20

Министерство Образования и Науки Украины

Национальная Металлургическая Академия Украины

Кафедра термической обработки металлов

Реферат

на тему:

˝Термическая обработка и термомеханическая обработка обсадных труб из стали 36Г2С ˝

Подготовила ст.гр. МТ-97-2 Черных Е.С.

Проверил преподаватель Прядко Е.И.

г.Днепропетровск

2001г.

Содержание:

Стр.

Введение………………………………………………………………..3

1.Назначение обсадных труб...………………………………..……...4

2.Сортамент и технические требования, предъявляемые к

обсадным трубам………………………………………………………5

3.Материал обсадных труб……..……………………………….…….6

4.Технологическая схема производства обсадных труб…………….7

5.Термическая обработка обсадных труб из стали 36Г2С…………..8

5.1.Нормализация труб………………………………………………...8

5.2.Закалка и отпуск труб……………………………………………..12

5.3.Термическая обработка концов труб……………………………..16

6.Термомеханическая обработка обсадных труб……………………16

7.Контроль качества труб после термической и

термомеханической обработки……………………………………….18

Литература……………………………………………………………..19

Введение

В отличие от других видов металлопродукции для труб характерны развитая поверхность (наибольшее отношение площади поверхности к массе), наличие внутренней полости, значительный сортамент по геометрическим размерам, способам производства и назначению.

По способу производства трубы подразделяют на литые, бесшовные и сварные. Основной объём производства составляют бесшовные и сварные. По назначению трубы подразделяют: на трубы для нефте- и газодобывающей промышленности, теплоэнергетики, магистральных газо- и нефтепроводов, трубы для производства подшипников, химической промышленности, строительства и т.д.

Условия эксплуатации труб различного назначения позволяют сформулировать основные требования, предъявляемые к материалу для их производства. Так, для труб нефтяного сортамента условия эксплуатации весьма разнообразны: интервал рабочих температур от –60 до 150-200ºC, знакопеременные нагрузки (бурильные и насосно-компрессорные трубы), коррозия под напряжением в среде сероводорода. В этой связи трубы для добычи нефти и газа должны обладать высокой прочностью и пластичностью, сопротивлением усталостному и хрупкому разрушению. Для северных районов требуется высокая хладостойкость металла труб.[1]

1.Назначение обсадных труб

При бурении нефтяных скважин стальные трубы используют для передачи вращения породоразрушающему инструменту, для крепления стенок скважин в процессе бурения и эксплуатации, для транспортировки нефтепродуктов на поверхность и других целей. Стоимость труб в общей стоимости бурового оборудования составляет около 60%.

По своему назначению трубы нефтяного сортамента разделяют на бурильные, утяжелённые бурильные, рабочие (или ведущие) бурильные, обсадные и насосно-компрессорные трубы.

При бурении и эксплуатации скважин из труб этих видов составляют бурильные, обсадные и насосные колонны, в которых отдельные трубы соединяют между собой с помощью специальных резьбовых соединений.

Передачу вращения породоразрушающему инструменту (в случае роторного способа), транспортировку жидкости или газа для очистки забоя скважины от разрушенной породы осуществляют с помощью бурильной колонны.

Для предохранения скважин от обрушения в скважину опускают колонну обсадных труб. Обычно обсадная колонна состоит из следующих элементов (рис.1):

Направление (а) служит для крепления устья

скважин и направления потока промывочной

жидкости. Направление опускается на глуби-

ны порядка 4-6 м.

Кондуктор (б) служит для перекрытия верх

них слабых слоёв пород, для изоляции сква-

жин от возможного притока грунтовых вод и

обеспечения вертикального направления

стволу скважины. Кондуктор обычно опуска

ется на глубину 40-60 м, а в глубоких сква-

жинах – до 600 м.

Промежуточные колонны (в) опускают в за-

висимости от общей глубины скважины на

2000-3000 м, они в основном служат для ра

зобщения пластов.

Эксплуатационная колонна (г) служит для

изоляции продуктивного горизонта от дру-

гих и обеспечивает доступ к нему. Иногда

её используют для извлечения нефти и газа

на поверхность.

Обсадные трубы испытывают три вида нагрузок – растяжение, наружное (сминающее) и внутреннее давление. Растягивающие нагрузки вызываются собственным весом колонны обсадных труб. Обычно напряжения в обсадных трубах соответствуют разности наружного и внутреннего давлений. Но в некоторых случаях трубы могут оказаться под действием только наружного или только внутреннего давления. В этом случае трубы находятся в наиболее тяжёлых условиях работы.

Для транспортировки нефтепродуктов на поверхность используют колонны, составленные из насосно-компрессорных труб.[2]

2. Сортамент и технические требования, предъявляемые

к обсадным трубам

Изготовление труб для нефтяной и газовой промышленности производится по специальным стандартам или техническим условиями, в которых строго регламентированы: размеры труб по диаметру и толщине стенки, длина труб, размеры соединений, категория прочности материала, а также точность изготовления труб и резьб, виды и методы испытаний.

