RU2707613C1 - Heavy drill pipe - Google Patents

Abstract

FIELD: soil or rock drilling.

SUBSTANCE: invention relates to production of drilling equipment, namely, to production of heavy drilling pipes. Heavy drill pipe comprises pipe body, connecting locks on its ends and welded joint zone between them. Tube body is made from alloyed steel containing carbon in amount of 0.28–0.44 wt% and chromium in amount of 0.8–1.2 wt%, pipe locks are made from alloyed steel containing carbon in amount of 0.35–0.44 wt% and chromium in amount of 0.8–1.2 wt%.

EFFECT: higher reliability of heavy drill pipe.

1 cl, 4 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение 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 invention 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». 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, use Single in the transition area to reduce wear and to reduce the axial load on the drill bit in deviated wells. "

Известна сталь по патенту РФ на изобретение №2164261, С22С 38/58, 1999, применяемая для изготовления деталей утяжеленных бурильных труб и другого бурильного инструмента в нефтяной промышленности. Предложена сталь, содержащая компоненты в следующем соотношении, маc.%: углерод 0,4 - 0,5, марганец 12,5 - 14,0, кремний 0,3 - 0,9, хром 5,0 - 6,0, никель 6,0 - 7,0, ванадий 0,65 - 1,0, молибден 0,2 - 0,6, медь 0,1 - 0,4, бор 0,002 - 0,006, церий 0,005 - 0,08, карбиды ниобия 0,05 - 0,15, железо - остальное. Недостатком является малая упругость материала бурильной трубы, невысокое значение предела текучести. Это не позволяет использовать утяжеленные бурильные трубы (УБТ), выполненные из данной стали, в компоновке низа колонны при бурении наклонных скважин, т.к., велика вероятность их прихвата в породе во время бурения. Это может вызвать повреждение участков колонны бурильных труб, что не обеспечивает необходимую надежность работы бурильной трубы. Known steel according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2164261, C22C 38/58, 1999, used for the manufacture of parts of weighted drill pipes and other drilling tools in the oil industry. Proposed steel containing components in the following ratio, wt.%: Carbon 0.4 - 0.5, manganese 12.5 - 14.0, silicon 0.3 - 0.9, chromium 5.0 - 6.0, nickel 6.0 - 7.0, vanadium 0.65 - 1.0, molybdenum 0.2 - 0.6, copper 0.1 - 0.4, boron 0.002 - 0.006, cerium 0.005 - 0.08, niobium carbides 0 05 - 0.15, iron - the rest. The disadvantage is the low elasticity of the material of the drill pipe, the low value of the yield strength. This does not allow the use of weighted drill pipes (UBT) made of this steel in the layout of the bottom of the string when drilling deviated wells, because it is likely that they will stick in the rock during drilling. This can cause damage to sections of the drill pipe string, which does not provide the necessary reliability of the drill pipe.

