RU2801805C1 - Method for production of steel pipes for highly sealed threaded connections of the premium class - Google Patents

Abstract

FIELD: pipe manufacturing.

SUBSTANCE: invention is related to production of steel pipes for highly sealed threaded connections of the Premium class. During the manufacturing of pipes, their ends are shaped. The pipe ends are formed to a predetermined length to obtain the required outer diameter by means of a cylindrical matrix made in form of a ring and fixed on the plunger of the hydraulic cylinder of the pipe end forming machine. Then the pipe ends are shaped to a predetermined length to obtain the required inner diameter and allowance for machining by means of a cylindrical punch made in form of a ring and fixed on said plunger of the hydraulic cylinder of the pipe ends forming machine. The total amount of deformation during formation of the ends of the pipes does not exceed 3%, and forming of the ends of the pipes is carried out without preliminary heating of the deformation zone.

EFFECT: negative effect of the pipe wall thickness difference is eliminated in the manufacturing of a pipe with a given inner diameter.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к трубопрокатному производству и может быть использовано при производстве стальных обсадных и насосно-компрессорных труб с высокогерметичными резьбовыми соединениями класса «Премиум», содержащими узел уплотнения «металл-металл».The invention relates to pipe-rolling production and can be used in the production of steel casing and tubing with high-tight threaded connections of the Premium class containing a metal-to-metal seal assembly.

Известен способ производства нефтегазовых труб для высокогерметичных резьбовых соединений класса «Премиум» (Патент РФ № RU 2385193 С1 15.08.2008), являющийся наиболее близким по технической сущности (прототипом), включающий в себя следующие операции: слитки нагревают в печи, прошивают в гильзы, прокатывают гильзы в трубы в пилигримовом стане и производят отрезку концов труб. Затем трубы подогревают, калибруют или редуцируют и правят. После этого производят формоизменение концов труб. Для этого каждую трубу на установке формоизменения центруют по наружному диаметру, зажимают в кулачки, нагревают зону деформации на конце трубы в кольцевом индукторе до температуры 550-600°С и осуществляют деформацию конца трубы конической матрицей, выполненной в виде кольца и закрепленной на плунжере гидроцилиндра установки формоизменения концов труб. При этом происходит обжим конца тела трубы на угол α относительно наружной поверхности трубы, при этом длина зоны деформации составляет: Н=Δ/tg α, где: Δ=S₁-S₂, S₁-толщина стенки трубы без формоизменения конца, S₂-толщина стенки трубы с формоизменением конца.A known method for the production of oil and gas pipes for high-pressure threaded connections of the "Premium" class (RF Patent No. RU 2385193 C1 15.08.2008), which is the closest in technical essence (prototype), includes the following operations: ingots are heated in a furnace, stitched into sleeves, sleeves are rolled into pipes in a pilgrim mill and the pipe ends are cut off. Then the pipes are heated, calibrated or reduced and straightened. After that, the pipe ends are shaped. To do this, each pipe at the forming unit is centered along the outer diameter, clamped into cams, the deformation zone at the end of the pipe is heated in an annular inductor to a temperature of 550-600 ° C and the end of the pipe is deformed with a conical matrix made in the form of a ring and fixed on the plunger of the installation hydraulic cylinder tube end changes. In this case, the end of the pipe body is compressed at an angle α relative to the outer surface of the pipe, while the length of the deformation zone is: H=Δ/tg α, where: Δ=S ₁ -S ₂ , S ₁ is the thickness of the pipe wall without shaping the end, S ₂ - thickness of the pipe wall with end shaping.

Недостатками прототипа являются: ограниченная длина зоны деформации, которая не позволяет изготавливать резьбовые соединения класса «Премиум», в конструкции которых предусмотрен достаточно большой по длине участок наружного уплотнения (носик ниппеля) и достаточно большой участок по длине внутренней расточки на конце трубы; наличие конического участка с углом α относительно наружной поверхности трубы не позволяет максимально использовать толщину стенки трубы для увеличения площади контакта упорных поверхностей «труба-муфта» и получить требуемую величину припуска по внутреннему диаметру трубы для механической обработки, что ведет к повторной обработке труб; требуется предварительный нагрев зоны деформации на конце трубы.The disadvantages of the prototype are: the limited length of the deformation zone, which does not allow the production of threaded connections of the "Premium" class, the design of which provides for a sufficiently large section of the outer seal (nipple nose) and a sufficiently large section along the length of the internal bore at the end of the pipe; the presence of a conical section with an angle α relative to the outer surface of the pipe does not allow the maximum use of the pipe wall thickness to increase the contact area of the “pipe-coupling” thrust surfaces and obtain the required allowance for the inner diameter of the pipe for machining, which leads to re-processing of pipes; preheating of the deformation zone at the end of the pipe is required.

