RU2344266C2 - Method of lifting pipe manufacture - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention is related to the field of pipes production from structural medium-carbon or low-alloyed steels, namely, to method of lifting pipes (LP) production, and may find application in oil and gas industry. Method comprises preparation of high-tensile hot rolled pipe and finishing processing. After production of hot rolled pipe, its internal surface is polished to metal shine and sealing material is applied on it. Then pipe with anticorrosion properties, external surface of which has been previously cleaned to metal shine, is inserted into internal cavity of hot rolled pipe, and sealing material is applied on it. Pipes are compressed together, providing their fixing due to elastic stresses that occur in process of deformation, and material is polymerised.

EFFECT: higher strength characteristics.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области изготовления продукции из конструкционных среднеуглеродистых или низколегированных сталей, а именно к технике и технологии изготовления насосно-компрессорных труб, используемых в основном для добычи нефти и природного газа. Традиционный способ изготовления насосно-компрессорных труб (НКТ) хорошо известен и получил широкое применение практически во всех развитых в техническом отношении странах (Россия, США, Германия, Япония и т.д.).The present invention relates to the field of manufacturing products from structural medium-carbon or low alloy steels, and in particular to the technique and manufacturing technology of tubing pipes used mainly for oil and natural gas production. The traditional method of manufacturing tubing (tubing) is well known and has been widely used in almost all technically developed countries (Russia, USA, Germany, Japan, etc.).

Технические требования к качеству НКТ определяются условиями их эксплуатации и изложены в соответствующих отечественных и зарубежных стандартах, например ГОСТ 633-80 (Россия), нормаль (спецификация) API-5СТ (США).Technical requirements for the quality of tubing are determined by the conditions of their operation and are set out in the relevant domestic and foreign standards, for example, GOST 633-80 (Russia), normal (specification) API-5ST (USA).

Процесс изготовления НКТ по традиционной технологии подразделяется на два этапа. Первый из них является основным и предусматривает изготовление по традиционной технологии, включая термическую обработку (при необходимости) собственно горячекатаных труб с приданием им соответствующего качества. На втором этапе выполняются финишные операции, в том числе нарезка резьбы на концах труб, навертка муфт, контроль качества труб, шаблонирование, гидравлическое испытание, диагностирование физическими методами, упаковка труб в пакеты, транспортировка на склад готовой продукции.The process of manufacturing tubing by traditional technology is divided into two stages. The first of these is the main one and involves the manufacture of traditional technology, including the thermal treatment (if necessary) of the hot rolled pipes themselves, giving them the appropriate quality. At the second stage, finishing operations are performed, including threading at the ends of the pipes, screwing up the couplings, pipe quality control, patterning, hydraulic testing, physical diagnostics, packing the pipes in bags, transportation to the finished goods warehouse.

Насосно-компрессорные трубы в зависимости от условий эксплуатации обычно подразделяют на три группы качества: обычное исполнение, исполнение в высокопрочном и коррозионно-стойком вариантах.Depending on the operating conditions, tubing pipes are usually subdivided into three quality groups: normal execution, high-strength and corrosion-resistant versions.

Из практики эксплуатации НКТ известно, что повышение давления добываемого продукта в насосно-компрессорной колонне и увеличение глубины опускания насоса увеличивают силовые нагрузки и напряжения, действующие на НКТ, что вызывает необходимость повышения прочностных характеристик труб.From the practice of operating tubing, it is known that increasing the pressure of the produced product in the tubing string and increasing the depth of the pump lowering increase the power loads and stresses acting on the tubing, which necessitates increasing the strength characteristics of the pipes.

Содержание в добываемом продукте сероводорода (SO₂), углекислого газа (CO₂), пластовой воды, солей натрия (Na), калия (К) и других агрессивных компонентов инициирует и ускоряет коррозию НКТ в процессе их эксплуатации. В этих условиях необходимо применять НКТ в коррозионно-стойком исполнении. Коррозионные процессы, вызываемые агрессивными компонентами, неоднозначны. Например, под воздействием сероводорода возникает процесс сульфидного коррозионного растрескивания (СКР) металла труб, а углекислый газ вызывает углекислотную коррозию НКТ, механизм которой существенно отличается от механизма СКР.The content of hydrogen sulfide (SO ₂ ), carbon dioxide (CO ₂ ), produced water, sodium (Na), potassium (K) salts and other aggressive components in the produced product initiates and accelerates tubing corrosion during their operation. Under these conditions, it is necessary to use tubing in a corrosion-resistant design. Corrosion processes caused by aggressive components are ambiguous. For example, under the influence of hydrogen sulfide, a process of sulfide corrosion cracking (SCR) of the pipe metal occurs, and carbon dioxide causes carbon dioxide corrosion of the tubing, the mechanism of which is significantly different from the mechanism of SCR.

