RU53404U1 - 50 MM BALANCED DRILL PIPE WITH WELDED LOCKS - Google Patents

Abstract

Использование: к области горного дела, а именно к бурильным трубам, предназначенным для бурения, ловильных работ и капитального ремонта в скважинах, обсаженных трубами размером 89 и 102 мм. Задача полезной модели: создание высокопрочных оптимально сбалансированных бурильных труб размером 50 мм с приваренными замками диаметром менее 66 мм, позволяющих повысить надежность бурения, ловильных и аварийных работ, снизить гидравлическое сопротивление в процессе промывки скважин. Сущность полезной модели Сбалансированная бурильная труба размером 50 мм с приваренными замками содержит тело трубы и приваренные ниппель и муфту, при этом, концы труб выполнены с внутренней высадкой, а приваренные замки и прилегающие к ним высаженные части по концам труб имеют различный внутренний диаметр (dм и dн), что позволяет решить проблему удаления грата и стружки из зоны сварки и полости трубы. На муфте замка выполнена прямоугольная или коническая посадочная поверхность под элеватор, а отношение момента кручения замка к моменту кручения трубы превышает величину 0,8, при этом коэффициент высадки тела трубы под приварку замка более 1,6. Кроме того, на муфте и ниппеле используются соединительные резьбы 3-53 и 3-52 и фрезеруются поперечные пазы (лыски) с целью облегчения и ускорения свинчивания и развинчивания замковой резьбы рожковыми ключами, а для снижения гидравлических потерь на выходе бурового раствора из ниппеля выполнен диффузор 8.Usage: to the field of mining, namely to drill pipes intended for drilling, fishing operations and major repairs in wells cased with pipes of 89 and 102 mm in size. The objective of the utility model is to create high-strength, optimally balanced drill pipes of 50 mm in size with welded tool joints with a diameter of less than 66 mm, which can increase the reliability of drilling, fishing and emergency operations, and reduce hydraulic resistance during well washing. The essence of the utility model A balanced drill pipe 50 mm in size with welded locks contains the body of the pipe and welded nipple and sleeve, while the ends of the pipes are made with an internal upset, and the welded locks and adjacent upset parts at the ends of the pipes have different inner diameters (dm and dн), which allows to solve the problem of removal of burr and shavings from the welding zone and the pipe cavity. A rectangular or conical landing surface for the elevator is made on the lock clutch, and the ratio of the torsion moment of the lock to the moment of torsion of the pipe exceeds 0.8, while the coefficient of disembarkation of the body of the pipe for welding the lock is more than 1.6. In addition, connecting threads 3-53 and 3-52 are used on the coupling and nipple and transverse grooves (flats) are milled to facilitate and accelerate the making and unscrewing of the locking threads with open-end wrenches, and a diffuser is made to reduce hydraulic losses at the outlet of the drilling fluid from the nipple. 8.

Description

Заявленная полезная модель относится к области горного дела, а именно к бурильным трубам, предназначенным для бурения, ловильных работ и капитального ремонта в скважинах, обсаженных трубами размером 89 и 102 мм.The claimed utility model relates to the field of mining, namely to drill pipes intended for drilling, fishing operations and major repairs in wells cased with pipes of 89 and 102 mm in size.

Известна конструкция бурильной трубы диаметром 50 мм с высаженными внутрь концами, на которые навинчиваются ниппельные и муфтовые элементы замковых соединений (ГОСТ 7918-75).A known design of a drill pipe with a diameter of 50 mm with upset ends, on which are screwed nipple and coupling elements of the locking joints (GOST 7918-75).

Основным недостатком данной конструкции является низкая усталостная прочность высаженной части труб с наружной мелкой резьбой. Кроме того, в упорных плоскостях замков отсутствует фаска.The main disadvantage of this design is the low fatigue strength of the upset portion of pipes with external fine thread. In addition, there is no chamfer in the thrust planes of the locks.