Технической задачей, решаемой изобретением, является разработка способа, позволяющего: исключить повторную обработку труб по параметрам резьбовых соединений и дефектам по внутреннему диаметру труб; получение участка трубы на ее конце заданной длины и диаметра, которые требуются конструкцией высокогерметичного резьбового соединения; использование толщины стенки трубы без ее увеличения для обеспечения максимальной величины зоны контакта упорных поверхностей между трубой и муфтой; исключить предварительный нагрев зоны деформации на конце трубы в кольцевом индукторе, обеспечив суммарную величину деформации при формоизменении в пределах 3%.The technical problem solved by the invention is the development of a method that allows: to exclude re-processing of pipes in terms of threaded connections and defects in the inner diameter of pipes; obtaining a pipe section at its end of a given length and diameter, which is required by the design of a highly hermetic threaded connection; use of the pipe wall thickness without increasing it to ensure the maximum size of the contact zone of the thrust surfaces between the pipe and the coupling; eliminate preheating of the deformation zone at the end of the pipe in the ring inductor, ensuring the total amount of deformation during shaping within 3%.

Решение задачи достигается тем, что производится прокат гильзы в трубные плети в трубопрокатном стане, при этом толщина стенки трубы прокатывается в минусовом поле допуска от номинальной толщины стенки, но не более минус 12,5% от номинальной толщины стенки трубы, далее производится калибровка или редуцирование и правка, затем производят порезку трубных плетей в размер и отрезают дефектные концы труб и производят формоизменение концов труб отличающееся тем, что производят формоизменение конца трубы на заданную длину для получения требуемого наружного диаметра, цилиндрической матрицей, выполненной в виде кольца и закрепленной на плунжере гидроцилиндра установки формоизменения концов труб, а затем производят формоизменение на заданную длину конца трубы для получения требуемого внутреннего диаметра и припуска под механическую обработку, цилиндрическим пуансоном, выполненным в виде кольца и закрепленного на этом же плунжере гидроцилиндра установки формоизменения концов труб, при этом суммарная величина деформации при формоизменении не превышает 3% и предварительный нагрев зоны деформации не требуется.The solution to the problem is achieved by rolling the sleeve into pipe lashes in a pipe rolling mill, while the pipe wall thickness is rolled in a minus tolerance field from the nominal wall thickness, but not more than minus 12.5% of the nominal pipe wall thickness, then calibration or reduction is performed and straightening, then the pipe lashes are cut to size and the defective ends of the pipes are cut off and the pipe ends are shaped, which differs in that the pipe end is shaped to a predetermined length to obtain the required outer diameter, with a cylindrical matrix made in the form of a ring and fixed on the plunger of the hydraulic cylinder of the installation shaping of the ends of the pipes, and then shaping to a given length of the end of the pipe to obtain the required inner diameter and allowance for machining, with a cylindrical punch made in the form of a ring and fixed on the same plunger of the hydraulic cylinder of the installation for shaping the ends of the pipes, while the total amount of deformation during shaping does not exceed 3% and preheating of the deformation zone is not required.

Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что заявленный способ имеет существенные отличительные признаки и соответствует критерию новизны.Comparable analysis with the prototype shows that the claimed method has significant distinguishing features and meets the criterion of novelty.

Использование в предлагаемом способе известных и отличительных признаков дает новый технический результат, позволяющий: снизить расход металла за счет уменьшения повторной обработки труб; максимально использовать толщину стенки трубы (для высокогерметичных резьбовых соединений); получить необходимую длину участка деформации для труб с высокогерметичным резьбовым соединением; исключить предварительный нагрев участка деформации трубы, за счет получения величины деформации при формоизменении в пределах 3%, что увеличивает производительность участка формоизменения труб.The use of known and distinctive features in the proposed method gives a new technical result that allows: to reduce metal consumption by reducing the re-treatment of pipes; maximize the use of the pipe wall thickness (for high-tight threaded connections); obtain the required length of the deformation section for pipes with a highly hermetic threaded connection; eliminate preheating of the pipe deformation section, by obtaining the deformation value during forming within 3%, which increases the productivity of the pipe forming section.

