,85 | |
| 33,4 | 42,2 | 48,3 | 3,5 | 26,4 | 2,65 | 2,66 | |
| 42,2 | 52,2 | 55,9 | 3,5 | 35,2 | 3,38 | 3,46 | |
| 48,3 | 55,9 | 63,5 | 4,0 | 40,3 | 4,46 | 4,54 | |
| 60,3 | 73,0 | 77,8 | 5,0 | 50,3 | 7,01 | 7,12 | |
| 73,0 | 88,9 | 93,2 | 5,5 | 62,0 | 9,50 | 9,55 | |
| 73,0 | 88,9 | 93,2 | 7,0 | 59,0 | 11,70 | 11,87 | |
| 88,9 | 108,0 | 114,3 | 6,5 | 75,9 | 13,68 | 13,72 | |
| 88,9 | - | 114,3 | 8,0 | 79,0 | - | 16,69 | |
| 101,6 | 120,6 | 127,0 | 6,5 | 88,6 | 15,80 | 16,05 | |
| 114,3 | 132,1 | 141,3 | 7,0 | 100,3 | 19,13 | 19,49 |
Тегіс және шеттері сыртқа шығарылған СКҚ-лардың бұрандасының конустығы 1:16, дөңгеленген профиль бұрышы 60 градусқа тең. МСҚ және МзСҚ құбырлардың бұрандалы бөлігінің соңы конусты тегіс, ол ұшы муфталы-конусты бұрандаға кигізіліп, қосымша нығыздалады.
Құбырлардың шамасы бойынша А құбырлары (өте дәл жасалынған) үшін ауытқуы +6.5 тен –3.5% аралығында, ал Б құбырлары (аса дәл емес) үшін ауытқу +8 ден –6%-ға дейінгі аралықта болады.
СКҚ-лардың ішкі диаметрін ұзындығы 1250 мм СКҚ ішкі диаметрінен 2-2.9мм-ге кем арнайы жасалынған үлгі арқылы тексереді. Қабырғаның қалыңдығына минусты 12,5%-ға тең шақтама орнатылған.
Муфтасыз СКҚ-ларды ұңғыларға түсіру үшін құрылымы күрделі, қымбатқа түсетін элеваторлар қолданылады. Олар құбырлар тізбегін тегіс немесе кеңейтілген бөлігінен ұстап тұра алады. Ол үшін элеватордың сыналы ұстаушы органы мен конустық отырғызу беті болуы керек. Осыған байланысты оның құрылымының күрделілігі күрт артады.
Құбырлар төзімділік тобы мынадай болаттардан жасалады: Д, К, Е, Л, М, Р. Сонымен қатар, СКҚ Д16Т маркалы алюминді қорытпасынан жасалынуы мүмкін. Бұл қорытпаның ағу шегінің мөлшері 300 МПа, ал төзімділік шегі 110 МПА-ға дейін болады. Қорытпаның салыстырмалы тығыздығы 2,72-ге тең. Алюмин қорытпасынан жасалған құбырлардың салмағы болаттан жасалған құбырлардың салмағынан кіші, бірақ төзімділігі де төмендейді (Д-болаттан 1.25 есе кіші, К үшін –1.67, Е үшін –1.85есе). Сонымен қатар, алюминнен жасалған құбырларды терең түсіруге болады.
Д16Т құбырларының сонымен қатар, күкіртсутегілік (H2S) ортада коррозияға төзімділігі жоғары болады, егер оны қалың қабатты анодпен қаптаса, оның коррозияға төзімділігі одан да артады.
Газдың қысымы 50 МПа (500 кгс/см2) дейінгі ортада МСҚ тегіс құбырлары муфталы байланысының көмегімен герметизацияланады. Байланысу аймағының төзімділігі құбыр бойының төзімділігінің 85-90%-ын құрайды, ал ол МЕмСТ 633 тегіс құбырларының мәнімен салыстырғанда 25-35%-ға үлкен болады.
Конусты нығыздаушы беттерінің құрылымы және бұранданың профилі МзСҚ1 байланысындағы қолданатын құбырларға ұқсас. Байланысты одан әрі бекіткенде құбырлардың ішіндегі қапталдары түйісуге түседі.
МСҚ типті құбырларға қажетті ажырату күшін Рстр анықтау үзілуге қауіпті көлденең қима үшін жүргізеді. Аталған қима бұранданың біткен жерінен 12 мм ара қашықтықта болады және күш келесі формуламен анықталады:
. ( 1.3 )
мұндағы, Dcp – қауіпті қимадағы құбырдың орташа диаметрі, b – профильдің жұмыс істеу биіктігі, 
– құбыр материалының ағу шегі, 
– болаттың пластикалық бөлігі үшін Пуассон коэффициенті (0,5-ке тең), 
– үйкелісі бұрышы (90), 
– созу жүгін қабылдайтын профильдің иілу бұрышы, l – ұсталып тұрған бұранданың ұзындығы (l = L – 0.014 м), L – бұранданың жалпы ұзындығы.
