Контроль резьбовых соединений обсадных и насосно-компрессорных труб

Контроль резьбовых соединений обсадных и насосно-компрессорных труб

Введение
Надежность резьбовых соединений обсадных и насосно-компрессорных труб (НКТ) является критически важным фактором для безопасности и эффективности строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Отказ соединения может привести к катастрофическим последствиям: потерям герметичности ствола, межпластовым перетокам, фонтанированию, дорогостоящим ремонтам и экологическому ущербу. Поэтому строгий контроль качества резьбовых соединений на всех этапах – от производства труб до их спуска в скважину – является неотъемлемой частью технологического обеспечения добычи углеводородов.

1. Объекты испытаний

Объектами контроля являются непосредственно резьбовые соединения следующих типов труб:

1. Обсадные трубы: Трубы, предназначенные для крепления стенок буровой скважины и изоляции продуктивных пластов от других горизонтов и поверхности.
   • Соединения типа: LTC (Long Thread Coupling), BTC (Buttress Thread Coupling), STC (Short Thread Coupling), конические резьбы без муфт (интегральные соединения), специальные премиум-резьбы (различных производителей).
2. Насосно-компрессорные трубы (НКТ): Трубы, используемые для спуска глубинных насосов, закачки флюидов (вода, газ, химические реагенты) в пласт, проведения исследовательских и ремонтных работ в скважине.
   • Соединения типа: конические резьбы без муфт (интегральные соединения - наиболее распространены для НКТ), муфтовые соединения, специальные премиум-резьбы (различных производителей).

Контролю подлежат как новые соединения на концах труб и муфтах, так и соединения, собранные ("свинченные") в процессе подготовки трубной колонны к спуску.

2. Область испытаний

Контроль резьбовых соединений проводится в следующих областях:

1. Производство труб и муфт:
   • Контроль геометрии резьбы (шаг, конусность, длина, профиль витков).
   • Визуальный контроль качества поверхности резьбы и уплотнительных поверхностей (отсутствие забоин, рисок, коррозии, посторонних включений).
   • Контроль механических свойств материала в зоне резьбы (при необходимости).
   • Контроль качества защитных покрытий (если применяются).
2. Базы подготовки труб (Трубные базы, Буровые базы):
   • Визуальный и измерительный контроль резьбы перед сборкой.
   • Контроль качества свинчивания (правильность монтажа, достижение требуемого момента затяжки или положения).
   • Проведение гидравлических испытаний собранных соединений.
   • Контроль состояния резьбы после разборки соединений (для труб, бывших в эксплуатации).
3. Нефтегазодобывающие предприятия (НГДП):
   • Входной контроль труб и муфт (резьбовая часть) перед приемкой.
   • Контроль качества свинчивания труб в процессе комплектации колонны непосредственно на буровой или кустовой площадке (визуальный, момент затяжки/положение).
   • Выборочный или сплошной контроль герметичности собранной колонны (опрессовка).
   • Контроль состояния резьбы поднятой из скважины колонны (для оценки возможности повторного использования).

3. Методы испытаний

Основные методы контроля резьбовых соединений включают:

