Труба НКТ (насосно-компрессорная труба) — основной элемент колонны, через которую скважина выдаёт нефть, газ или воду на поверхность, поэтому диаметр трубы напрямую определяет пропускную способность скважины и совместимость с погружным оборудованием. В статье собран сортамент по ГОСТ 633-80 с реальными значениями диаметров, толщины стенки и массы, разобраны группы прочности стали и приведены критерии подбора диаметра НКТ под конкретную задачу.
На поверхности трубы НКТ маркируют клеймом на расстоянии 0,4–0,6 м от муфтового конца. Маркировка включает несколько обязательных позиций:
- условный диаметр трубы в миллиметрах;
- толщину стенки в миллиметрах;
- группу прочности стали (буква Д, К, Е, Л, М или Р);
- товарный знак предприятия-изготовителя;
- месяц и год выпуска партии.
Что такое труба НКТ и почему диаметр важен
НКТ — это стальная труба круглого сечения, из которой собирают колонну, спускаемую внутрь обсадной колонны скважины: по ней флюид поднимается на поверхность, через неё закачивают реагенты, спускают глубинный насос или газлифтное оборудование. В отличие от обсадных труб, которые цементируются в стволе скважины и образуют его постоянную обкладку, колонна НКТ остаётся съёмной и при необходимости извлекается для ремонта или замены диаметра. От бурильной трубы НКТ отличается назначением и резьбовым соединением: бурильная колонна передаёт крутящий момент на долото при бурении, а колонна НКТ работает на статическую и осевую нагрузку при добыче и не рассчитана на постоянное вращение.
Трубы исполнения А ГОСТ 633-80 изготавливают фиксированной длиной 10 м, трубы исполнения Б поставляют группами длин, согласованными между изготовителем и заказчиком в заказе на партию — допускается смешивание длин в одной партии, что упрощает комплектацию колонны под точную глубину спуска без лишней резки трубы на объекте.
Диаметр трубы НКТ определяет три практических параметра: пропускную способность по дебиту жидкости и газа, минимальный проход для спуска приборов и оборудования, а также массу и нагрузку колонны на устьевое оборудование. Заниженный диаметр ограничивает дебит и не пропускает крупногабаритные приборы, завышенный — увеличивает массу колонны и стоимость металла без технологической выгоды.
Нормативная база: ГОСТ и стандарты на трубу НКТ
Основной действующий стандарт на трубы НКТ и муфты к ним — ГОСТ 633-80, введённый в действие с 1 января 1983 года. Помимо него в России применяют ГОСТ Р 52203-2004, ГОСТ Р 53366-2009 (соответствует ISO 11960) и ГОСТ 31446-2017, а для импортного оборудования и совместных проектов — американский API Spec 5CT.
По способу изготовления трубы НКТ относятся к бесшовной трубе: заготовку получают методом горячей или холодной деформации, после чего на трубе нарезают резьбу под муфтовое соединение. Справочные диаметры для горячедеформированной трубы и для холоднодеформированной трубы приведены в соответствующих разделах сайта — оба способа производства допускаются ГОСТ 633-80 для разных групп прочности.
Помимо ГОСТ заказчик может согласовать с производителем технические условия (ТУ): они сохраняют базовые диаметры из ГОСТ 633-80, но допускают изменение толщины стенки, длины трубы или марки стали под конкретные условия скважины — такой подход применяют, когда стандартный сортамент не закрывает требования по коррозионной стойкости среды или нестандартной осевой нагрузке на колонну.
Стандартные диаметры и сортамент труб НКТ
ГОСТ 633-80 закрепляет восемь условных диаметров НКТ: 33, 42, 48, 60, 73, 89, 102 и 114 мм. На практике в нефтегазовой отрасли чаще всего применяют трубы 60, 73, 89 и 114 мм — они закрывают большинство фонтанных, насосных и газлифтных скважин. Полный сортамент с массой одного метра и параметрами муфты приведён в таблице ниже.