Известна бурильная труба по патенту РФ на полезную модель №86224, E21B 17/00, 2009, содержащая тело трубы и соединительные замки, выполненные из стали разных марок. Труба выполнена утяжеленной (УБТ). Тело трубы выполнено из стали с пониженными механическими свойствами по сравнению со сталью, из которой выполнены соединительные замки. Тело трубы выполнено из стали 35, а приваренные соединительные замки из стали 40ХГМА. Недостатком является невозможность использования данной трубы для бурения наклонных, искривленных или горизонтальных скважин из-за того, что УБТ обладая высокой механической прочностью, не обладает достаточной упругостью и пластичностью. УБТ способна выдерживать нагрузку от соединения с долотом и от создаваемого крутящего момента только при бурении вертикальных скважин. При использовании ее в качестве основного инструмента для бурения искривленных скважин может произойти прихват и последующее разрушение элементов бурильной колонны. Known drill pipe according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 866224, E21B 17/00, 2009, containing the body of the pipe and connecting locks made of steel of different grades. The pipe is made weighted (UBT). The pipe body is made of steel with reduced mechanical properties compared to the steel from which the connecting locks are made. The body of the pipe is made of steel 35, and the welded joint locks are made of steel 40HGMA. The disadvantage is the inability to use this pipe for drilling deviated, curved or horizontal wells due to the fact that the drill collar having high mechanical strength does not have sufficient elasticity and ductility. The drill collar is able to withstand the load from the connection with the bit and from the generated torque only when drilling vertical wells. When using it as the main tool for drilling curved wells, sticking and subsequent destruction of drill string elements can occur.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбрана бурильная труба высокопрочная по патенту РФ на изобретение №2552796, С22С 38/32, 2013. Труба выполнена из стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, медь, титан, бор, алюминий, серу, фосфор, азот, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,28-0,34, кремний 0,15-0,45, марганец 0,65-0,95, хром 0,80-1,30, молибден 0,10-0,20, никель не более 0,50, медь не более 0,30, титан 0,015-0,045, бор 0,001-0,004, алюминий 0,015-0,050, сера не более 0,010, фосфор не более 0,015, азот не более 0,012, железо и неизбежные примеси остальное. Труба имеет предел прочности не менее 724 МПа, предел текучести 655-1138 МПа, работу удара при 21°С не менее 54 Дж и работу удара при -20°С не менее 100 Дж. Недостатком является то, что данная бурильная труба (БТ) относится к легким, стандартным бурильным трубам, применяемым в верхней и средней части колонны бурильных труб. Данная труба не применима для компоновки низа колонны бурильных труб при бурении искривленных скважин, где на бурильную трубу воздействуют повышенные растягивающие нагрузки, изгибающий и крутящий моменты, в результате чего может произойти разрушение трубы. Данная труба не обладает надежностью, достаточной для применения ее в компоновке низа бурильной колонны при бурении искривленных участков скважин.A high-strength drill pipe was selected as the closest analogue to the claimed technical solution according to the RF patent for invention No. 2552796, C22C 38/32, 2013. The pipe is made of steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum, nickel, copper, titanium, boron, aluminum, sulfur, phosphorus, nitrogen, iron and inevitable impurities in the following ratio of components, wt.%: carbon 0.28-0.34, silicon 0.15-0.45, manganese 0.65-0.95, chromium 0 , 80-1.30, molybdenum 0.10-0.20, nickel not more than 0.50, copper not more than 0.30, titanium 0.015-0.045, boron 0.001-0.004, aluminum 0.015-0.050, sulfur not more than 0.010, phosphorus no more than 0.015, nitrogen n e more than 0.012, iron and inevitable impurities rest. The pipe has a tensile strength of at least 724 MPa, a yield strength of 655-1138 MPa, a shock at 21 ° C of at least 54 J and a shock at -20 ° C of at least 100 J. The disadvantage is that this drill pipe (BT) refers to light, standard drill pipes used in the upper and middle parts of a drill pipe string. This pipe is not suitable for arranging the bottom of the drill pipe string when drilling curved wells, where the drill pipe is subjected to increased tensile loads, bending and torques, as a result of which pipe failure can occur. This pipe does not have reliability sufficient for its use in the layout of the bottom of the drill string when drilling curved sections of wells.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности работы тяжелой бурильной трубы, в том числе при бурении наклонных, горизонтальных, или искривленных скважин.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability of a heavy drill pipe, including the drilling of deviated, horizontal, or curved wells.

Технический результат достигается за счет того, что в тяжелой бурильной трубе, содержащей тело трубы, соединительные замки на ее концах и зону сварного соединения между телом трубы и каждым из соединительных замков, согласно изобретению, тело трубы выполнено из легированной стали, содержащей в своем составе углерод в количестве 0,28 – 0,44 мас.% и хром в количестве 0,8 – 1,2 мас.%, замки трубы выполнены из легированной стали, содержащей в своем составе углерод в количестве 0,35 – 0,44 мас.%, хром в количестве 0,8 – 1,2 мас.%.The technical result is achieved due to the fact that in a heavy drill pipe containing the pipe body, connecting locks at its ends and the weld zone between the pipe body and each of the connecting locks, according to the invention, the pipe body is made of alloy steel containing carbon in the amount of 0.28 - 0.44 wt.% and chromium in the amount of 0.8 - 1.2 wt.%, the pipe locks are made of alloy steel containing carbon in the amount of 0.35 - 0.44 wt. %, chromium in an amount of 0.8 - 1.2 wt.%.

