RU2578291C2 - Method of producing bimetal string - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to a method for producing bimetallic tubing and can be used in production of pipe product or repair of tubing. Method includes cleaning of outer and inner surface of tubing from deposits and dirt made of carbon steel, low alloy steel or stainless steel thin-walled electric-welded pipes, drawing on its outer surface, adhesive sealant, introduction of tubing channel wall electrically welded pipes coated with glue . Method then includes performing combined deformation by distributing tubing and said electric-welded pipes, threading, quality control of resulting pipe and hydraulic pressure test. Thin-wall electric-welded tube is made of steel with content of sulphur and phosphorus impurities of more than 0.01 %. During combined deformation of tubing and electric-distribution pipe by providing an increase in diameter of electric welding pipes more than 18 % of original outside of its diameter.

EFFECT: technical result is to improve ductility and formability cold liner without breaking continuity of base metal and welded joints.

1 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к изделиям трубной продукции, а именно к насосно-компрессорным трубам, изготовляемым из конструкционных материалов (сталей).The invention relates to tubular products, namely to tubing made from structural materials (steels).

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению являются патент РФ на изобретение №2338053 «Способ ремонта насосно-компрессорных труб» (1) и патент РФ на полезную модель №71755 «Насосно-компрессорная труба» (2).The closest technical solution to the claimed invention are the RF patent for the invention No. 2338053 "Method for repair of tubing" (1) and the RF patent for utility model No. 71755 "Tubing" (2).

В нефтяной промышленности РФ находятся в эксплуатации около 170 тысяч нефтяных скважин (см. журнал «Нефтегазовая вертикаль» №15, 2014). Эксплуатационный фонд насосно-компрессорных труб (НКТ) составляет примерно 3,5 млн тонн. В процессе эксплуатации НКТ, под воздействием механических нагружений (от собственного веса труб, веса добывающего продукта, сил трения, возникающих от соприкосновения штанг насосных, совершающих возвратно-поступательное движение внутри канала НКТ с внутренней поверхностью труб) и коррозионных процессов под воздействием агрессивных составляющих (сероводород, углекислота и т.д.), содержащихся в составе добываемого флюида, изнашиваются и подлежат замене.About 170 thousand oil wells are in operation in the oil industry of the Russian Federation (see the journal “Oil and Gas Vertical” No. 15, 2014). The operational fund of tubing (tubing) is approximately 3.5 million tons. During the operation of the tubing, under the influence of mechanical stresses (from the dead weight of the pipes, the weight of the extracting product, the friction forces arising from the contact of the pump rods, making reciprocating motion inside the tubing channel with the inner surface of the pipes) and corrosion processes under the influence of aggressive components (hydrogen sulfide , carbon dioxide, etc.) contained in the produced fluid are worn out and must be replaced.

Количество ежегодно заменяемых изношенных НКТ составляет примерно 250 тыс. тонн на общую сумму превышающую 10 млрд. рублей. Затраты на замену изношенных труб возможно уменьшить за счет увеличения эксплуатационного ресурса НКТ.The number of annually replaced worn tubing is approximately 250 thousand tons for a total amount exceeding 10 billion rubles. The cost of replacing worn pipes can be reduced by increasing the operational life of the tubing.

При решении указанной задачи - увеличение эксплуатационного ресурса НКТ, следует учитывать, что трубы должны иметь как высокую прочность (до 90 кгс/мм²), так и достаточную коррозионную стойкость, а эти свойства, как известно из технической литературы, противонаправлены друг другу - при повышении прочностных характеристик труб, неизбежно снижаются их коррозионные свойства. Двуединая задача - повышение прочностных характеристик НКТ и увеличение их коррозионной стойкости, что в совокупности обеспечивает значительное увеличение эксплуатационного ресурса труб и на этой основе снижение материальных и финансовых ресурсов в нефтедобыче, решается созданием биметаллической насосно-компрессорной трубы.When solving this problem - increasing the operational life of the tubing, it should be borne in mind that the pipes must have both high strength (up to 90 kgf / mm ² ) and sufficient corrosion resistance, and these properties, as is known from the technical literature, are opposite to each other - when increasing the strength characteristics of pipes, their corrosion properties will inevitably decrease. The two-fold task is to increase the strength characteristics of tubing and increase their corrosion resistance, which together provides a significant increase in the operational life of pipes and, on this basis, a decrease in material and financial resources in oil production, is solved by creating a bimetallic tubing.