| Условный диаметр, мм | Наружный диаметр трубы, мм | Толщина стенки, мм | Внутренний диаметр, мм | Масса 1 м трубы, кг | Наружный диаметр муфты, мм |
|---|---|---|---|---|---|
| 33 | 33,4 | 3,5 | 26,4 | 2,6 | 42,2 |
| 42 | 42,2 | 3,5 | 35,2 | 3,3 | 52,2 |
| 48 | 48,3 | 4,0 | 40,3 | 4,4 | 55,9 |
| 60 | 60,3 | 5,0 | 50,3 | 6,8 | 73,0 |
| 73 | 73,0 | 5,5 | 62,0 | 9,2 | 88,9 |
| 73 | 73,0 | 7,0 | 59,0 | 11,4 | 88,9 |
| 89 | 88,9 | 6,5 | 75,9 | 13,2 | 108,0 |
| 102 | 101,6 | 6,5 | 88,6 | 15,2 | 120,6 |
| 114 | 114,3 | 7,0 | 100,3 | 18,5 | 132,1 |
Условные диаметры НКТ совпадают с округлёнными значениями дюймовых типоразмеров API: 88,9 мм соответствуют ровно 3,5 дюйма, 101,6 мм — 4 дюймам, а 114,3 мм — 4,5 дюйма, поэтому при работе с импортным оборудованием перевод размеров не требует приближённых пересчётов.
Внутренний диаметр НКТ и его значение для скважины
Внутренний диаметр — параметр, который определяет минимальный проход для приборов и оборудования внутри колонны, и он заметно отличается от наружного на величину двух толщин стенки. У трубы 73×5,5 мм внутренний диаметр составляет 62,0 мм, а у той же трубы с усиленной стенкой 73×7,0 мм — уже 59,0 мм при одинаковом наружном диаметре колонны.
Перед спуском в трубу глубинного насоса, газлифтного клапана или скважинного прибора внутренний диаметр сверяют с габаритом оборудования по паспорту производителя — узкий зазор между прибором и стенкой трубы увеличивает риск посадки инструмента при спуско-подъёмных операциях, особенно на наклонно-направленных участках ствола скважины.
Группы прочности стали труб НКТ
ГОСТ 633-80 предусматривает шесть групп прочности стали: Д, К, Е, Л, М и Р — в этом порядке растёт временное сопротивление разрыву и предел текучести металла, что позволяет подобрать трубу под глубину скважины и ожидаемые осевые нагрузки на колонну.
| Группа прочности | Временное сопротивление σв, МПа, не менее | Предел текучести σт, МПа, не менее | Предел текучести σт, МПа, не более |
|---|---|---|---|
| Д | 655 | 379 | 552 |
| К | 687 | 491 | — |
| Е | 689 | 552 | 758 |
| Л | 758 | 654 | 862 |
| М | 823 | 724 | 921 |
| Р | 1000 | 930 | 1137 |
Для неглубоких скважин с малой осевой нагрузкой на колонну достаточно группы Д или К, для скважин с большой глубиной спуска и высоким давлением применяют группы Л, М и Р — трубы этих групп проходят обязательную термическую или термомеханическую обработку по требованию ГОСТ 633-80.
Группу прочности выбирают не только по нагрузке, но и по коррозионной активности среды: в скважинах с высоким содержанием сероводорода или углекислого газа повышенная твёрдость металла групп М и Р увеличивает риск сульфидного растрескивания под напряжением, поэтому в агрессивных средах часто предпочитают группы К и Е с дополнительной коррозионностойкой обработкой по отдельным ТУ, а не максимальную прочность.
Допуски на размеры и массу труб НКТ
На сортамент труб НКТ распространяются предельные отклонения по наружному диаметру, толщине стенки и массе, которые нужно учитывать при приёмке партии и расчёте веса колонны.
| Параметр | Допустимое отклонение по ГОСТ 633-80 |
|---|---|
| Наружный диаметр, исполнение А, до 102 мм | ±0,8 мм |
| Наружный диаметр, исполнение А, 114 мм | ±0,9 мм |
| Толщина стенки | −12,5%, плюсовое отклонение ограничено массой трубы |
| Масса партии труб исполнения А (от 60 т) | −1,75% |
| Масса отдельной трубы исполнения Б | ±6,0% |
Резьбу и уплотнительную коническую расточку муфт по ГОСТ 633-80 защищают цинковым или фосфатным покрытием — оцинкованное соединение медленнее теряет геометрию резьбы при многократном свинчивании-разводе колонны на спуско-подъёмных операциях.