Технический результат обеспечивается за счет достижения сбалансированных значений вязко-пластических и прочностных свойств материала тяжелой бурильной трубы. Данный баланс позволяет достичь в тяжелой бурильной трубе прочностные характеристики, позволяющие использовать ее внизу компоновки бурильной колонны, где она испытывает высокие нагрузки от давления вышерасположенных участков колонны, от веса соединенного с низом колонны бурового инструмента, усилие от крутящего момента при бурении. В то же время данный баланс позволяет за счет вязко-пластических свойств материала придать трубе определенные упругие свойства, что позволяет использовать ее при бурении искривленных, наклонных, или горизонтальных участков, позволяет избежать прихватов ее поверхности в породе. Баланс между прочностью и вязко-пластическими свойствами достигается за счет подбора оптимальных по химическому составу конструкционных легированных сталей для изготовления частей тяжелой бурильной трубы сварного типа. Экспериментально установлено, что необходимый баланс свойств материала обеспечивается за счет изготовления тела трубы из легированной стали, в которой наряду с содержанием остальных элементов содержание углерода составляет 0,28 – 0,44 мас.%, хрома - 0,8 – 1,2 мас.%. При этом соединительные замки, как ниппельный, так и муфтовый изготавливаются из легированной стали, в которой наряду с содержанием остальных элементов содержание углерода составляет 0,35 – 0,44 мас.%, хрома - 0,8 – 1,2 мас.%. При содержании углерода менее 0,28 мас.% для тела трубы и менее 0,35 мас.% для замков не достигается требуемая прочность толстостенной бурильной трубы. При содержании углерода более 0,44 мас.% для тела трубы и для замков ухудшается ударная вязкость и пластичность. Хром повышает прочность и вязкость стали. При его содержании в стали менее 0,8 мас.% прочность и вязкость трубы оказываются ниже допустимых значений. А увеличение содержания хрома в стали более 1,2 мас.% приводит к потере пластичности и снижению вязкости из-за роста карбидов. Присутствие других химических элементов в составе сталей для изготовления частей тяжелой бурильной трубы оказывает косвенное влияние на требуемый баланс ее вязко-пластических и прочностных свойств. Разница в указанном содержании углерода в теле трубы и в замках и указанное содержание в них хрома позволяет достичь необходимой прочности сварного шва между телом трубы и замками.The technical result is achieved by achieving balanced values of the visco-plastic and strength properties of the material of a heavy drill pipe. This balance allows you to achieve strength characteristics in a heavy drill pipe, allowing you to use it at the bottom of the drill string assembly, where it experiences high loads from the pressure of the upstream sections of the string, from the weight of the drilling tool connected to the bottom of the string, and the force from the drilling torque. At the same time, this balance allows, due to the visco-plastic properties of the material, to impart certain elastic properties to the pipe, which allows it to be used in drilling curved, inclined, or horizontal sections, and avoids sticking to its surface in the rock. The balance between strength and viscous-plastic properties is achieved by selecting the optimal chemical composition of structural alloy steels for the manufacture of parts of a heavy welded drill pipe. It was experimentally established that the necessary balance of material properties is ensured by manufacturing the body of the pipe from alloy steel, in which, along with the content of other elements, the carbon content is 0.28 - 0.44 wt.%, Chromium - 0.8 - 1.2 wt. % In this case, the connecting locks, both nipple and socket, are made of alloy steel, in which, along with the content of other elements, the carbon content is 0.35 - 0.44 wt.%, Chromium - 0.8 - 1.2 wt.%. When the carbon content is less than 0.28 wt.% For the pipe body and less than 0.35 wt.% For the locks, the required strength of the thick-walled drill pipe is not achieved. When the carbon content is more than 0.44 wt.% For the pipe body and for the locks, toughness and ductility deteriorate. Chrome increases the strength and toughness of steel. When its content in steel is less than 0.8 wt.%, The strength and viscosity of the pipe are below acceptable values. And an increase in the chromium content in steel of more than 1.2 wt.% Leads to a loss of ductility and a decrease in viscosity due to the growth of carbides. The presence of other chemical elements in the composition of the steels for the manufacture of parts of a heavy drill pipe has an indirect effect on the required balance of its visco-plastic and strength properties. The difference in the indicated carbon content in the pipe body and in the locks and the indicated chromium content in them allows achieving the necessary strength of the weld between the pipe body and the locks.