Различный характер воздействия силовых нагрузок и напряжений и/или коррозионных процессов на металл НКТ предопределяет и различный характер мер по обеспечению высокого уровня служебных свойств труб, обеспечивающих высокую надежность и долговечность НКТ в процессе эксплуатации.The different nature of the effect of power loads and stresses and / or corrosion processes on the tubing metal also determines the different nature of measures to ensure a high level of service properties of pipes, ensuring high reliability and durability of the tubing during operation.

Повышение прочностных характеристик НКТ обычно достигается увеличением содержания в стали углерода и марганца и/или термической обработкой труб по режиму: закалка + высокий отпуск.An increase in the strength characteristics of tubing is usually achieved by increasing the content of carbon and manganese in steel and / or by heat treatment of pipes according to the regime: quenching + high tempering.

Для полного или хотя бы частичного подавления процессов сульфидного коррозионного растрескивания металла необходимо уменьшать содержание в стали углерода и марганца. Наряду с этим необходимо вводить в химсостав стали хром, молибден, никель и уменьшать содержание серы и фосфора. Термическую обработку НКТ в этом случае осуществляют по режиму нормализация + отпуск с длительной выдержкой, что обеспечивает глобализацию зерен металла, снижение его твердости, уменьшение уровня внутренних напряжений - основных условий повышения коррозионной стойкости труб по механизму СКР.To completely or at least partially suppress the processes of sulfide corrosion cracking of a metal, it is necessary to reduce the content of carbon and manganese in steel. Along with this, it is necessary to introduce chromium, molybdenum, nickel into the chemical composition of steel and reduce the content of sulfur and phosphorus. In this case, the heat treatment of the tubing is carried out according to the normalization + tempering regime with a long exposure time, which ensures the globalization of metal grains, a decrease in its hardness, and a decrease in the level of internal stresses - the main conditions for increasing the corrosion resistance of pipes by the SCR mechanism.

Необходимо отметить, что никель усиливает коррозию металла по механизму СКР, а процессы углекислотной и общей коррозии труб существенно тормозит.It should be noted that nickel enhances metal corrosion by the SCR mechanism, and the processes of carbon dioxide and general pipe corrosion inhibit significantly.

Резюмируя изложенное, отметим, что для обеспечения высокого уровня служебных свойств НКТ (прочностных характеристик) необходимо увеличивать в химсоставе металла содержание углерода (до 0,4-0,6%), марганца (до 1,0-1,8%), никеля (до 8-10%), а для придания коррозионной стойкости трубам по механизму СКР, содержание этих элементов необходимо уменьшать до уровней соответственно С=0,08-0,2%, Mn=0,4-0,8%, Ni=0,2-0,3%.Summarizing the above, we note that to ensure a high level of service properties of tubing (strength characteristics), it is necessary to increase the content of carbon (up to 0.4-0.6%), manganese (up to 1.0-1.8%), nickel in the chemical composition of the metal (up to 8-10%), and in order to impart corrosion resistance to pipes by the SCR mechanism, the content of these elements must be reduced to levels, respectively, C = 0.08-0.2%, Mn = 0.4-0.8%, Ni = 0.2-0.3%.

Изготовление НКТ по традиционной технологии осуществляется в монометаллическом варианте. Служебные свойства, приданные НКТ в результате выбранных технологии изготовления и химсостава металла (с учетом допускаемых отклонений по стандартам), одинаковы как по длине труб, так и по поперечному сечению.The production of tubing by traditional technology is carried out in a monometallic version. The service properties imparted by the tubing as a result of the selected manufacturing technology and chemical composition of the metal (taking into account the tolerances by standards) are the same both in the length of the pipes and in the cross section.

Это означает, что трубы могут быть изготовлены либо в высокопрочном, либо в коррозионно-стойком исполнении. А условия эксплуатации НКТ все чаще и чаще требуют, чтобы трубы обладали высокими прочностными характеристиками и высокими коррозионными свойствами против любых видов коррозии - общей, углекислой, по механизму СКР и др. Такие НКТ, обладающие универсальными служебными свойствами, по традиционной технологии изготовить не представляется возможным. В реальной практике трубного производства обычно обеспечиваются наиболее востребованные служебные характеристики, а другие свойства обеспечиваются по мере возможности, исходя из выбранных технологических процессов. В конечном счете реальная практика изготовления НКТ не позволяет обеспечить требуемое разносторонне качество труб, что неизбежно увеличивает расход материальных и финансовых ресурсов в процессе эксплуатации НКТ.This means that the pipes can be manufactured either in high strength or in a corrosion resistant version. And the operating conditions of the tubing more and more often require that the pipes have high strength characteristics and high corrosion properties against all types of corrosion - general, carbon dioxide, by the SCR mechanism, etc. Such tubings with universal service properties cannot be manufactured using traditional technology . In real practice, pipe production usually provides the most requested service characteristics, and other properties are provided as far as possible, based on the selected technological processes. Ultimately, the actual practice of manufacturing tubing does not make it possible to provide the required versatile quality of pipes, which inevitably increases the consumption of material and financial resources during the operation of the tubing.