Исполнения и типы соединений труб НКТ
ГОСТ 633-80 описывает несколько типов исполнения трубы НКТ, которые различаются по форме концов и способу герметизации соединения колонны.
| Тип исполнения | Описание | Пример обозначения |
|---|---|---|
| Гладкие трубы | базовое исполнение с гладкими концами и муфтой | 60×5-Е ГОСТ 633-80 |
| В (НКВ) | трубы с высаженными наружу концами, муфтовое соединение | В-73×5,5-Л ГОСТ 633-80 |
| НКБ | безмуфтовые трубы с высаженными наружу концами | НКБ-102×6,5-М ГОСТ 633-80 |
| НКМ | гладкие высокогерметичные трубы с резьбовым уплотнением металл-металл | НКМ-89×6,5-К ГОСТ 633-80 |
| ТУК | гладкие трубы с термоупрочнёнными концами (до группы прочности Е включительно) | 60×5-ТУК-Е ГОСТ 633-80 |
Выбор исполнения зависит от условий эксплуатации скважины:
- гладкие трубы и В (НКВ) — для большинства добывающих скважин с типовым давлением и умеренной коррозионной средой;
- безмуфтовые НКБ — там, где важно сократить количество соединений по длине колонны и наружный габарит;
- высокогерметичные НКМ — для скважин с газовым фактором и риском пропуска газа через резьбовое соединение;
- ТУК — там, где концы труб подвергаются повышенному износу при частых спуско-подъёмных операциях.
Как выбрать диаметр НКТ для конкретной скважины
Диаметр НКТ подбирают по четырём практическим критериям: дебиту скважины, типу механизированной добычи, диаметру обсадной колонны и габариту погружного оборудования. Ошибка в выборе диаметра обычно проявляется не сразу, а после монтажа скважинного насоса или газлифтных клапанов — тесный зазор внутри колонны увеличивает гидравлическое сопротивление потоку и осложняет последующий капитальный ремонт скважины.
- для скважин с дебитом до 20–30 м³/сут и штанговым насосом обычно достаточно трубы 60 мм;
- для скважин с электроцентробежным насосом (УЭЦН) среднего и высокого дебита применяют трубы 73 и 89 мм — внутренний диаметр должен превышать наружный габарит насоса с запасом на центраторы и кабель;
- для высокодебитных и газлифтных скважин с клапанами газлифта выбирают трубы 102 и 114 мм, где внутренний проход допускает установку нескольких рядов оборудования;
- диаметр НКТ всегда сверяют с внутренним диаметром обсадной колонны: между муфтой НКТ и стенкой обсадной трубы оставляют технологический зазор для свободного прохода при спуске.
Группу прочности выбирают отдельно от диаметра, исходя из глубины спуска и расчётной осевой нагрузки на верхнюю трубу колонны: для колонны длиной свыше 2000–2500 м собственный вес труб нижней группы прочности может превысить допустимую нагрузку на резьбовое соединение в верхней части колонны.
Совместимость труб НКТ разных стандартов
Трубы по ГОСТ 633-80, ГОСТ Р 53366-2009, ГОСТ 31446-2017 и API Spec 5CT совпадают по основным условным диаметрам, но отличаются допусками, резьбовым профилем и перечнем доступных групп прочности — смешивать трубы и муфты разных стандартов в одной колонне не рекомендуется без отдельного расчёта совместимости резьбы.
Новые стандарты ГОСТ Р 53366-2009 и ГОСТ 31446-2017 дополнительно допускают изготовление труб НКТ методом электросварки для ряда условий эксплуатации — справочные диаметры для электросварной трубы приведены в соответствующем разделе сайта, хотя для основных нагруженных колонн нефтегазовая отрасль по-прежнему отдаёт предпочтение бесшовному прокату.
При подборе аналога по диаметру среди прочего стального трубного проката удобно пользоваться общим разделом диаметров стальных труб сайта — там собраны размеры всех видов трубного проката для сверки с типоразмером НКТ.
Расчёт массы колонны труб НКТ
Массу колонны рассчитывают как произведение массы одного метра трубы (из сортаментной таблицы выше) на длину колонны до глубины спуска, добавляя массу муфт из расчёта одной муфты на каждую трубу длиной 9,5–11,6 м для исполнения Б.