На фигуре 1 представлена конструкция тяжелой бурильной трубы.The figure 1 shows the construction of a heavy drill pipe.

На фигуре 2 показано возможное расположение тяжелых труб в составе колонны буровых труб.Figure 2 shows a possible arrangement of heavy pipes as part of a drill pipe string.

Тяжелая бурильная труба состоит из тела трубы 1, соединительных замков 2, присоединенных с помощью сварного шва 3. Колонна бурильных труб содержит в верхней и средней части бурильные трубы (БТ) 4, тяжелые бурильные трубы (ТБТ) 5 и утяжеленную бурильную трубу (УБТ) 6. Низ колонны бурильных труб оснащен скважинным оборудованием и скважинными механизмами, в частности стабилизаторами 7, блоком телеметрии 8, забойным двигателем 9, буровым инструментом 10, в качестве которого используется долото.A heavy drill pipe consists of a pipe body 1, connecting locks 2 connected by a weld 3. The drill pipe string contains drill pipes (BT) 4, heavy drill pipes (TBT) 5 and a drill pipe (UBT) in the upper and middle parts 6. The bottom of the drill pipe string is equipped with downhole equipment and downhole mechanisms, in particular stabilizers 7, a telemetry unit 8, a downhole motor 9, and a drilling tool 10, which uses a bit.

При необходимости бурения искривленного участка скважины между легкими БТ 4, не обладающими необходимой прочностью и УТБ 6, обладающей высокой прочностью, но не обладающей вязко-пластичными свойствами для бурения искривленного участка устанавливают несколько соединенных между собой ТБТ 5. Например, используют одну короткую УБТ 6, соединенную с тремя, последовательно связанными друг с другом ТБТ 5. За счет сбалансированных значений вязко-пластических и прочностных свойств материала толстостенной бурильной трубы ТБТ 5 обладают некоторой упругостью и подвижностью, достаточными для надежной работы на искривленном участке скважины. Кроме того, ТБТ 5 для улучшения работы, снижения вероятности прихвата с породой может иметь форму с центральным утолщением для уменьшения площади соприкосновения с породой. If it is necessary to drill a curved section of the well between light BT 4, which do not have the required strength and UTB 6, which has high strength, but does not have visco-plastic properties, several TBT 5 are connected to each other for drilling the curved section. For example, use one short drill collar 6, connected to three TBT 5 connected in series with each other 5. Due to the balanced values of the visco-plastic and strength properties of the material of a thick-walled drill pipe, TBT 5 have a certain elasticity and mobility sufficient for reliable operation on a curved section of the well. In addition, TBT 5 to improve performance, reduce the likelihood of sticking with the rock can be in the form of a central thickening to reduce the area of contact with the rock.

В таблице 1 представлены значения моментов кручения и сопротивления, без учета влияния растяжения, для различных типов бурильных труб БТ, ТБТ, УБТ, использующихся в колонне бурильных труб. Для сравнения представлены трубы с единым наружным диаметром 127 мм, на искривленных участках с одинаковыми углами наклона скважины - 30° и 65°.Table 1 shows the values of torsion moments and resistance, without taking into account the effect of tension, for various types of BT, TBT, UBT drill pipes used in the drill pipe string. For comparison, pipes with a single outer diameter of 127 mm are presented, in curved sections with the same angle of inclination of the well - 30 ° and 65 °.

Таблица 1Table 1

№п/пNo. Наименование
трубыName
pipes Момент сопротивления (торможение), Н*10м при угле наклона скважины в градусахThe moment of resistance (braking), N * 10m at the angle of inclination of the well in degrees Момент кручения (скручивающие нагрузки), Н*10м при угле наклона скважины в градусахTorsion moment (torsional loads), N * 10m at the angle of inclination of the well in degrees 30°30 ° 65°65 ° 30°30 ° 65°65 ° 1one УБТUBT 815815 16001600 203203 270270 22 ТБТTBT 350350 610610 6868 120120 33 БТBT 190190 350350 3838 6868

Данные таблицы иллюстрируют преимущества использования ТБТ 5 на подобных искривленных участках по сравнению с БТ 4 и УБТ 6. ТБТ 5 имеют меньшие значения момента сопротивления (торможения) по сравнению с УБТ 6 и большие моменты кручения (скручивающие нагрузки) по сравнении с БТ 4, что позволяет использовать ТБТ 5 для компоновки переходного участка низа бурильной колонны между УБТ 6 и БТ 4.These tables illustrate the advantages of using TBT 5 in such curved sections compared to BT 4 and UBT 6. TBT 5 have lower values of the moment of resistance (braking) compared to UBT 6 and large torsion moments (torsional loads) compared to BT 4, which allows you to use TBT 5 for the layout of the transitional section of the bottom of the drill string between drill collar 6 and BT 4.

