RU194158U1 - Heavy drill pipe - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к изготовлению тяжелых бурильных труб, которые могут использоваться в составе компоновки низа колонны бурильных труб при строительстве искривленных и горизонтальных скважин. В тяжелой бурильной трубе длина высадки под элеватор составляет не менее 70 мм. Расстояние от радиусного перехода к наружному диаметру соединительного замка до сварного шва составляет не менее 30 мм.The utility model relates to the manufacture of heavy drill pipes, which can be used as part of the layout of the bottom of the drill pipe string in the construction of curved and horizontal wells. In a heavy drill pipe, the length of the landing under the elevator is at least 70 mm. The distance from the radius transition to the outer diameter of the joint lock to the weld is at least 30 mm.

Description

Полезная модель относится к производству буровой техники, а именно, к изготовлению тяжелых бурильных труб, которые могут использоваться в составе компоновки низа колонны бурильных труб при бурении скважин. Данные бурильные трубы используются в основном при строительстве искривленных и горизонтальных скважин. The utility model relates to the production of drilling equipment, namely, to the manufacture of heavy drill pipes that can be used as part of the layout of the bottom of the drill pipe string when drilling wells. These drill pipes are mainly used in the construction of curved and horizontal wells.

Тяжелые бурильные трубы (ТБТ) предназначены для установки в колонне между стандартными бурильными трубами (БТ) верхней и средней частей компоновки и утяжеленными бурильными трубами (УБТ), образующими низ колонны бурильных труб и, соединяемыми с буровым инструментом, например, с долотом. Пояснения по термину «тяжелая бурильная труба (Heavy Weight Drill Pipe (HWDP)» даны в стандарте Американского нефтяного института ANSI/API Specification 7-1 first edition, September 2006, addendum 1,2,3 : «Specification for Rotary Drill Stem Elements», DS-1, том 4 "Специальное оборудование для бурения": «Тяжелая бурильная труба (HWDP) - группа труб, по весу располагающихся между стандартными бурильными трубами и утяжеленными бурильными трубами. Они характеризуются отсутствием внутренней высадки и наличием внешней высадки в средней части трубы». По ГОСТ 33006.2-2014: «ТБТ - труба с утолщенными стенками, используемая в переходной зоне для снижения износа и уменьшения осевой нагрузки на буровое долото в наклонных скважинах». Данные трубы должны обладать повышенными прочностными характеристиками, т.к., при бурении искривленных скважин на бурильную трубу воздействуют повышенные растягивающие нагрузки, изгибающий и крутящий моменты. ТБТ в отличие от обычных бурильных труб производятся в гораздо меньших количествах, и их производство можно охарактеризовать как мелкосерийное.Heavy drill pipes (TBT) are designed to be installed in a string between standard drill pipes (BT) of the upper and middle parts of the assembly and drill collars (drill collars), which form the bottom of the drill pipe string and are connected to the drilling tool, for example, with a drill bit. Explanations for the term “Heavy Weight Drill Pipe (HWDP)” are given in ANSI / API Standard Specification 7-1 first edition, September 2006, addendum 1,2,3: “Specification for Rotary Drill Stem Elements” , DS-1, Volume 4 “Special Drilling Equipment”: “Heavy drill pipe (HWDP) is a group of pipes that are placed between standard drill pipes and heavy drill pipes by weight. They are characterized by the absence of an internal upset and the presence of an external upset in the middle of the pipe ". According to GOST 33006.2-2014:" TBT - pipe with thickened walls, we use I’m in the transition zone to reduce wear and reduce the axial load on the drill bit in deviated wells. ”These pipes must have increased strength characteristics, because when drilling curved wells, increased tensile loads, bending and torques act on the drill pipe. unlike conventional drill pipes, they are produced in much smaller quantities, and their production can be described as small-scale.

Известен способ изготовления высокопрочных бурильных труб по а.с. СССР №186587, 1966. Трубу в зоне сварки с соединительными замками подвергают местной закалке с последующим отпуском. Трубы и замки поступают на сварку после упрочняющей термической обработки. Сварка производится непрерывным оплавлением на стыкосварочной машине. Непосредственно после сварки сварной шов и зону сварки подвергают закалке. После закалки зону сварки подвергают местному отпуску током высокой частоты. Недостатком является сложность процесса термообработки сварного шва, которую проводят в несколько стадий до сварки и после соединения трубы с замками сваркой.A known method of manufacturing a high-strength drill pipe as.with. USSR No. 186587, 1966. The pipe in the welding zone with connecting locks is subjected to local hardening with subsequent tempering. Pipes and locks arrive for welding after hardening heat treatment. Welding is performed by continuous flash on a butt welding machine. Immediately after welding, the weld and the welding zone are quenched. After quenching, the welding zone is subjected to local tempering by high-frequency current. The disadvantage is the complexity of the heat treatment of the weld, which is carried out in several stages before welding and after connecting the pipe to the welding locks.