Известный способ изготовления биметаллической лейнированной насосно-компрессорной трубы (ЛНКТ) состоит в следующем:A known method of manufacturing a bimetallic lined tubing (LNCT) is as follows:

- бывшую в эксплуатации насосно-компрессорную трубу очищают от асфальтосмолопарафинистых отложений (АСПО), окалины и других загрязнений внутренней поверхности НКТ с применением обжига труб при температуре 400-450°С и последующей зачисткой внутренней поверхности дробеструйной обработкой;- the previously used tubing is cleaned of asphalt-resin-paraffin deposits (ASPO), scale and other contaminants of the inner surface of the tubing using pipe roasting at a temperature of 400-450 ° C and subsequent cleaning of the inner surface by shot peening;

- изготовляют электросварную тонкостенную трубу (лейнер);- make an electric-welded thin-walled pipe (liner);

- наносят на ее наружную поверхность клей-герметик;- apply adhesive sealant to its outer surface;

- вводят лейнер в канал очищенной НКТ;- inject the liner into the channel of the cleaned tubing;

- совместно деформируют лейнер и НКТ раздачей с таким расчетом, чтобы был выбран полностью межтрубный кольцевой зазор (между внутренней поверхностью НКТ и наружной поверхностью лейнера), а совместная деформация лейнера и НКТ (раздачей) составила 0,2-0,3% от исходного наружного диаметра НКТ;- jointly deform the liner and the tubing with the distribution so that a completely annular annular gap (between the inner surface of the tubing and the outer surface of the liner) is selected, and the joint deformation of the liner and the tubing (distribution) is 0.2-0.3% of the original outer tubing diameter;

- создают условия для полимеризации клея-герметика;- create conditions for the polymerization of adhesive sealant;

- НКТ и лейнер надежно склеиваются друг с другом и работают как труба с монолитной стенкой.- The tubing and liner are securely glued to each other and work like a pipe with a monolithic wall.

В описании патента на изобретение (1) дается указание, что для беспрепятственного (свободного) введения лейнера в канал НКТ наружный диаметр лейнера должен быть на 5 мм меньше внутреннего диаметра НКТ, а изготовление лейнера осуществляют по специальным техническим условиям. Однако в указанных патентах и другой доступной технической литературе не приводятся технические требования к качеству лейнеров, а они имеют большое значение для беспрепятственного ведения процесса деформации лейнера раздачей, осуществляемого в холодном состоянии. Особое значение имеет уровень пластичности лейнера и его способность к деформированию без разрушения основного металла и сварного соединения. Общая деформация лейнера (раздачей) состоит из двух слагаемых - сначала за счет деформации выбирается кольцевой зазор между минимальным внутренним диаметром НКТ и наружным диаметром лейнера, который согласно (1), может составлять до 5 мм, а затем, за счет последующей деформации, выбирается кольцевой зазор между максимальным и минимальным диаметрами НКТ. Размер этого кольцевого зазора определяется допускаемыми отклонениями номинальных размеров диаметра и толщины стенки НКТ согласно ГОСТ Р 52203-2004 (3).The description of the patent for the invention (1) indicates that for the unhindered (free) introduction of the liner into the tubing channel, the outer diameter of the liner should be 5 mm less than the inner diameter of the tubing, and the manufacture of the liner is carried out according to special specifications. However, in these patents and other available technical literature, technical requirements for the quality of the liners are not given, but they are of great importance for the smooth conduct of the process of deformation of the liner by distribution, carried out in the cold state. Of particular importance is the level of plasticity of the liner and its ability to deform without destroying the base metal and the welded joint. The total deformation of the liner (distribution) consists of two terms: first, due to deformation, an annular gap is selected between the minimum inner diameter of the tubing and the outer diameter of the liner, which, according to (1), can be up to 5 mm, and then, due to subsequent deformation, the annular the gap between the maximum and minimum tubing diameters. The size of this annular gap is determined by the tolerances of the nominal dimensions of the diameter and wall thickness of the tubing in accordance with GOST R 52203-2004 (3).