Значения оптимального содержания углерода и хрома для тяжелой бурильной трубы с толщиной стенки тела трубы до 30 мм, с толщиной стенки замка свыше 50 мм определены экспериментально. В таблице 2 указаны марки легированных сталей, подобранных по химическому составу в соответствии с ГОСТ4543-2016 и стандартом США AISI для тела трубы. The values of the optimum carbon and chromium content for a heavy drill pipe with a pipe body wall thickness of up to 30 mm, with a castle wall thickness of more than 50 mm are determined experimentally. Table 2 shows the grades of alloy steels selected by chemical composition in accordance with GOST 4543-2016 and the US standard AISI for the pipe body.

Таблица 2table 2

Марка
сталиMark
become Химический состав сталиThe chemical composition of steel СFROM SiSi MnMn CrCr NiNi MoMo AlAl VV SS PP CuCu 35ХГСА35HGSA 0,32-0,390.32-0.39 1,1-1,41.1-1.4 0,8-1,10.8-1.1 1,1-1,41.1-1.4 до 0,3up to 0.3 до
0,035before
0,035 до
0.035before
0.035 до
0,3before
0.3 38ХМ 38XM 0,35-0.420.35-0.42 0,17-0,370.17-0.37 0,35-0,650.35-0.65 0,9-1,30.9-1.3 до 0,3up to 0.3 0,2-0,30.2-0.3 до 0,035up to 0.035 до 0,035up to 0.035 до 0,3up to 0.3 30ХГСА30HGSA 0,28-0,340.28-0.34 0,9-1,20.9-1.2 0,8-1,10.8-1.1 0,8-1,10.8-1.1 до 0,3up to 0.3 до 0,025up to 0.025 до 0,025up to 0.025 до 0,03up to 0.03 30ХГМА30HGMA 0,26-0,330.26-0.33 0,17-0,370.17-0.37 0,4-0,70.4-0.7 0,8-1,10.8-1.1 до 0,3up to 0.3 0,15-0,250.15-0.25 до 0,025up to 0.025 до 0,025up to 0.025 до 0,03up to 0.03 32ХГМА32HGMA 0,31-0,340.31-0.34 0,3-0,450.3-0.45 0,75-0,950.75-0.95 0,95-1,10.95-1.1 до 0,3up to 0.3 0,3-0,40.3-0.4 0.015-0,0450.015-0.045 до 0,025up to 0.025 до 0,025up to 0.025 до 0,03up to 0.03 40ХГМА40HGMA 0,4-0,44
0,37-
0,420.4-0.44
0.37-
0.42 0,2-0,35
0,17-
0,400.2-0.35
0.17-
0.40 0,8-1,1
0,4-
0,70.8-1.1
0.4-
0.7 1,0-1,2
0,90-
1,11.0-1.2
0.90-
1,1 до 0,4
до
0,5up to 0.4
before
0.5 0,15-0.25
0,15-
0,250.15-0.25
0.15-
0.25 До
0,03Before
0,03 До
0,06Before
0.06 до 0,012
до
0,012up to 0.012
before
0.012 до 0,02
до
0,02up to 0.02
before
0.02 до 0.2
до
0,3up to 0.2
before
0.3 30ХМА30XMA 0,26-
0,330.26-
0.33 0,17-
0,370.17-
0.37 0,4-0,70.4-0.7 0,8-1,10.8-1.1 0,15-0,250.15-0.25 До
0,025Before
0,025 До
0,025Before
0,025 До
0,3Before
0.3 35ХГР35HGR 0,33-0,370.33-0.37 0,17-0,370.17-0.37 1,0-1,31.0-1.3 0,45-0,650.45-0.65 0,015-0,0450.015-0.045 До 0,025Up to 0,025 До 0,025Up to 0,025 До 0,3Up to 0.3

В таблице 3 указаны марки легированных сталей, подобранных по химическому составу в соответствии с ГОСТ4543-2016 и стандартом США AISI для соединительных замков. Table 3 shows the grades of alloy steels selected by chemical composition in accordance with GOST 4543-2016 and the US standard AISI for joint locks.