Способ осуществляется следующим образом. Порядок формоизменения концов обсадных труб приведен на фигуре. Инструменты собираются в одной кассете, при этом пуансон 1 устанавливается впереди цилиндрической матрицы 2 и его наружный диметр меньше внутреннего номинального диаметра трубы 3. При передвижении кассеты вперед происходит обжатие трубы по наружному диаметру цилиндрической матрицей, которая расположена за пуансоном и внутренний диаметр которой (кольца) меньше номинального наружного диаметра трубы, при этом внутренний диаметр трубы также уменьшается на величину, при которой он становится меньше наружного диаметра пуансона. При этом длина хода и соответственно длина участка, подвергнутого формоизменению, рассчитывается исходя из требуемой длины уплотнительной поверхности (носика), с учетом припуска под механическую обработку. При обратном ходе кассеты, пуансон увеличивает и одновременно выравнивает внутренний диаметр трубы и исключает тем самым отрицательное влияние разнотолщинности стенки трубы на получение требуемого внутреннего диаметра трубы для равнопроходного резьбового соединения «труба-муфта».The method is carried out as follows. The order of forming the ends of the casing pipes is shown in the figure. The tools are assembled in one cassette, while the punch 1 is installed in front of the cylindrical matrix 2 and its outer diameter is less than the internal nominal diameter of the pipe 3. When the cassette is moved forward, the pipe is compressed along the outer diameter by a cylindrical matrix, which is located behind the punch and whose inner diameter (rings) less than the nominal outer diameter of the pipe, while the inner diameter of the pipe is also reduced by the amount at which it becomes smaller than the outer diameter of the punch. In this case, the stroke length and, accordingly, the length of the section subjected to shaping is calculated based on the required length of the sealing surface (nose), taking into account the allowance for machining. During the reverse stroke of the cassette, the punch increases and simultaneously equalizes the inner diameter of the pipe and thereby eliminates the negative effect of the difference in thickness of the pipe wall on obtaining the required inner diameter of the pipe for an equal-bore threaded connection "pipe-coupling".

Внутренний диаметр цилиндрической матрицы Дв рассчитывается по формуле:The inner diameter of the cylindrical matrix Dv is calculated by the formula:

Дв=Дном.-Дном.×К, гдеDv=Bottom.-Bottom.×K, where

Дном. - номинальный диаметр трубы;bottom. - nominal pipe diameter;

К - коэффициент припуска под механическую обработку.K - coefficient of allowance for machining.

Наружный диаметр пуансона Дн рассчитывается по формуле:The outer diameter of the punch Dn is calculated by the formula:

Дн=Дном.-Дном.×К-2S, гдеDn=Dn.-Dn.×K-2S, where

Дном. - номинальный диаметр трубы;bottom. - nominal pipe diameter;

К - коэффициент припуска под механическую обработку;K - coefficient of allowance for machining;

S - толщина стенки трубы с учетом минусового поля допуска минус 12,5% от номинальной толщины стенки трубы.S - pipe wall thickness, taking into account the minus tolerance field minus 12.5% of the nominal pipe wall thickness.

Коэффициент припуска под механическую обработку К зависит от наружного диаметра обсадной трубы и составляет от 0,014 до 0,020.Machining allowance coefficient K depends on the outer diameter of the casing pipe and ranges from 0.014 to 0.020.

Рассчитываем величину суммарной деформации при формоизменении конца трубы ε, % по формуле:We calculate the value of the total deformation during the shape change of the end of the pipe ε, % according to the formula:

где Where

D₀ - исходный наружный диаметр трубы;D ₀ - the original outer diameter of the pipe;

D₁ - конечный наружный диаметр трубы.D ₁ - the final outer diameter of the pipe.

Формула для расчета суммарной деформации при калибровании и формоизменении конца трубы ε_Σ, %:The formula for calculating the total deformation during calibration and shaping of the end of the pipe ε _Σ , %:

где Where

D₀ - исходный наружный диаметр трубы;D ₀ - the original outer diameter of the pipe;

D_1…n-1 - наружные диаметры трубы после проведения промежуточных технических операций;D _{1 ... n-1} - outer diameters of the pipe after intermediate technical operations;

Dn - конечный наружный диаметр трубы.Dn is the final outer diameter of the pipe.