Известна поточная линия термической обработки зоны сварного соединения бурильных труб по патенту РФ на изобретение №2291904, С21D 9/08, 2007. Поточная линия включает последовательно расположенные машины приварки трением замковых соединений с одного и другого концов труб, пост набора пакета и выравнивания положения зон сварных соединений перед термообработкой, камеру индукционного нагрева под нормализацию, камеру охлаждения, камеру индукционного нагрева под отпуск зон сварных соединений. Недостатком является сложность технологии изготовления ТБТ в мелкосерийном производстве, связанная с использованием отдельных камер индукционного нагрева под нормализацию, под отпуск зон сварных соединений, отдельной камеры для охлаждения при производстве бурильных труб с приваренными соединительными замками.  Known production line for heat treatment of the zone of welded joint of drill pipes according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2291904, C21D 9/08, 2007. The production line includes sequentially located machines for the friction welding of tool joints from one and the other ends of the pipes, the post of a set of packages and alignment of the zones of welded connections before heat treatment, an induction heating chamber for normalization, a cooling chamber, an induction heating chamber for the tempering of welded joints. The disadvantage is the complexity of the technology for manufacturing TBT in small-scale production, associated with the use of separate induction heating chambers for normalization, for the tempering of welded joints, a separate cooling chamber for the production of drill pipes with welded joint locks.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбрана бурильная труба с соединительными замками по патенту РФ на полезную модель №68090, F16L 15/08, 2007. Бурильная труба с конической резьбой имеет двухслойное покрытие. первый слой покрытия имеется на всей поверхности замка за исключением торцевой поверхности, предназначенной для сварки, и прилегающей к ней части цилиндрической поверхности протяженностью 15-25 мм. Недостатком является сложность технологии термической обработки зоны сварного шва на расстоянии 15-25 мм при изготовлении тяжелых бурильных труб, толщина которых в зоне сварного шва, как правило, превышает толщину обычных бурильных труб.As the closest analogue to the claimed technical solution, a drill pipe with connecting locks was selected according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 68090, F16L 15/08, 2007. The drill pipe with a tapered thread has a two-layer coating. the first coating layer is present on the entire surface of the castle with the exception of the end surface for welding, and the adjacent part of the cylindrical surface with a length of 15-25 mm. The disadvantage is the complexity of the technology of heat treatment of the weld zone at a distance of 15-25 mm in the manufacture of heavy drill pipes, the thickness of which in the weld zone, as a rule, exceeds the thickness of conventional drill pipes.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение технологичности термической обработки зоны сварного соединения тяжелой бурильной трубы.The technical result of the claimed utility model is to increase the manufacturability of heat treatment of the weld zone of a heavy drill pipe.

Технический результат обеспечивается тем, что в тяжелой бурильной трубе, содержащей тело трубы, высаженные наружу концы с приваренными к ним соединительными замками, согласно полезной модели, длина высадки под элеватор составляет не менее 70 мм, при этом расстояние до сварного шва от радиусного перехода к наружному диаметру соединительного замка не менее 30 мм.The technical result is ensured by the fact that in a heavy drill pipe containing the pipe body, the ends upside down with connecting locks welded to them, according to the utility model, the length of the landing under the elevator is at least 70 mm, while the distance to the weld from the radius transition to the outside the diameter of the connection lock is at least 30 mm.