Чтобы повысить качество НКТ, снизить затраты материальных и финансовых ресурсов, необходимо придать НКТ новый уровень служебных свойств - высокую прочность в сочетании с высокой коррозионной устойчивостью. Это достигается, если НКТ изготовлять в биметаллическом варианте. Например, корпус НКТ изготовляется с высокими прочностными характеристиками, а во внутреннюю полость корпуса на всю его длину вводится металлическая вставка в виде тонкостенной электросварной трубы с высокими антикоррозионными свойствами с учетом условий эксплуатации НКТ, что обеспечивается соответствующей технологией изготовления и химическим составом стали тонкостенной электросварной трубы (вставки).To improve the quality of tubing, reduce the cost of material and financial resources, it is necessary to give the tubing a new level of service properties - high strength combined with high corrosion resistance. This is achieved if the tubing is manufactured in a bimetallic version. For example, a tubing body is manufactured with high strength characteristics, and a metal insert in the form of a thin-walled electric-welded pipe with high anticorrosive properties is introduced into the internal cavity of the body along its entire length, taking into account the operating conditions of the tubing, which is ensured by the corresponding manufacturing technology and the chemical composition of steel of a thin-walled electric-welded pipe ( insertion).

Технологический процесс изготовления биметаллических НКТ осуществляется в следующей последовательности.The manufacturing process of bimetallic tubing is carried out in the following sequence.

1. Изготовляется по традиционной технологии горячекатаная труба с приданием ей необходимых служебных свойств, например прочностных характеристик с учетом условий эксплуатации НКТ.1. A hot-rolled pipe is manufactured using traditional technology, giving it the necessary service properties, for example, strength characteristics, taking into account the operating conditions of the tubing.

2. Изготовляется тонкостенная электросварная труба (вставка) по специальной технологии и соответствующего химсостава стали с приданием вставке необходимых служебных свойств, например высокой коррозионной стойкости, с учетом требований эксплуатации НКТ.2. A thin-walled electric-welded pipe (insert) is manufactured using a special technology and the corresponding chemical composition of steel, giving the insert the necessary service properties, for example, high corrosion resistance, taking into account the requirements for tubing operation.

3. Осуществляется очистка (обработка дробью) до металлического блеска внутренней поверхности корпуса НКТ и наружной поверхности вставки (сопрягаемые поверхности).3. Cleaning (fractional treatment) is carried out to a metallic luster of the inner surface of the tubing body and the outer surface of the insert (mating surfaces).

4. На сопрягаемые поверхности корпуса НКТ и вставки наносится герметизирующий материал.4. A sealing material is applied to the mating surfaces of the tubing body and insert.

5. Вставка вводится в корпус НКТ и осуществляется их совместная деформация (обжатие) с таким расчетом, чтобы:5. The insert is inserted into the tubing body and their joint deformation (compression) is carried out in such a way that:

- был полностью выбран зазор между корпусом НКТ и вставкой;- the gap between the tubing body and the insert was completely selected;

- деформация вставки по диаметру была минимальной, обеспечивающей скрепление корпуса НКТ и вставки за счет упругих напряжений;- the deformation of the insert in diameter was minimal, ensuring the fastening of the tubing body and the insert due to elastic stresses;

- размеры наружного диаметра корпуса НКТ полностью соответствовали требованиям стандарта на изготовление традиционных НКТ, например ГОСТ 633-80.- the dimensions of the outer diameter of the tubing body fully met the requirements of the standard for the manufacture of traditional tubing, for example GOST 633-80.

6. Обеспечивается полимеризация герметизирующего материала, введенного в межтрубный зазор между корпусом НКТ и вставкой до совместной деформации труб.6. Polymerization of the sealing material introduced into the annular gap between the tubing body and the insert before joint deformation of the pipes is ensured.

7. Производится обрезка концов труб.7. Trimming the ends of the pipes.