СКҚ-лардың әрбір 8-10 метр аралығында бұрандалы байлыныстарының орын алуынан оларды ұңғыларға түсіріп-көтеру жұмыстары күрт артады.
Қазіргі уақытта, шетел елдерінің СКҚ-ры жиі қолданыс табады. Бұл құбырлар API, SPEC стандарттары бойынша жасалған.
Бұл СКҚ-ларының сыртқы диаметрі 26,7 және 114,3 мм аралығында және олардың шет жақтары сыртқа шығарылмаған немесе құбырлардың муфтасының кеңейтілген құбыршығы бар.
СКҚ-ларды біріктіру үшін қалыпты бұрандадан (конустылығы 1:16, профиль бұрышы 600, қадамы 3,175 немесе 2,54 мм) басқа арнайы трапециялы және тіректі бұрандалар қолданылады.
Герметизацияны жоғарылату үшін қосымша нығыздаушы беттерді және тефлоннан жасалған нығыздаушы сақиналарды қолданады. Коррозиядан сақтау үшін кейбір фирмалар құбыр ішін пластмассамен қаптайды.
СКҚ келесі төзімділікті болаттардан да жасалынады: Н-40, J-55 (МЕмСТ 633 бойынша Д-ға сәйкес келеді) және N-80 API бойынша (5В спецификациясы), 5ВН API спецификациясы бойынша төзімділігі Р-105 болаттардан, 5ВС API спецификациясы бойынша H2S ортасы үшін С-75 төзімділікті (К, Е беріктік тобы) болаттан жасалады.
Төзімділік тобы Н-40, J-55, N-80(E) және Р-105 (М) болаттардың химиялық құрамы стандарттарда көрсетілмейді.
Болаттардың қалыпты химиялық құрамдары 1.3-кестеде, ал материалдардың механикалық сипаттамасы 1.4-кестеде келтірілген.
Кестеде СКҚ материалдарының механикалық қасиеттері API, SPEC 5B, SPEC 5BХ, SPEC 5BY үшін берілген.
1.3-кесте
Болаттың химиялық құрамы
| Болаттың беріктік тобы | Термиялық өндеу түрі | Көміртектің құрамы, % | Марганец құрамы, % | Басқа компоненттер, % |
| H-40 J-55 N-80 P-105 | - - орташа жіберу және орташа | 0,27... 0,37 0,37... 0,47 0,38... 0,48 0,37...0,45 | 0,70... 1,00 0,80... 1,00 1,40... 1,70 0,60... 0,80 | - - Mo-0,15 Cr-0,80 Ni-1,30 Mo-0,25 Mo-0,15 V-0,08 Mo-0,15 Cr-0,9 |
1.4-кесте
Материалдың механикалық сипаттамасы (СКҚ үшін АР1 Spec 5 B, 5 ВС, 5ВХАРI Spec 5В, 5ВС, 5ВХ бойынша)
| Болаттың беріктік тобы | Созылудағы шекті беріктік, МПа аспау керек | Созылудағы шекті беріктік, МПа аспау керек | Үзіліс кезіндегі шамалы созылу |
| H-40 | 29,5 | ||
| J-55 | 24,0 | ||
| С-75 | 19,5 | ||
| P-80 | 18,5 | ||
| Р-105 | 16,0 |
Соңғы жылдары үзіліссіз орамды, иілгіш және муфтасыз тегіс құбырлар (ұзындығы 2500 м, кей жағдайларда 5500 м) жиі қолданыс тауып жүр. Бұл құбырлар толық ұзындығымен өндіріліп шығарылады (немесе бөлек бухтамен 600-650 м-ден, бір-бірімен дәнекерленіп байланысқан), олардың бұрандасы болмайды және бухтаға оралынып, үлкен автомашинаға орнатылған арнайы агрегат арқылы ұңғының оқпаны бойымен түсіріледі.
Агрегаттың тарту қондырғысында СКҚ үйкеліс күшінің әсерінен ілініп тұрады.
Мұндай құбырлар тізбегімен құм тығындарын жою үшін сұйық айдауға, жөндеу және пайдалану жұмыстары үшін қондырғыларды ұңғыға түсіру жұмыстарын жүргізуге болады. Үзіліссіз тегіс құбырларды қолдану арқылы түсіру-көтеру жұмыстарының уақыты азаяды, бұрандаларды бұрау-ажырату жұмыстары жойылады.