Также известна конструкция бурильной трубы размером 50 мм с приваренными трением к телу трубы замками ЗП-65-28 (ТУ 26-02-518-73). Данная труба имеет наружную высадку (наружный валик), получаемый в процессе приварки трением замка к трубе. Надежность подобного сварного соединения невысокая. Привариваемые ниппель и муфта замка указанных труб имеют короткие хвостовики, которые вводятся внутрь трубы. В процессе сварки трением хвостовик препятствует свободному выходу образующегося сварочного грата из зоны сварки на внутреннюю поверхность трубы. В таком сварном соединении остаются включения, приводящие к зарождению усталостных трещин.Also known is the construction of a drill pipe 50 mm in size with friction welded locks ZP-65-28 (TU 26-02-518-73). This pipe has an external upset (outer roller) obtained in the process of welding by friction of the lock to the pipe. The reliability of such a welded joint is low. The weldable nipple and lock coupling of these pipes have short shanks that are inserted into the pipe. In the process of friction welding, the shank prevents the free formation of the formed welding bead from the welding zone to the inner surface of the pipe. In such a welded joint, inclusions remain, leading to the initiation of fatigue cracks.

Наиболее близка к заявленной полезной модели по совокупности признаков бурильная труба диаметром 50 мм с толщиной стенки 5 мм типа ТБПВ-50 с замками ЗП-67-28, приваренными к предварительно высаженным наружу концам трубы. (Трубы нефтяного сортамента. Справочное руководство. - М.: Недра, 1976. - С.41-45.)The closest to the claimed utility model in terms of features is a drill pipe with a diameter of 50 mm with a wall thickness of 5 mm such as TBPV-50 with locks ZP-67-28, welded to the ends of the pipe that were previously planted outside. (Pipes of oil assortment. Reference manual. - M .: Nedra, 1976. - S.41-45.)

К недостаткам данной конструкции труб следует отнести то, что внутренний сварочный грат не удаляется, спуско-подъемные операции (СПО) выполняются с использованием специальных захватов и вилок, которые вводятся в поперечные пазы (лыски) на муфте и ниппеле замков, размер S которых равен 46 мм. Данный способ проведения СПО ненадежен и практически не применим для работы на глубоких скважинах буровыми станками, в которых используются элеваторы.The disadvantages of this pipe design include the fact that the internal welding bead is not removed, tripping and lowering operations (STR) are performed using special grippers and forks, which are inserted into the transverse grooves (flats) on the coupling and nipple of locks, the size of which is 46 mm This method of conducting STR is unreliable and practically not applicable for working in deep wells with drilling rigs that use elevators.

Завихрения промывочной жидкости на выступах внутреннего грата создают дополнительные гидравлические сопротивления. Муфта и ниппель замка ЗП-67-28 не сбалансированы по прочности на изгиб, т.е. отношение момента сопротивления муфты W_M к моменту сопротивления ниппеля W_H в данном случае равно 3,2. Согласно многочисленным исследованиям для равнопрочных замков отношение должно быть равно 2,3-2,7 (Щербюк Н.Д. и др. Повышение эксплуатационных характеристик и расчет замковых резьбовых соединений бурильных труб.//РНТС. Сер. «Машины и нефтяное оборудование» - М.: ВНИИОЭНГ, 1980. - Вып.3. - с.17-21). Замок и сварное соединение равнопрочны для марок стали бурильной трубы ТБПВ-50 с пределом текучести σ_т до 517 МПа, что не позволяет выполнять работы в глубоких сильно искривленных и горизонтальных скважинах.Turbulence of the flushing fluid on the protrusions of the internal burrs create additional hydraulic resistance. The coupling and nipple of the lock ZP-67-28 are not balanced in terms of bending strength, i.e. the ratio of the moment of resistance of the coupling W _M to the moment of resistance of the nipple W _H in this case is 3.2. According to numerous studies for equal strength locks, the ratio should be equal to 2.3-2.7 (Shcherbyuk ND and others. Improving the performance and calculation of threaded joints of drill pipes. // RNTS. Ser. "Machines and oil equipment" - M .: VNIIOENG, 1980. - Issue 3. - p.17-21). The lock and welded joint are equal in strength for steel grades of the TBPV-50 drill pipe with a yield strength of σ _t up to 517 MPa, which does not allow performing work in deep, highly curved and horizontal wells.