Технический результат достигается за счет увеличения зоны, примыкающей к сварному шву, вдоль которой при термической обработке шва располагают необходимое нагревательное оборудование. Тяжелая бурильная труба, обладающая повышенными прочностными характеристиками, имеет обычно толщину, превышающую толщину стандартных бурильных труб (БТ). Для термообработки зоны сварного шва, в частности, для проведения отпуска, предпочтительно применять индуктор с увеличенным числом витков для надежного прогрева толщины трубы. Расстояние 70 мм является минимальным расстоянием, необходимым для расположения индуктора над зоной сварного шва и околошовной зоны при проведении их термообработки. Длина высадки под элеватор не менее 70 мм позволяет провести отпуск зоны сварки без термического влияния на переходные участки. Одним переходным участком является место радиусного перехода от диаметра высадки под элеватор к наружному диаметру замка, вторым переходным участком является место конического перехода от диаметра высадки под элеватор к наружному диаметру тела трубы. Переходные участки, прилегающие к высадке под элеватор в виде радиусных и конусных переходов толщины, являются концентраторами напряжений и не подлежат термообработке, влияющей на их прочностные свойства. В то же время, указанный размер высадки под элеватор не менее 70 мм и расстояние до сварного шва не менее 30 мм позволяют провести пооперационный нагрев зоны сварки сначала при закалке, а следом при отпуске без замены индуктора. Расстояние 30 мм от перехода к наружному диаметру соединительного замка до сварного шва позволяет выдвигать из индуктора участок трубы с зоной сварного шва для охлаждения без полного выдвижения трубы. Незначительное выдвижение трубы из индуктора только в близлежащую зону охлаждения позволяет исключить трудоемкие операции передвижения тяжелой длинномерной трубы. Возможность проведения всех операций термообработки с использованием одного индуктора значительно снижает трудоемкость процесса и время его обслуживания, повышает технологичность индукционного нагрева. The technical result is achieved by increasing the area adjacent to the weld, along which the necessary heating equipment is located during heat treatment of the seam. A heavy drill pipe having enhanced strength characteristics typically has a thickness exceeding that of standard drill pipes (BT). For heat treatment of the weld zone, in particular for tempering, it is preferable to use an inductor with an increased number of turns for reliable heating of the pipe thickness. A distance of 70 mm is the minimum distance required to position the inductor above the weld zone and the heat-affected zone during heat treatment. The landing length under the elevator of at least 70 mm allows you to spend the vacation of the welding zone without thermal influence on the transition sections. One transitional section is the place of the radial transition from the diameter of the landing under the elevator to the outer diameter of the castle, the second transitional section is the place of the conical transition from the diameter of the landing under the elevator to the outer diameter of the pipe body. Transitional sections adjacent to the landing under the elevator in the form of radial and conical thickness transitions are stress concentrators and are not subject to heat treatment affecting their strength properties. At the same time, the indicated size of the disembarkation under the elevator is not less than 70 mm and the distance to the weld is not less than 30 mm, which makes it possible to conduct operational heating of the welding zone, first during quenching and then during tempering without replacing the inductor. A distance of 30 mm from the transition to the outer diameter of the joint lock to the weld allows you to push the pipe section from the inductor with the weld zone for cooling without fully extending the pipe. A slight extension of the pipe from the inductor only to the nearby cooling zone eliminates the time-consuming operations of moving a heavy long pipe. The ability to conduct all heat treatment operations using a single inductor significantly reduces the complexity of the process and its service time, increases the manufacturability of induction heating.

На фигуре представлена тяжелая бурильная труба.The figure shows a heavy drill pipe.

Тяжелая бурильная труба состоит из тела трубы 1 с высаженными наружу концами 2, соединительного замка 3 в виде муфты, соединительного замка 4 в виде ниппеля, участков высадок под элеватор 5. Замки 3, 4 соединены с концами трубы 2 сварными швами 6. Труба имеет радиусный переход 7 от диаметра высадки под элеватор 5 к наружному диаметру замка 3 или 4. Труба имеет конический или радиусный переход 8 от диаметра высадки под элеватор 5 к наружному диаметру тела трубы 1. Высадка под элеватор 5 имеет длину L равную 70 мм. Расстояние L₁ от сварного шва 6 до начала высадки под элеватор 5, т.е., от конусного или радиусного перехода 8 высадки под элеватор 5 к телу трубы 1 составляет 40 мм. Расстояние L₂ от сварного шва 6 до радиусного перехода 7 к наружному диаметру соединительного замка 3 или 4 составляет 30 мм. A heavy drill pipe consists of the body of pipe 1 with the ends 2 upside down, a connecting lock 3 in the form of a coupling, a connecting lock 4 in the form of a nipple, upset sections for the elevator 5. Locks 3, 4 are connected to the ends of the pipe 2 by welds 6. The pipe has a radius transition 7 from the diameter of the landing under the elevator 5 to the outer diameter of the lock 3 or 4. The pipe has a conical or radius transition 8 from the diameter of the landing under the elevator 5 to the outer diameter of the body of the pipe 1. The landing under the elevator 5 has a length L of 70 mm. The distance L ₁ from the weld 6 to the start of disembarkation under the elevator 5, i.e., from the conical or radius transition 8 of the disembarkation under the elevator 5 to the pipe body 1, is 40 mm. The distance L ₂ from the weld 6 to the radius transition 7 to the outer diameter of the connecting lock 3 or 4 is 30 mm