В СНГ обсадные трубы изготавливают по ГОСТ-632-57 только бесшовными диаметром 114-426 мм с толщиной стенки 6-14 мм. Длина резьбы на трубах увеличивается с 79,5 до 98,5 мм по мере роста диаметра независимо от толщины стенки. Проект стандарта на обсадные трубы, взамен ГОСТ 632- 57, включает размеры труб по диаметрам (как принятые в практике СНГ, так и за рубежом) с толщиной стенки 6-14 мм. Аналогично APIstd5A в проекте предусмотрено изготовление труб с длинной и нормальной (короткой) резьбой. Причём длина резьбы такая же, как и в зарубежных стандартах. Для труб диаметром 127; 139,7; 177,8-298 мм с толщиной стенки 6-8 мм предусмотрена укороченная нормальная резьба.

В СНГ разработан проект специального государственного стандарта на сварные обсадные трубы диаметром 426-530 мм с толщиной стенки 8-12 мм. Для крепления неглубоких скважин более экономично применение сварных тонкостенных труб вместо бесшовных. Поэтому необходима организация производства таких труб диаметрами 114-426 мм с толщиной стенки 4-6 мм для скважин неответственного назначения.

Стандарты на трубы нефтяного сортамента не определяют применяемый материал, а задают только минимальные значения показателей механических свойств (σb, σs, δ, ψ, ak).

Таблица 1

Механические свойства материала обсадных труб

Категория прочности	Предел прочности, Мн/м²(кг/мм²)	Предел текучести, Мн/м²(кг/мм²)	Удлинение, %
А	411,9 (42)	245,2 (25)	25
С	539,4 (55)	313,8 (32)	18
Д	637,4 (65)	372,6 (38)	16
К	686,5 (70)	490,3 (50)	12
Е	635,5 (75)	539,4 (55)	12
Л	931,6 (95)	637,4 (65)	12
М	980,6 (100)	735,5 (75)	12

Обсадные трубы в обязательном порядке подвергают гидравлическим испытаниям для проверки прочности тела трубы и герметичности резьбового соединения. Стандартом API предусмотрено испытание внутренним гидравлическим давлением обсадных труб диаметром до 245мм, вызывающим в теле трубы напряжения, равные 80% от предела текучести материала, а труб большого диаметра – 60%. Для высокопрочных труб, идущих на глубокие скважины, рекомендуют доводить напряжения в теле трубы до 95% от предела текучести материала [3].

3.Материал обсадных труб

Техническими условиями на трубы нефтяного сортамента химический состав сталей, за исключением серы и фосфора, не оговаривается и марка стали выбирается изготовителем по технико-экономическим соображениям и регламентируется в технологической документации. Максимальное содержание элементов определяется применяемым исходным сырьём и способом выплавки стали и находится в пределах 0,030-0,065% для серы и 0,035-0,110% для фосфора.

Таблица 2

Химический состав сталей для обсадных труб, применяемых в СНГ

Категория прочности (марка стали)	Химический состав, %
	С	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	W	S макс	Р макс
А	0,18-0,25	0,3-0,6	0,15-0,23	-	-	-	-	0,045	0,045
С	0,3-0,37	0,65-0,9	0,2-0,35	-	-	-	-	0,045	0,045
Д	0,43-0,53	0,7-0,9	0,15-0,3	-	-	-	-	0,045	0,045
К	0,32-0,43	1,5-1,6	0,4-0,7	-	-	-	-	0,045	0,045
Е	0,33-0,43	0,75-1,05	0,17-0,37	0,4-0,7	0,4-0,7	0,3-0,4	-	0,045	0,045
	0,43-0,48	1,15-1,4	0,25-0,35	0,4-0,7	0,3-0,7	0,05-0,15	-	0,045	0,045
	0,35-0,42	0,7-0,9	0,15-0,3	-	-	-	-	0,045	0,045
Л	0,32-0,38	1,4-1,8	0,4-0,7	-	-	-	0,25-0,4	0,045	0,045
	0,3-0,43	1,25-1,6	0,4-0,7	-	-	-	-	0,045	0,045
М	0,32-0,43	1,5-1,8	0,4-0,7	-	-	-	-	0,045	0,045

Для получения труб более высоких категорий прочности возможны два пути [4]:

1)применение легированных сталей с последующей сравнительно простой термической обработкой (нормализация или нормализация и отпуск);

2)применение простых углеродистых или низколегированных сталей с последующей закалкой и отпуском.

4.Технологическая схема производства обсадных труб

Технология производства труб нефтяного сортамента определяется видом труб, категорией прочности и применяемым для их изготовления материалом. По категории прочности трубы нефтяного сортамента можно разделить на три группы:

обычной прочности с пределом текучести до 490,3 Мн/м² (50 кг/мм²),