Для трубы 73×5,5 мм длиной колонны 2000 м масса труб без муфт составит около 18,4 т (2000 м × 9,2 кг/м), а с учётом массы около 200 муфт по 2,4 кг — порядка 18,9 т. Расчёт массы важен для подбора грузоподъёмности подъёмного агрегата и проверки нагрузки на резьбовое соединение верхней трубы колонны.
При проверке нагрузки на верхнюю трубу колонны к расчётной массе добавляют запас 10–15% на динамические нагрузки при спуско-подъёмных операциях и на возможное прилипание колонны к стенке скважины — расчёт без этого запаса даёт заниженную нагрузку и риск превышения допустимого усилия на резьбовое соединение в реальных условиях работы.
Резьбовое соединение труб НКТ выполняют одним из трёх типов профиля: треугольная резьба — для базового исполнения с гладкими и высаженными концами, треугольная высокогерметичная — для исполнения НКМ, и трапецеидальная — для соединений с повышенной герметичностью при газовом факторе. Тип резьбы трубы и муфты всегда должен совпадать: треугольную резьбу на трапецеидальную муфту накрутить физически невозможно без повреждения профиля.
Глоссарий терминов по трубам НКТ
Краткий словарь терминов, которые встречаются в спецификациях и паспортах на трубу НКТ:
- Условный диаметр — номинальный наружный размер трубы, округлённый до целого миллиметра, по которому трубу называют в обозначении (НКТ 73, НКТ 89 и так далее);
- Группа прочности — буквенное обозначение стали (Д, К, Е, Л, М, Р), которое показывает предел текучести и временное сопротивление металла разрыву;
- Высаженные концы — утолщённые участки трубы под резьбой, которые компенсируют потерю сечения металла на нарезанной резьбе и сохраняют прочность соединения;
- НКМ — труба с резьбовым соединением металл-металл без дополнительной муфты, обеспечивающая повышенную герметичность при газовом факторе;
- Дрифт (минимальный проход) — гарантированный внутренний диаметр трубы после прохода калибра, по которому проверяют проходимость приборов и оборудования;
- Исполнение А и Б — категории точности изготовления трубы: исполнение А имеет более жёсткие допуски по диаметру и массе, чем исполнение Б.
Часто задаваемые вопросы про диаметр труб НКТ
Какой диаметр НКТ самый распространённый?
В большинстве добывающих скважин применяют трубы 60, 73 и 89 мм — они закрывают диапазон дебитов от штанговой до электроцентробежной добычи без избыточного запаса по металлу.
Чем отличается внутренний диаметр НКТ от условного?
Условный диаметр — это номинальный наружный размер трубы по ГОСТ 633-80, а внутренний диаметр меньше его на удвоенную толщину стенки и определяет фактический проход для оборудования и флюида.
Какую группу прочности выбрать для глубокой скважины?
Чем больше глубина спуска и расчётная осевая нагрузка на колонну, тем выше нужна группа прочности — для скважин глубиной свыше 2000–2500 м обычно рассматривают группы Л, М или Р с обязательной проверкой нагрузки на верхнее резьбовое соединение.
Можно ли использовать трубу НКТ по ГОСТ 633-80 с муфтами по API?
Совмещать резьбовые соединения разных стандартов без отдельного расчёта не рекомендуется — профиль резьбы и допуски по ГОСТ 633-80 и API Spec 5CT не идентичны даже при совпадении условного диаметра.
Как по маркировке определить диаметр и группу прочности трубы НКТ?
В условном обозначении первое число — наружный диаметр в миллиметрах, второе — толщина стенки, а буква после размера — группа прочности стали, например 73×5,5-Е ГОСТ 633-80 означает трубу диаметром 73 мм, толщиной стенки 5,5 мм, группы прочности Е.
Зачем перед спуском оборудования проверяют дрифт трубы НКТ?
Дрифт — это гарантированный минимальный проход после калибровки, который может быть немного меньше расчётного внутреннего диаметра из-за допуска по толщине стенки и муфтового соединения — без проверки дрифта прибор с граничным габаритом рискует застрять в колонне при спуске.