Поясним это на примере.Let us illustrate this with an example.

Пример 1Example 1

Расчет возможной разницы между минимальным и максимальным значением внутреннего диаметра НКТ выполнен на примере труб с диаметром 73×5,5 мм.Calculation of the possible difference between the minimum and maximum values of the inner diameter of the tubing is performed using pipes with a diameter of 73 × 5.5 mm as an example.

Согласно ГОСТ 52203-2004 (3) предельное допускаемое отклонение наружного диаметра бесшовных НКТ составляет ±0,8 мм. Предельные - минимальное и максимальное отклонения значения толщины стенки НКТ соответственно: составляют от -12,5% и до +6,0% от номинального ее значения (5,5 мм). С учетом изложенного, максимальный и минимальный наружный диаметр НКТ (при номинальном значении 73 мм) принимает значения: 73,8 мм и 72,2 мм. Максимальная толщина стенки (при номинальном значении 5,5 мм) составит:According to GOST 52203-2004 (3), the maximum permissible deviation of the outer diameter of seamless tubing is ± 0.8 mm. Limit - the minimum and maximum deviations of the tubing wall thickness, respectively: from -12.5% to + 6.0% of its nominal value (5.5 mm). Based on the foregoing, the maximum and minimum outer diameter of the tubing (at a nominal value of 73 mm) assumes the values: 73.8 mm and 72.2 mm. The maximum wall thickness (at a nominal value of 5.5 mm) will be:

Smax=5,5×1,06=5,8 мм,Smax = 5.5 × 1.06 = 5.8 mm,

где 1,06 - коэффициент, учитывающий максимальное допустимое утолщение стенки НКТ (+6,0%).where 1.06 is a coefficient taking into account the maximum permissible thickening of the tubing wall (+ 6.0%).

Минимальное значение толщины стенки НКТ 73×5,5 мм составляетThe minimum value of the tubing wall thickness of 73 × 5.5 mm is

Smin=5,5-5,5×0,125=4,8 мм,Smin = 5.5-5.5 × 0.125 = 4.8 mm,

где 0,125 - коэффициент, учитывающий максимальное утонение толщины стенки НКТ (-12,5%).where 0.125 is a coefficient taking into account the maximum thinning of the tubing wall thickness (-12.5%).

Максимальное и минимальное значения внутреннего диаметра НКТ 73×5,5 мм определяются по формуламThe maximum and minimum values of the inner diameter of the tubing 73 × 5.5 mm are determined by the formulas

где Dнар.max и Dнар.min - максимальный и минимальный значения наружного диаметра НКТ;where Dнар.max and Dнар.min - the maximum and minimum values of the outer diameter of the tubing;

Smin и Smax - минимальное и максимальное значения толщины стенки НКТ.Smin and Smax are the minimum and maximum values of the tubing wall thickness.

Подставив соответствующие значения размеров труб и допускаемых отклонений в формулы [1] и [2], получим:Substituting the corresponding values of the dimensions of the pipes and the tolerances in the formulas [1] and [2], we obtain:

- максимальное значение внутреннего диаметра НКТ 73×5,5 мм- the maximum value of the inner diameter of the tubing 73 × 5.5 mm

dвн.max=73,8-2×4,8=64,2 мм,dv.max = 73.8-2 × 4.8 = 64.2 mm,

- минимальное значение внутреннего диаметра НКТ 73×5,5 мм- the minimum value of the inner diameter of the tubing 73 × 5.5 mm

dвн.min=72,2-2×45,9=60,4 мм,dv.min = 72.2-2 × 45.9 = 60.4 mm

- максимальная разница между максимальным и минимальным значениями внутреннего диаметра НКТ 73×5,5 мм составляет:- the maximum difference between the maximum and minimum values of the inner diameter of the tubing 73 × 5.5 mm is:

Δ=64,2-60,4=3,8 мм.Δ = 64.2-60.4 = 3.8 mm.