Задачей настоящей полезной модели является создание высокопрочных оптимально сбалансированных бурильных труб размером 50 мм с приваренными замками диаметром менее 66 мм, позволяющих повысить надежность бурения, ловильных и аварийных работ, снизить гидравлические сопротивления в процессе промывки скважин.The objective of this utility model is to create high-strength, optimally balanced drill pipes with a size of 50 mm with welded tool joints with a diameter of less than 66 mm, which can increase the reliability of drilling, fishing and emergency operations, and reduce hydraulic resistance during flushing wells.

Указанная задача решается за счет того, что в отличие от прототипа концы бурильных труб выполнены с внутренней высадкой, при этом коэффициент высадки 1,6 и более, а приваренные замки и прилегающие к ним выезженные части на концах труб имеют различный внутренний диаметр (d_м и d_н), на муфте выполняется прямоугольная или коническая посадочная поверхность под элеватор, при этом в ниппельной части замка выполняется диффузор. На муфте и ниппеле используются соединительные резьбы 3-53 (для групп прочности Д,Е,Л) и 3-52 (для группы прочности М), что обеспечивает сбалансированность приварных замков по прочности на изгиб ( и 2,5 соответственно) и отношению момента кручения замка Мкр.зам к моменту кручения тела трубы Мкр.тр, которое превышает величину 0,8. Внутренний грат в зоне сварного соединения механически удален.This problem is solved due to the fact that, in contrast to the prototype, the ends of the drill pipes are made with an internal upset, with an upset coefficient of 1.6 or more, and welded locks and adjacent parts left at the ends of the pipes have different internal diameters (d _m and d _n ), a rectangular or conical landing surface under the elevator is made on the coupling, while a diffuser is made in the nipple part of the lock. On the coupling and nipple, connecting threads 3-53 (for strength groups D, E, L) and 3-52 (for strength group M) are used, which ensures the balance of welded joints on bending strength ( and 2.5, respectively) and the ratio of the torsion moment of the lock Mkr.zam to the moment of torsion of the pipe body Mkr.tr, which exceeds the value of 0.8. The internal burr in the weld zone is mechanically removed.

Сущность полезной модели дана на фиг.1 и в таблице 1.The essence of the utility model is given in figure 1 and in table 1.

Бурильная труба БВ-50 включает тело трубы 1 с внутренней высадкой 2 и приваренные муфту 3 и ниппель 4 замка, имеющие фаски 5 в упорных плоскостях. На муфте 3 замка выполнена прямоугольная или коническая опорная Drill pipe BV-50 includes the body of the pipe 1 with an internal upset 2 and a welded sleeve 3 and nipple 4 of the lock having chamfers 5 in the thrust planes. On the clutch 3 lock is made rectangular or conical support

(посадочная) поверхность 6 под элеватор. При необходимости (по заявке потребителя) на муфте и ниппеле фрезеруются поперечные пазы (лыски) 7 только с целью облегчения и ускорения свинчивания и развинчивания замковой резьбы рожковыми ключами размером 55 мм. Для снижения гидравлических потерь на выходе бурового раствора из ниппеля выполнен диффузор 8. На ниппеле и муфте нарезается соединительная резьба 9 (3-52 или 3-53).(landing) surface 6 under the elevator. If necessary (at the request of the consumer), transverse grooves (flats) 7 are milled on the coupling and nipple 7 only with the aim of facilitating and accelerating the fastening and unscrewing of the locking thread with 55 mm open-end wrenches. To reduce hydraulic losses at the outlet of the drilling fluid from the nipple, a diffuser 8 is made. A connecting thread 9 (3-52 or 3-53) is cut on the nipple and the coupling.