Аталған құбырлардың кемшілігі ретінде түсіріп-көтеру жұмыстарын жүргізу үшін қолданатын қондырғылардың үлкен болуын атап өтуге болады, себебі барабандағы құбырлардың бүгілу радиусының үлкен болғаны жөн, сонда құбырлардың қалдық дифформациясы мейлінше азаяды. Бірақ В.Н.Ивановскийдің жүргізген жұмыстарына негізделетін болсақ, құбырлардың пластикалық дифформациясы оның жұмысына ешқандай әсер етпейді. Сондықтан да агрегат барабанының радиусын 2-1,8 м етіп жасауға болады. Қалған технологиялық кемшіліктер құбырларды қолдану барысында жойылады.
Мұнай кәсіпшілігінде, сонымен қатар ішкі жағы шынымен қапталған, эпоксидті смола жағылған СКҚ жиі қолданады. Бұлардың ішінде ең аз қолданылатыны – эмальмен қапталған құбырлар, себебі олар қымбатқа түседі. Мұндай әдіс құбыр беттерін парафиннен және коррозиядан қорғау үшін қолданылады. Сонымен қатар, олар ағынның гидравликалық кедергісін 20-30%-ға азайтады.
Шынымен қапталған бет жоғары температурада қолдануға тиімді болады және құбырлардың дефформациясы төзімді болып келеді. Әдетте, шыны бетке парафин жұқпайды. Бірақ шынымен қапталған беттің де кемшіліктері болады. Олардың негізгісі – құбырдың бетін шынымен қаптаған кезде микрожарылымдарының пайда болуы. Сондықтан бұл жарылымдарда коррозия басталып, парафин жинала бастайды. Қазіргі уақытта бұл жарықшақтарды жою үшін жаңа технология қолданылады.
Екінші кемшілік – құбырдың дефформациясы кезінде шынының жарылып кетуі. Бұған металл (0,21*106 МПа) және шынының (0,057*106 МПа) серпімділік модульдарының айырмашылығы себеп болады. Сонда құбырлардың металының деформациясы кезінде шынының жұқа қабатына өте үлкен күштер түсіп, оның бүтінділігі бұзылады. Мұндай жағдай құбырларды терең ұңғыларға түсіру және оны тасымалдау кезінде болады.
Шыныдағы кернеу оның шекті мәнінен аспас үшін келесі шартты сақтау керек:
P<(σш./n)(Fш+Fқұб*Еқұб/Еш).
мұндағы, Р – шынының беріктігін сақтауға негізделген шарттан анықталатын құбырларға әсер ететін мүмкіндік күштің мөлшері, σш – шынының беріктілігінің шегі, n – беріктік қоры (1.3... 1.5-ке тең), Fш, Fқұб – шыны және құбырдың көлденең қималарының аудандары, Еш, Еқұб – шыны және құбырдың материалының серпімділік модульдері.
Есептеулер бойынша диаметрі 73х5,5 мм құбырларда қолданатын ең берік шынылар үшін шекті әсер ету күші 200 кН. Демек, іші шынымен қапталған құбырлардың беріктігі шынының беріктілігіне байланысты болады. Ұңғыға ортадан тепкіш сорапты СКҚ арқылы түсіргенде, ол тереңдік 1500-1700 м-ден аспауы керек.
Беттері эпоксидті смоламен қапталған құбырлардың ішінде парафиннің жиналып қалуы күрт азаяды. Шынымен салыстырғанда эпоксидті смола иілімді болып келеді, яғни құбарлардың деформациялануы кезінде ол жарылмайды. Бірақ оның да кемшіліктері бар. Смолаларды тек 60-800С температураларда ғана қолдануға болады.
Соңғы жылдары эмальданған құбырлар жиі қолданыс табуда. Олардың ішкі беті механикалық тұрғыда өте төзімді (шыныға қарағанда едәуір), температураға да төзімділігі жоғары, суыққа шыдамды және беті тегіс, сонымен қатар бетке парафин жиналмайды.
СКҚ-ны қорғау үшін құбырларға бірнеше қабат эмаль жағылады. Эмальмен қаптау технологиясы шыны және эпоксидті смоламен өңдеуге қарағанда күрделірек болады.
Жоғарыда аталған үш әдіс те парафинмен күрес кезіндегі тиімді шаралар болып табылады. Пайдалану жағдайына байланысты белгілі бір әдістердің тиімді түрі қолданылады.
Құбырлардың бетін өңдеудегі жалпы кемшілікке құбыр ішіндегі муфталы байланыстардың коррозиядан қорғаныссыз қалуын атауға болады. Бұл жерлерде қорғалмаған орынды жабатын иілгіш қойылымдар немесе протекторлы сақиналар қолданылады. Бірақ бұндай шараларға байланысты қосымша қиыншылықтар пайда болады.