На основании изложенного делается вывод: чтобы обеспечить плотное прилегание наружной поверхности лейнера к внутренней поверхности НКТ и склеивание этих поверхностей лейнера и НКТ, общее максимальное увеличение диаметра лейнера при его раздаче в процессе лейнированияBased on the foregoing, a conclusion is drawn: in order to ensure a tight fit of the outer surface of the liner to the inner surface of the tubing and the bonding of these surfaces of the liner and tubing, the total maximum increase in the diameter of the liner when it is distributed during lining

- должно составить 5 мм, чтобы выбрать первоначальный кольцевой зазор между внутренним (минимальным) значением диаметра НКТ и наружным диаметром лейнера и 3,8 мм, чтобы выбрать разницу между максимальным и минимальным значениями внутреннего диаметра НКТ 73×5,5 мм.- should be 5 mm to select the initial annular gap between the inner (minimum) value of the tubing diameter and the outer diameter of the liner and 3.8 mm to select the difference between the maximum and minimum values of the tubing inner diameter 73 × 5.5 mm.

Таким образом, общая необходимая деформация раздачей (увеличение диаметра) лейнера в процессе лейнирования составляет - 8,8 мм, что составляет 15% от номинального наружного диаметра лейнера (57 мм).Thus, the total required deformation by the distribution (increase in diameter) of the liner during the lining process is - 8.8 mm, which is 15% of the nominal outer diameter of the liner (57 mm).

Электросварные тонкостенные трубы изготовляются по стандартам ГОСТ №№10704, 10706, 10707, 11068 [4-7] из углеродистых, низколегированных и нержавеющих сталей марок: 10, 20, 10Х12Н10Т, 10Х17Н13М2Т и др. В качестве одного из основных требований к качеству электросварных труб указанными стандартами установлено техническое требование - испытание труб на раздачу, в пределах от 6% до 12%. Некоторые стандарты на изготовление электросварных труб (например ГОСТ 10706) требований на раздачу вообще не устанавливают.Electric-welded thin-walled pipes are manufactured according to the standards GOST No. 10704, 10706, 10707, 11068 [4-7] from carbon, low alloy and stainless steels of grades: 10, 20, 10X12H10T, 10X17H13M2T, etc. As one of the main requirements for the quality of electric welded pipes the specified standards set a technical requirement - pipe distribution tests, ranging from 6% to 12%. Some standards for the manufacture of electric-welded pipes (for example, GOST 10706) do not establish distribution requirements at all.

Сравнение максимальной нормы раздачи стандартизированных электросварных труб, установленной действующими стандартами [4-7] в пределах от 6 до 12% и необходимой раздачей лейнера - 15% при лейнировании НКТ, обеспечивающей надежное скрепление лейнеров и НКТ, приводит к однозначному выводу - электросварные трубы, изготавливаемые по действующим стандартам, не могут быть применимы в качестве лейнеров. Изготовление лейнеров должно осуществляться по специальным техническим условиям, содержащим в качестве основного технического требования к качеству электросварных труб их высокие пластические свойства, подтверждаемые испытанием лейнеров раздачей с установлением нормы раздачи - увеличение диаметра лейнеров на 18% от их номинального значения.Comparison of the maximum distribution rate of standardized electric-welded pipes, established by current standards [4-7] in the range from 6 to 12% and the necessary distribution of the liner - 15% when lining tubing, ensuring reliable fastening of the liners and tubing, leads to an unambiguous conclusion - electric-welded pipes made by current standards, may not be applicable as liners. The manufacture of liners should be carried out according to special specifications containing, as the main technical requirement for the quality of electric-welded pipes, their high plastic properties, confirmed by testing the distribution of the liners with the establishment of the distribution norm - an increase in the diameter of the liners by 18% of their nominal value.