Таблица 3Table 3

Марка
сталиMark
become Химический состав сталиThe chemical composition of steel СFROM SiSi MnMn CrCr NiNi MoMo AlAl VV SS PP CuCu 40ХГМА
ГОСТ 4543-201640HGMA
GOST 4543-2016 0,37-0,420.37-0.42 0,17-0,400.17-0.40 0,6-0,90.6-0.9 0,9-1,20.9-1.2 до 0,5up to 0.5 0,15-0,250.15-0.25 до 0,3up to 0.3 до 0,06up to 0.06 до 0,025up to 0.025 до 0,025up to 0.025 до 0,03up to 0.03 40ХМФА40KhMFA 0,37-0,420.37-0.42 0,17-0,400.17-0.40 0,4-0,70.4-0.7 0,8-1,10.8-1.1 до 0,3up to 0.3 0,2-0,30.2-0.3 0,10-0,180.10-0.18 до 0,025up to 0.025 до 0,025up to 0.025 до 0,03up to 0.03 45ХН2МФА45XH2MFA 0,42-0,500.42-0.50 0,17-0,370.17-0.37 0,5-0,80.5-0.8 0,8-1,10.8-1.1 1,3-1,81.3-1.8 0,2-0.30.2-0.3 до 0,025up to 0.025 до 0,025up to 0.025 до 0.2up to 0.2 4137Н
AISI4137H
Aisi 0,34-0,410.34-0.41 0,15-0,350.15-0.35 0,6-1,00.6-1.0 0,75-1,200.75-1.20 0,15-0,350.15-0.35 до 0,04up to 0.04 до 0.035up to 0.035

В ходе экспериментов были исследованы свойства тяжелых бурильных труб в зависимости от фактического процентного содержания углерода и хрома в сталях, из которых выполнены тела труб и соединительные замки. Так же исследовались свойства в зоне сварного шва труб. Данные исследований приведены в таблице 4.During the experiments, the properties of heavy drill pipes were investigated depending on the actual percentage of carbon and chromium in the steels of which the pipe bodies and connecting locks are made. The properties in the weld zone of the pipes were also investigated. The research data are shown in table 4.

Таблица 4Table 4

№No. Материал
Замка/тела трубыMaterial
Lock / body pipe Содерж.
C, мас.% Contents
C, wt.% Содерж.
Cr, мас.% Contents
Cr, wt.% Мех.свойства замковMechanical properties of locks Мех.свойства тела трубыThe mechanical properties of the pipe body Мех.свойства
Сварного шваFur Properties
Weld δт, МПаδt, MPa KCV,
кДж/м2KCV,
kJ / m2 НВHB δт, МПаδt, MPa KCV,
кДж/м2KCV,
kJ / m2 НВHB δт, МПаδt, MPa НВHB 1one 40ХГМА/
30ХГМА40HGMA /
30HGMA 0,42/
0,290.42 /
0.29 1,05/
0,851.05 /
0.85 905905 704704 305305 702702 700700 290290 720720 321321 22 40ХМФА/
38ХМ40KhMFA /
38XM 0,40/
0,360.40 /
0.36 1.08/
0,981.08 /
0.98 928928 743743 310310 720720 695695 295295 698698 338338 33 40ХГМА/
30ХГСА40HGMA /
30HGSA 0,42/
0,310.42 /
0.31 1,05/
1,001.05 /
1.00 905905 704704 305305 802802 690690 287287 720720 327327 44 40ХГМА/
40ХГМА40HGMA /
40HGMA 0,42/
0,420.42 /
0.42 1,05/
1,051.05 /
1.05 905905 704704 305305 905905 704704 305305 780780 330330 55 40ХГМА/
35ХГСА40HGMA /
35HGSA 0,42/
0,370.42 /
0.37 1,05/
1,31.05 /
1.3 905905 704704 305305 701701 487487 345345 578578 345345 66 45ХН2МФА/
30ХГСА45XH2MFA /
30HGSA 0,47/
0,310.47 /
0.31 1,06/
1,001.06 /
1.00 890890 569569 357357 802802 690690 287287 804804 351351 77 40ХГМА/
35ХГР40HGMA /
35HGR 0,42/
0,360.42 /
0.36 1,05/
0,621.05 /
0.62 905905 704704 305305 603603 495495 278278 611611 282282 88 40ХГМА/
30ХМА40HGMA /
30XMA 0,42/
0,270.42 /
0.27 1,05/
0,871.05 /
0.87 905905 704704 305305 595595 498498 279279 459459 267267