Расчет произведем для трубы размером 114,3×6,88 мм под нарезку резьбы «ТМК UP PF».The calculation will be made for a pipe with a size of 114.3 × 6.88 mm for threading "TMK UP PF".

По известному способу, после проведения подгиба торца на угол α:According to a known method, after bending the end at an angle α:

По предлагаемому способу суммарная деформация после калибрования по наружному диаметру и затем внутреннему диаметру трубы:According to the proposed method, the total deformation after calibration by the outer diameter and then the inner diameter of the pipe:

Использование предлагаемого способа производства стальных труб для высокогерметичных резьбовых соединений класса «Премиум» позволило при формоизменении конца трубы выйти на суммарную деформацию в пределах 3%, что исключает предварительный нагрев конца трубы в зоне деформации.The use of the proposed method for the production of steel pipes for high-pressure threaded connections of the "Premium" class made it possible, when forming the end of the pipe, to reach a total deformation within 3%, which eliminates preheating of the end of the pipe in the deformation zone.

Claims (11)

1. Способ производства стальных труб для высокогерметичных резьбовых соединений класса «Премиум», включающий прокат гильзы в трубные плети в трубопрокатном стане, при этом гильзу прокатывают в минусовом поле допуска толщины ее стенки не более минус 12,5% от номинальной толщины ее стенки, далее производят калибровку или редуцирование и правку, затем производят порезку трубных плетей в размер и отрезают дефектные концы труб и производят формоизменение концов труб, отличающийся тем, что формоизменение концов труб производят на заданную длину для получения требуемого наружного диаметра посредством цилиндрической матрицы, выполненной в виде кольца и закрепленной на плунжере гидроцилиндра установки формоизменения концов труб, а затем формоизменение концов трубы производят на заданную длину для получения требуемого внутреннего диаметра и припуска под механическую обработку посредством цилиндрического пуансона, выполненного в виде кольца и закрепленного на упомянутом плунжере гидроцилиндра установки формоизменения концов труб, при этом суммарная величина деформации при формоизменении концов труб не превышает 3%, причем формоизменение конца труб производят без предварительного нагрева зоны деформации.1. A method for the production of steel pipes for high-tight threaded connections of the Premium class, including rolling a sleeve into pipe strings in a pipe mill, while the sleeve is rolled in a minus tolerance field for its wall thickness of not more than minus 12.5% of the nominal thickness of its wall, then calibrate or reduce and straighten, then cut the pipe strings to size and cut off the defective ends of the pipes and reshape the ends of the pipes, characterized in that the reshaping of the ends of the pipes is carried out to a predetermined length to obtain the required outer diameter by means of a cylindrical matrix made in the form of a ring and fixed on the plunger of the hydraulic cylinder of the pipe end forming machine, and then the pipe ends are shaped to a predetermined length to obtain the required inner diameter and allowance for machining by means of a cylindrical punch made in the form of a ring and fixed on the said hydraulic cylinder plunger of the pipe end forming machine, while the total the magnitude of the deformation during the forming of the ends of the pipes does not exceed 3%, and the forming of the end of the pipes is carried out without preliminary heating of the deformation zone. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что2. The method according to p. 1, characterized in that внутренний диаметр цилиндрической матрицы Дв рассчитывается по формуле:the inner diameter of the cylindrical matrix Dv is calculated by the formula: Дв=Дном.-Дном.×К, гдеDv=Bottom.-Bottom.×K, where Дном. - номинальный диаметр трубы;bottom. - nominal pipe diameter; К - коэффициент припуска под механическую обработку, зависящий от наружного диаметра обсадной трубы, составляющий от 0,014 до 0,020,K - coefficient of allowance for machining, depending on the outer diameter of the casing pipe, ranging from 0.014 to 0.020, наружный диаметр пуансона Дн рассчитывается по формуле:the outer diameter of the punch Dn is calculated by the formula: Дн=Дном.-Дном.×К - 2S, гдеDn=Dn.-Dn.×K - 2S, where Дном. - номинальный диаметр трубы;bottom. - nominal pipe diameter; К - коэффициент припуска под механическую обработку, зависящий от наружного диаметра обсадной трубы, составляющий от 0,014 до 0,020;K - coefficient of allowance for machining, depending on the outer diameter of the casing, ranging from 0.014 to 0.020; S - толщина стенки трубы с учетом минусового поля допуска минус 12,5% от номинальной толщины стенки трубы.S - pipe wall thickness, taking into account the minus tolerance field minus 12.5% of the nominal pipe wall thickness.

Images