Соединительные замки 3 и 4 присоединяют к телу трубы 1 сваркой трением на машине типа ПСТ-150. Далее для повышения пластичности и снятия внутренних напряжений, появляющихся в металле после сварки, проводят термообработку зоны сварного шва 6. Термообработка включает операции индукционного нагрева с последующим охлаждением. Трубу вводят в индуктор, содержащий более одного нагревательного витка. Увеличенная длина участка высадки под элеватор 5 позволяет использовать индуктор с увеличенной шириной. Индуктор размещают вокруг сварного шва 6 на участке высадки под элеватор 5. Внутренний диаметр индуктора подобран таким образом, чтобы обеспечить использование одного индуктора для нескольких типоразмеров тяжелых бурильных труб. Минимальный зазор при этом между внутренней поверхностью индуктора и наружной поверхностью диаметра замка 3 или 4 должен быть не менее 3 мм. Проводят закалку металла трубы в зоне сварного шва 6. При закалке после нагрева проводят ускоренное охлаждение. Трубу выдвигают из индуктора, смещая ее конец в сторону центральной части тела 1 трубы, и помещая зону сварного шва 6 под охлаждающее устройство. При этом, за счет удлиненной высадки под элеватор 5 трубу не достают из кольцевого индуктора, расположенного вокруг трубы. Далее вновь вдвигают трубу в индуктор, помещая в него сварной шов 6 и проводят дополнительную термообработку в межкристаллитном интервале температур с охлаждением как при закалке. Далее для достижения в сварном шве 6 тяжелой бурильной трубы оптимального сочетания прочности, пластичности и ударной вязкости металла проводят отпуск на увеличенной зоне прогрева. Увеличенная зона прогрева включает симметричные участки с обеих сторон от сварного шва 6 общей длиной 60 мм. Увеличение зоны прогрева обеспечивается применением двух виткового индуктора и увеличенными расстояниями L, L_1, L_2. Данные расстояния позволяют отпустить закаленный участок и получить необходимые механические свойства в сварном шве 6 тяжелой бурильной трубы. При этом отсутствует термическое влияние на прилегающие к высадке под элеватор 5 переходные участки 7 и 8 в виде радиусов и конусов. При отпуске используют тот же индуктор, в котором проводили закалку и дополнительную термообработку. Таким образом, благодаря заявляемым значениям расстояний L, L_2, пооперационный нагрев при термообработке проводят без смены индуктора, без передвижения трубы, с частичным выдвижением трубы из индуктора для охлаждения. Кроме того, увеличенная длина высадки 5 обеспечивает удобство позиционирования индуктора относительно сварного шва 6. Connecting locks 3 and 4 are attached to the body of the pipe 1 by friction welding on a machine like PST-150. Further, to increase ductility and relieve internal stresses that appear in the metal after welding, heat treatment of the weld zone 6 is carried out. Heat treatment includes induction heating operations with subsequent cooling. The pipe is introduced into an inductor containing more than one heating coil. The increased length of the landing area under the elevator 5 allows the use of an inductor with an increased width. The inductor is placed around the weld 6 in the landing area under the elevator 5. The inner diameter of the inductor is selected in such a way as to ensure the use of one inductor for several sizes of heavy drill pipes. The minimum clearance between the inner surface of the inductor and the outer surface of the diameter of the lock 3 or 4 must be at least 3 mm. The metal of the pipe is quenched in the zone of the weld 6. When quenched after heating, accelerated cooling is carried out. The pipe is pulled out of the inductor, shifting its end towards the central part of the pipe body 1, and placing the weld zone 6 under the cooling device. At the same time, due to the elongated disembarkation under the elevator 5, the pipe is not removed from the ring inductor located around the pipe. Next, they again slide the pipe into the inductor, placing the weld 6 in it and carry out additional heat treatment in the intergranular temperature range with cooling as during quenching. Further, in order to achieve in the weld seam 6 of the heavy drill pipe the optimum combination of strength, ductility and toughness of the metal, a holiday is carried out on the increased heating zone. The enlarged heating zone includes symmetrical sections on both sides of the weld 6 with a total length of 60 mm. The increase in the heating zone is provided by the use of two coil inductors and increased distances L, L _1, L _2. These distances allow you to release the hardened section and obtain the necessary mechanical properties in the weld 6 of the heavy drill pipe. In this case, there is no thermal effect on the transitional sections 7 and 8 adjacent to the landing under the elevator 5 in the form of radii and cones. When tempering, the same inductor is used in which quenching and additional heat treatment are carried out. Thus, due to the claimed values of the distances L, L _{2, the} operation heating during heat treatment is carried out without changing the inductor, without moving the pipe, with a partial extension of the pipe from the inductor for cooling. In addition, the increased length of the landing 5 provides the convenience of positioning the inductor relative to the weld 6.

Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет повысить технологичность термической обработки зоны сварного соединения тяжелой бурильной трубы.Thus, the claimed utility model allows to increase the manufacturability of heat treatment of the weld zone of a heavy drill pipe.

Claims (1)

Тяжелая бурильная труба, содержащая тело трубы, высаженные наружу концы с приваренными к ним соединительными замками, отличающаяся тем, что длина высадки под элеватор составляет не менее 70 мм, при этом расстояние от радиусного перехода к наружному диаметру соединительного замка до сварного шва составляет не менее 30 мм. A heavy drill pipe containing the body of the pipe, upset ends with welded joint locks, characterized in that the length of the landing under the elevator is at least 70 mm, while the distance from the radius transition to the outer diameter of the joint lock to the weld is at least 30 mm

Images