1. Визуальный и измерительный контроль (ВИК):
   • Цель: Обнаружение видимых дефектов (повреждения резьбы, коррозия, деформации, посторонние частицы), оценка общего состояния.
   • Методика: Осмотр невооруженным глазом или с применением оптических средств (лупы, эндоскопы для внутренней резьбы муфт). Измерение параметров резьбы с помощью калибров (проходные/непроходные кольцевые и пробковые калибры с нониусами), шаблонов (резьбомеры для шага и профиля), микрометров, штангенциркулей для контроля конусности и диаметров. Сравнение с требованиями соответствующих ГОСТ, API Spec 5B, API Spec 5CT или спецификаций производителя.
2. Контроль момента свинчивания / положения:
   • Цель: Обеспечение правильной сборки соединения с достижением необходимого натяга и герметичности без повреждения резьбы.
   • Методика: Использование ключей с динамометрическим контролем (ручных, пневматических, гидравлических), оснащенных динамометрами или датчиками момента. Регистрация момента достижения "плеча" затяжки (shoulder torque) или момента срыва (breakout torque). Контроль относительного положения верхнего и нижнего торцов трубы и муфты (или меток на трубах для интегральных соединений) после свинчивания относительно начальной точки ("метод меток").
3. Гидравлические испытания (Гидроиспытания, Опрессовка):
   • Цель: Проверка герметичности и прочности собранного резьбового соединения под давлением.
   • Методика: Собранный участок трубы (или вся колонна) заполняется испытательной жидкостью (обычно водой с ингибиторами коррозии). Создается внутреннее давление, величина и длительность выдержки которого строго регламентированы стандартами (ГОСТ, API Spec 5CT, API RP 5C5, API RP 5C1) или техническим заданием. Отсутствие падения давления ниже допустимого предела и видимых течей (просачивания жидкости) свидетельствует об удовлетворительной герметичности.
4. Неразрушающий контроль (НК):
   • Цель: Обнаружение скрытых дефектов в материале резьбы или в зоне сварки муфты к трубе (если применимо), которые могут привести к разрушению под нагрузкой.
   • Методика:
     • Ультразвуковой контроль (УЗК): Использование ультразвуковых преобразователей для обнаружения внутренних несплошностей (трещин, расслоений, раковин) путем анализа отраженных сигналов. Особенно важен для контроля зоны сварки муфт.
     • Магнитопорошковый контроль (МПК): Выявление поверхностных и подповерхностных дефектов ферромагнитных материалов. Труба намагничивается, на поверхность резьбы наносится ферромагнитный порошок, который скапливается в местах дефектов.
     • Капиллярный контроль (Пенетрантный контроль, ПК): Выявление поверхностных дефектов (трещины, поры) на немагнитных материалах (например, на коррозионностойких покрытиях) или как дополнение к МПК. На поверхность наносится пенетрант (окрашивающая жидкость), который впитывается в дефекты, затем излишки удаляются, и наносится проявитель, который "вытягивает" пенетрант из дефекта, делая его видимым.
     • Вихретоковый контроль (ВТК): Обнаружение поверхностных и подповерхностных дефектов, контроль твердости, толщины покрытий путем анализа взаимодействия вихревых токов, наводимых в материале труб, с их электромагнитными характеристиками.

4. Испытательное оборудование

Для реализации перечисленных методов контроля применяется специализированное оборудование:

1. Для ВИК и измерений:
   • Наборы резьбовых калибров (кольцевые, пробковые, контрольные) по спецификациям труб.
   • Шаблоны (резьбомеры) для шага и профиля резьбы.
   • Мерительный инструмент: микрометры, штангенциркули, нутромеры.
   • Оптические приборы: лупы, эндоскопы/борингоскопы.
   • Осветительное оборудование.
2. Для контроля свинчивания:
   • Трубные ключи различных типов (цепные, плашечные).
   • Динамометрические ключи (механические, электронные, гидравлические) с датчиками момента.
   • Станции свинчивания/развинчивания (ручные или автоматизированные), интегрированные с системами контроля момента и положения.
   • Комплекты для маркировки труб (краска, шаблоны).
3. Для гидравлических испытаний:
   • Опрессовочные насосные установки (ручные насосы высокого давления, электроприводные насосные агрегаты, стационарные испытательные стенды).
   • Запорная и регулирующая арматура (краны, вентили, клапаны безопасности).
   • Манометры высокого класса точности и диапазона, соответствующие давлению испытаний.
   • Системы регистрации давления (дигитайзеры, самописцы).
   • Системы контроля утечек (визуальный осмотр, чувствительные датчики влажности/протечек).
   • Испытательные заглушки и переходники.
4. Для неразрушающего контроля:
   • Ультразвуковые дефектоскопы (портативные или стационарные) с комплектом специализированных преобразователей для контроля резьбы и сварных швов муфт.
   • Магнитопорошковые установки (стационарные или переносные) с источниками намагничивания и ферромагнитными суспензиями.
   • Наборы для капиллярного контроля (очистители, пенетранты, проявители).
   • Вихретоковые дефектоскопы с датчиками для контроля трубной резьбы.
   • Калибровочные образцы для настройки аппаратуры НК.

Заключение
Контроль резьбовых соединений обсадных труб и НКТ представляет собой комплексную задачу, требующую применения разнообразных методов и специализированного оборудования на всех этапах жизненного цикла трубной продукции. Строгое соблюдение регламентов испытаний и требований стандартов, квалификация персонала и использование исправных и поверенных средств контроля являются залогом обеспечения надежности резьбовых соединений в условиях высоких механических нагрузок, давления и коррозионной среды скважины. Это, в свою очередь, минимизирует риски аварий и обеспечивает безопасную и эффективную эксплуатацию нефтяных и газовых скважин.