Техническую возможность изготовления тонкостенных электросварных труб с высокими пластическими свойствами подтвердили экспериментально.The technical feasibility of manufacturing thin-walled electric-welded pipes with high plastic properties was confirmed experimentally.

Пример 2Example 2

При изготовлении рулонной стали, используемой для производства тонкостенных электросварных труб для лейнирования НКТ, обеспечили снижение в ее химическом составе содержание серы с 0,040% по ГОСТ 1050-88 до 0,006% и фосфора с 0,035% до 0,010%. Изготовленные из этой рулонной стали тонкостенные электросварные трубы (50 штук) подвергли термической обработке по режиму - нагрев до 820-830°С, выдержка при этой температуре - 10 мин. И охлаждение на воздухе. Из труб изготовили 20 образцов и произвели их испытание раздачей. Все образцы выдержали испытание раздачей с увеличением их исходного диаметра на 18%.In the manufacture of coiled steel used for the production of thin-walled electric-welded pipes for lining tubing, they reduced the chemical content of sulfur from 0.040% according to GOST 1050-88 to 0.006% and phosphorus from 0.035% to 0.010%. Thin-walled electric-welded pipes (50 pieces) made of this coiled steel were subjected to heat treatment according to the regime of heating to 820-830 ° C, holding at this temperature for 10 minutes. And air cooling. 20 samples were made from pipes and tested by distribution. All samples passed the distribution test with an increase in their initial diameter by 18%.

Изготовленные 50 лейнированных НКТ по предложенной технологии признаны годными для применения в промысловых условиях добычи нефти. Разрушение лейнеров не наблюдалось.50 lined tubing manufactured according to the proposed technology were found to be suitable for use in field oil production conditions. Destruction of the liners was not observed.

Технический результат от применения заявленного объекта заключается в возможности беспрепятственного ведения процесса раздачи электросварных труб при лейнировании НКТ, что достигается повышением пластичности металла лейнера за счет подбора его химического состава - вредных примесей серы не более 0,006% и фосфора не более 0,010%.The technical result from the use of the claimed object lies in the possibility of an unhindered process of distributing electric-welded pipes during lining of tubing, which is achieved by increasing the ductility of the metal of the liner by selecting its chemical composition - harmful sulfur impurities of not more than 0.006% and phosphorus of not more than 0.010%.

Экономический результат обеспечивается за счет снижения затрат, связанных с лейнированием НКТ, по сравнению с затратами при изготовлении новых насосно-компрессорных труб.The economic result is ensured by reducing the costs associated with tubing lining, compared with the costs in the manufacture of new tubing.

Claims (1)

Способ получения биметаллической насосно-компрессорной трубы, включающий очистку наружной и внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы (НКТ) от отложений и загрязнений, изготовление из углеродистой, низколегированной или нержавеющей стали тонкостенной электросварной трубы , нанесение на ее наружную поверхность клея герметика, введение в канал НКТ тонкостенной электросварной трубы с нанесенным клеем , совместную деформацию путем раздачи НКТ и упомянутой электросварной трубы, нарезание резьбы , контроль качества полученной трубы и испытание гидравлическим давлением, отличающийся тем, что тонкостенную электросварную трубу изготавливают из стали с содержанием примесей серы и фосфора не более 0,01%, а при совместной деформации НКТ и электросварной трубы путем раздачи обеспечивают увеличение диаметра электросварной трубы более чем на 18% от исходного наружного ее диаметра. A method of producing a bimetallic tubing, including cleaning the outer and inner surfaces of the tubing from deposits and contaminants, making thin-walled electric-welded pipes from carbon, low alloy or stainless steel, applying sealant glue to its outer surface, introducing the tubing into the channel thin-walled electrically welded pipes with adhesive, joint deformation by distributing tubing and said electric-welded pipes, threading, quality control obtained pipe and a hydraulic pressure test, characterized in that a thin-walled electric-welded pipe is made of steel with a sulfur and phosphorus impurity content of not more than 0.01%, and when combined, the tubing and the electric-welded pipe by distribution provide an increase in the diameter of the electric-welded pipe by more than 18% from its original outer diameter.