Диаметр внутреннего отверстия dм в муфте замка и прилегающей высаженной части трубы больше диаметра внутреннего отверстия dн в ниппеле и прилегающей высаженной части трубы, что позволяет извлекать кусочки грата и стружку из полости трубы в процессе поточного производства.The diameter of the inner hole dm in the clutch of the lock and the adjacent upset pipe part is larger than the diameter of the internal hole dn in the nipple and the adjacent upset pipe part, which allows you to extract pieces of burr and shavings from the cavity of the pipe during in-line production.

В процессе приварки трением замков к телу трубы внутри и снаружи образуется валик грата высотой 6-8 мм. В существующих конструкциях бурильных труб размером 50 мм срезанный внутренний грат не удавалось удалять через отверстие dн ниппеля, которое для указанных труб с замком размером 65-67 мм из условия равнопрочности должно быть равно 23-28 мм. Применение муфты и прилегающей к ней высаженной части трубы с увеличенным внутренним отверстием по сравнению с внутренним отверстием ниппеля и прилегающей к нему высаженной части трубы позволило решить проблему удаления грата и стружки из зоны сварки и полости трубы.In the process of friction welding of the locks to the pipe body, a burr 6–8 mm high is formed inside and outside. In existing constructions of drill pipes with a size of 50 mm, the cut-off inner burr could not be removed through the hole dn of the nipple, which for these pipes with a lock of 65-67 mm from the condition of equal strength should be equal to 23-28 mm. The use of the coupling and the upset pipe portion adjacent to it with an increased internal hole as compared to the nipple inner hole and the upset pipe adjacent to it made it possible to solve the problem of removing burr and shavings from the weld zone and pipe cavity.

В прототипе не представлялось возможным получить опорную поверхность под элеватор необходимой ширины, так как применялась труба-заготовка с наружной высадкой концов.In the prototype, it was not possible to obtain a supporting surface for the elevator of the required width, since a workpiece pipe with an external upsetting was used.

В замках труб БВ-50×5,5 группы прочности Д, Е и Л использована резьба 3-53 с конусностью 1/5 (ГОСТ 7818-75). Для замков высокопрочных бурильных труб БВ-50×5,5 группы прочности М - резьба 3-52 с конусностью 1/8 и шагом, равным 6,35 мм. Профиль ниток резьбы 3-52 соответствует профилю резьбы ОН (стандарт API 7G, 1998, Table A-1). Средний диаметр dcp резьбы в основной плоскости равен 48,8 мм, длина резьбового конуса ниппеля - 76 мм.In pipe locks BV-50 × 5.5 of strength group D, E and L, threads 3-53 with 1/5 taper were used (GOST 7818-75). For locks of high-strength drill pipes BV-50 × 5.5, strength group M - 3-52 thread with 1/8 taper and pitch equal to 6.35 mm. Thread profile 3-52 corresponds to OH thread profile (API Standard 7G, 1998, Table A-1). The average diameter dcp of the thread in the main plane is 48.8 mm, the length of the threaded cone of the nipple is 76 mm.

Бурильная труба БВ-50 с приваренными трением замками ЗП-65-25 (резьба 3-53 или 3-52) имеет оптимальные величины параметров и Кв, значения которых приведены в таблице 2. Значения отношения обеспечивается в предлагаемой конструкции труб даже для труб высоких групп прочности Л и М со значениями σ_т=655-862 МПа и σ_т=724-930 МПа. Бурильная BV-50 drill pipe with friction-welded locks ZP-65-25 (thread 3-53 or 3-52) has optimal parameter values and Kv, the values of which are given in table 2. The values of the ratio provided in the proposed design of pipes for pipes even high strength groups L and M with values σ _m = 655-862 MPa and σ _m = 724-930 MPa. Drill

труба с несбалансированными замковыми соединениями, как правило, быстро выходит из строя.pipe with unbalanced locking joints, as a rule, quickly fails.