Где δт – предел текучести материала,Where δt is the yield strength of the material,

KCV – ударная вязкость,KCV - toughness,

НВ – твердость по Бринеллю.HB - Brinell hardness.

Анализ механических свойств составных частей трубы показал, что для легированных сталей, указанных в пунктах 1 – 4 таблицы 4, механические свойства замков, тела трубы, сварного соединения соответствуют техническим требованиям стандартом США ANSI/API Specification 7-1, предъявляемым к тяжелым бурильным трубам. Для сталей, указанных в пункте 5, механические свойства тела трубы и сварного соединения не соответствуют требованиям, что объясняется повышенным содержанием хрома. Фактическое содержание хрома в материале тела трубы составляет 1,3 мас. %. Для сталей, указанных в пункте 6, механические свойства замков и сварного соединения не соответствуют требованиям стандарта США ANSI/API Specification 7-1, т.к. фактическое содержание углерода в материале замков составляет 0,47 мас.%. Для сталей, указанных в пунктах 7, 8 механические свойства тела трубы и сварного соединения так же не соответствуют предъявляемым к трубе техническим требованиям, т.к., по п.7 фактическое содержание хрома в материале тела трубы составляет 0,62%, по п.8 фактическое содержание углерода в материале тела трубы составляет 0,27%. Таким образом, анализ результатов эксперимента показал, что стали, содержащие углерод и хром в заявляемых пределах, обладают сбалансированными значениями вязко-пластических и прочностных свойств материала, что позволяет повысить надежность работы тяжелых бурильных труб.Analysis of the mechanical properties of pipe components showed that for alloy steels specified in paragraphs 1 to 4 of Table 4, the mechanical properties of locks, pipe bodies, and welded joints meet the technical requirements of the US standard ANSI / API Specification 7-1 for heavy drill pipes. For steels referred to in paragraph 5, the mechanical properties of the pipe body and the welded joint do not meet the requirements, due to the increased chromium content. The actual chromium content in the material of the pipe body is 1.3 wt. % For the steels referred to in paragraph 6, the mechanical properties of the locks and welded joints do not meet the requirements of the US standard ANSI / API Specification 7-1, because the actual carbon content in the material of the locks is 0.47 wt.%. For steels specified in clauses 7, 8, the mechanical properties of the pipe body and welded joint also do not meet the technical requirements for the pipe, because, according to claim 7, the actual chromium content in the pipe body material is 0.62%, according to .8 the actual carbon content in the pipe body material is 0.27%. Thus, the analysis of the experimental results showed that steels containing carbon and chromium within the claimed limits have balanced values of visco-plastic and strength properties of the material, which improves the reliability of heavy drill pipes.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить надежность работы тяжелой бурильной трубы.Thus, the claimed invention improves the reliability of a heavy drill pipe.

Claims (1)

Тяжелая бурильная труба, содержащая тело трубы, соединительные замки на ее концах и зону сварного соединения между ними, отличающаяся тем, что тело трубы выполнено из легированной стали, содержащей в своем составе углерод в количестве 0,28 – 0,44 мас.% и хром в количестве 0,8 – 1,2 мас.%, замки трубы выполнены из легированной стали, содержащей в своем составе углерод в количестве 0,35 – 0,44 мас.% и хром в количестве 0,8 – 1,2 мас.%.A heavy drill pipe containing a pipe body, connecting locks at its ends and a welded joint zone between them, characterized in that the pipe body is made of alloy steel containing 0.28-0.44 wt.% Carbon and chrome in the amount of 0.8 - 1.2 wt.%, the pipe locks are made of alloy steel containing carbon in the amount of 0.35 - 0.44 wt.% and chromium in the amount of 0.8 - 1.2 wt. %

Images