Далее осуществляются финишные традиционные технологические операции изготовления НКТ в соответствии с требованиями ГОСТ 633-80 (правка, нарезка резьбы на концах труб, контроль качества и т.д.).Next, the finishing traditional technological operations of tubing production are carried out in accordance with the requirements of GOST 633-80 (dressing, threading at the ends of pipes, quality control, etc.).

Технический результат от применения предлагаемого изобретения заключается в повышении служебных свойств НКТ (прочностных характеристик корпуса НКТ и высокой антикоррозионной стойкости внутренней поверхности биметаллической НКТ за счет вставки с высокими антикоррозионными свойствами), а экономический результат состоит в повышении надежности и долговечности НКТ в процессе их эксплуатации, что позволит сократить затраты материальных и финансовых ресурсов в процессе эксплуатации нефтяных и газовых скважин.The technical result from the application of the present invention is to increase the service properties of the tubing (strength characteristics of the tubing body and high corrosion resistance of the inner surface of the bimetallic tubing due to the insert with high anticorrosive properties), and the economic result consists in increasing the reliability and durability of the tubing during their operation, which will reduce the cost of material and financial resources during the operation of oil and gas wells.

Предварительные исследования доступной патентной и научно-технической литературы по фонду ФГУП «ЦНИИчермет» г.Москвы показали, что совокупность осуществленных признаков предлагаемого изобретения является новой и ранее не использовалась на практике, что позволяет сделать заключение о соответствии технического решения критериям «новизна» и «изобретательный уровень», а его промышленную применимость целесообразна и технически осуществима, что вытекает из его описания.Preliminary studies of patent and scientific literature available on the foundation of FSUE TsNIIchermet in Moscow showed that the set of implemented features of the proposed invention is new and has not been previously used in practice, which allows us to conclude that the technical solution meets the criteria of “novelty” and “inventive” level ”, and its industrial applicability is expedient and technically feasible, which follows from its description.

БИБЛИОГРАФИЯBIBLIOGRAPHY

1. Ф.А.Данилов, А.З.Глейберг, В.Г.Балакин. Производство стальных труб горячей прокатки. М.: Металлургиздат, 1954, 615 с.1. F.A. Danilov, A.Z. Gleyberg, V.G. Balakin. Production of hot rolled steel pipes. M.: Metallurgizdat, 1954, 615 p.

1.1. Производство горячекатаных труб на установках с автоматическими станами, изложено на стр.121-254.1.1. The production of hot rolled pipes in plants with automatic mills is described on pages 121-254.

1.2. Производство горячекатаных труб на установках с непрерывными станами, изложено на стр.368-412.1.2. The production of hot rolled pipes in plants with continuous mills is described on pages 368-412.

1.3. Финишные операции изготовления насосно-компрессорных труб (нарезание резьбы, изготовление соединительных муфт и т.д.), изложено на стр.544-567.1.3. Finishing operations for manufacturing tubing (threading, manufacturing of couplings, etc.) are described on pages 544-567.

2. Ю.Г.Крупман, Л.С.Яховецкий, О.А.Семенов и др. Современное состояние мирового производства труб. М.: Металлургиздат, 1992, 352 с.2. Yu.G. Krupman, L. S. Yakhovetsky, O. A. Semenov and others. The current state of world pipe production. M.: Metallurgizdat, 1992, 352 p.

2.1. Технология изготовления насосно-компрессорных труб, их качество (химический состав, механические свойства и т.д.), изложены на стр.13-20.2.1. The manufacturing technology of tubing, their quality (chemical composition, mechanical properties, etc.) are described on pages 13-20.

Claims (1)

Способ изготовления насосно-компрессорных труб (НКТ), включающий получение высокопрочной горячекатаной трубы и финишную обработку, отличающийся тем, что после получения горячекатаной трубы ее внутреннюю поверхность очищают до металлического блеска, наносят на нее герметизирующий материал, затем во внутреннюю полость горячекатаной трубы вводят трубу, обладающую антикоррозионными свойствами, наружную поверхность которой предварительно очищают до металлического блеска и наносят на нее герметизирующий материал, трубы совместно обжимают, обеспечивая их скрепление за счет упругих напряжений, возникающих в процессе деформации, и осуществляют полимеризацию герметизирующего материала. A method of manufacturing tubing (tubing), including obtaining a high-strength hot-rolled pipe and finishing, characterized in that after receiving the hot-rolled pipe, its inner surface is cleaned to a metallic luster, sealing material is applied to it, then a pipe is introduced into the internal cavity of the hot-rolled pipe, possessing anticorrosive properties, the outer surface of which is pre-cleaned to a metallic luster and a sealing material is applied to it, pipes are crimped together they are secured, ensuring their fastening due to elastic stresses arising in the course of deformation, and the polymerization of the sealing material is carried out.