За счет удаления внутреннего грата, небольшой длины суженного внутреннего участка dн в замках и наличия диффузора 8 гидравлические потери в трубах снижаются на 20%.Due to the removal of internal burr, the small length of the narrowed inner portion dн in the locks and the presence of a diffuser 8, hydraulic losses in the pipes are reduced by 20%.

На основании известных технических решений создана бурильная труба размером 50 мм, выгодно отличающаяся от прототипа данного размера, т.е. создана надежная высокопрочная и высокоэффективная труба, позволяющая выполнять работы в глубоких наклонных и горизонтальных скважинах малого диаметра.On the basis of well-known technical solutions, a 50 mm drill pipe was created that compares favorably with the prototype of this size, i.e. a reliable high-strength and highly efficient pipe has been created, which allows performing work in deep inclined and horizontal wells of small diameter.

В предлагаемой конструкции бурильной трубы размером 50 мм по сравнению с прототипом применены внутренняя высадка концов различного диаметра и приваренные замки оптимального типоразмера и профиля; выполнена опорная поверхность под элеватор. За счет различного проходного отверстия в муфте и ниппеле замка обеспечивается удаление грата и стружки из зоны сварки и полости трубы. Данные технические решения позволяют повысить надежность и работоспособность труб, а также улучшить показатели промывки и бурения скважин.In the proposed design of the drill pipe with a size of 50 mm, in comparison with the prototype, internal upsetting of the ends of various diameters and welded locks of the optimal size and profile are used; made supporting surface under the elevator. Due to the various bore holes in the coupling and nipple of the lock, removal of burr and shavings from the welding zone and the pipe cavity is ensured. These technical solutions can improve the reliability and performance of pipes, as well as improve the performance of flushing and drilling wells.

Таблица 1
Основные параметры бурильной трубы БВ-50 с внутренней высадкой
Размеры, ммTable 1
The main parameters of the drill pipe BV-50 with internal upsetting
Sizes, mm ТипоразмерSize Типоразмер резьбыThread size Группа прочности (марка)Strength group (brand) DзDz DтDt δδ dвdв DмDm dнdн IмIm IнIn трубыpipes замкаthe castle БВ-50×5,5BV-50 × 5.5 ЗП-65ZP-65 3-533-53 Д,Е,ЛD, E, L 65,565.5 50,050,0 5,55.5 52,652.6 33,033.0 25,525.5 204204 150150 БВ-50×5,5BV-50 × 5.5 ЗП-65ZP-65 3-523-52 МM 65,565.5 50,050,0 5,55.5 52,652.6 33,033.0 25,525.5 204204 150150

Таблица 2
Характеристика бурильных труб размером 50 мм с замками ЗП-65-25 с резьбами 3-52 и 3-53table 2
Characteristics of drill pipes 50 mm in size with locks ZP-65-25 with threads 3-52 and 3-53 Наименование параметровName of parameters Трубы БВ-50×5,5 с замком ЗП-65-25, резьба 3-53BV-50 × 5.5 pipes with a lock ZP-65-25, thread 3-53 Трубы БВ-50×5,5 с замком ЗП-65-25, резьба 3-52BV-50 × 5.5 pipes with a lock ZP-65-25, thread 3-52 Оптимальное значение параметровThe optimal value of the parameters Труба гр.прочности (марки)Strength pipe (grades) ЗамокCastle Труба гр.прочности (марки)Strength pipe (grades) ЗамокCastle ДD ЕE ЛL МM Растягивающая нагрузка Q, соответствующая σт, при Мкр=0, кНTensile load Q, corresponding to σt, at Mkr = 0, kN 291291 397397 503503 850850 556556 945945 -- Момент кручения Мкр, соответствующий σт, при Q=0, кН·мThe torsion moment Mkr, corresponding to σt, at Q = 0, kN 3,383.38 4,604.60 5,845.84 4,94.9 6,456.45 5,555.55 -- Отношение Мкр.зам/Мкр.трRatio Mkr.zam / Mkr.tr 1,451.45 1,061.06 0,840.84 -- 0,860.86 -- не менее 0,8¹⁾ not less than 0.8 ¹⁾ Отношение момента сопротивления муфты замка к моменту сопротивления ниппеля, The ratio of the moment of resistance of the clutch lock to the moment of resistance of the nipple, -- -- -- 2,72.7 -- 2,52,5 2,3-2,72.3-2.7 Коэффициент высадки
- муфтового конца
- ниппельного концаDrop rate
- coupling end
- nipple end 1,71
2,01.71
2.0 1,71
2,01.71
2.0 1,71
2,01.71
2.0 -- 1,71
2,01.71
2.0 -- 1,6 и более²⁾
1,6 и более ²⁾ 1.6 and more ²⁾
1.6 and more ²⁾ Примечание:¹⁾ Оптимальное значение ≥ 0,8 определено требованиями международного стандарта API Spec 7.декабрь 1997, с.9, п.6.3.1;
²⁾ Принят исходя из стендовых исследований выполненных в ОАО «ВНИИтнефть» г.Самары. (Сб.трудов «Повышение работоспособности бурильных обсадных и насосно-компрессорных труб»- Куйбышев: Гипровостокнефть,1982, - с.31-34) Note: ¹⁾ Optimum value ≥ 0.8 defined by the requirements of the international standard API Spec 7. December 1997, p. 9, clause 6.3.1;
²⁾ Adopted on the basis of bench studies carried out in OAO VNIItneft in Samara. (Sat. Trudov “Improving the operability of drill casing and tubing” - Kuibyshev: Giprovostokneft, 1982, - p.31-34)

Claims (4)

1. Сбалансированная бурильная труба размером 50 мм с приваренными замками ЗП-65-25, включающая тело трубы и приваренный ниппель и муфту, отличающаяся тем, что концы труб выполнены с внутренней высадкой, при этом коэффициент высадки 1,6 и более, приваренные замки и прилегающие к ним высаженные части на концах труб имеют различный внутренний диаметр (dм и dн), на муфте замка выполнена прямоугольная или коническая посадочная поверхность под элеватор, а отношение момента кручения замка к моменту кручения тела трубы превышает величину 0,8.1. Balanced drill pipe 50 mm in size with welded locks ZP-65-25, including the body of the pipe and a welded nipple and sleeve, characterized in that the ends of the pipes are made with an internal upset, with an upset factor of 1.6 or more, welded locks and adjacent upset parts at the ends of the pipes have different inner diameters (dm and dn), a rectangular or conical landing surface for the elevator is made on the lock clutch, and the ratio of the torsion moment of the lock to the moment of torsion of the pipe body exceeds 0.8. 2. Труба по п.1, отличающаяся тем, что в замках 3П-65-25 с трубами группы прочности М используется соединительная резьба 3-52, а с трубами группы прочности Д, Е, Л - соединительная резьба 3-53.2. The pipe according to claim 1, characterized in that in the locks 3P-65-25 with pipes of strength group M, a connecting thread 3-52 is used, and with pipes of a strength group D, E, L - connecting thread 3-53. 3. Труба по п.1, отличающаяся тем, что внутренний сварочный грат в муфтовом и ниппельном концах трубы механически удален.3. The pipe according to claim 1, characterized in that the internal welding bead in the socket and nipple ends of the pipe is mechanically removed. 4. Труба по п.1, отличающаяся тем, что в ниппеле замка выполнен диффузор.

4. The pipe according to claim 1, characterized in that the diffuser is made in the nipple of the lock.