Обсадные и насосно-компрессорные трубы. Для их изготовления применяются стали марок 36Г2С и 38ХНМ

За последние годы трубопрокатными заводами были изготовлены партии обсадных труб марок СГБЛ (для сверхглубокого бурения, из легированной стали) и СГБМ (для сверхглубокого бурения, из марганцовистой стали) с более высокими показателями прочности. Для труб СГБМ σ _т = 450 ¸ 510 МПа и σ _в = 800 - 850 МПа; для труб СГБЛ σ _т = 600 ¸ 800 МПа и σ _в = 850 ¸ 1000 МПа. Трубы этих марок могут применяться для обсаживания скважин глубиной 4000—6000 м.

Обсадные трубы в зависимости от предъявляемых требований делятся по точности изготовления на два класса: трубы I класса — для скважин, пробуренных в обычных и сложных геологических условиях, и II класса — для неответственных скважин, когда допускаются незначительные дефекты на поверхности труб. Трубы диаметрами 4 3/4" - 11 3/4" изготовляются только бесшовными, а трубы диаметром 12 3/4" – 16 3/4" - бесшовными и сварными. Обсадные трубы выполняют с резьбой под муфты. Новые конструкции обсадных труб выполняют с раструбом, составляющим единое целое с трубой. Такие трубы изготовляют двумя способами.

1. К гладкообразным трубам приваривают электроконтактной стыковой сваркой предварительно нарезанные концы (ниппеля и раструбы), которые изготовляют из стали марок 40Х, 40ХН с термической обработкой.

2. На гладких трубах производят высадку одного из концов труб на прессе под раструб. После этого оба конца трубы термически обрабатывают и нарезают резьбу. Такие трубы называют трубами ДУК (буква Д — марка стали, буквы У и К — упрочненные концы трубы). Термическая обработка концов труб выполняется путем местного поверхностного нагрева ацетилево-кислородным пламенем или индукционного нагрева и состоит из закалки с температуры 850—900 °С и высокого отпуска при 550 – 600 °С. При эксплуатации глубоких нефтяных и газовых скважин находят широкое применение насосно-компрессорные трубы с повышенными механическими свойствами, изготовляемые из стали марки 36Г2С.

Насосные штанги. Насосные штанги, применяемые при добыче нефти, работают в сложных условиях, подвергаясь одновременному воздействию коррозионной среды и переменных напряжений. Обрывы насосных штанг ведут к значительным простоям оборудования, снижающим добычу нефти. Для массового производства насосных штанг применяются стали марок 20ХН, 36Г1 (с содержанием марганца по нижнему пределу) и 40. Муфты для штанг изготовляют из стали марки 40. Штанги подвергают нормализации; для наиболее ответственных условий работы штанги из стали марок 20ХН и 36Г1, кроме нормализации, подвергают последующей закалке с высоким отпуском. Термическая обработка штанг производится в специальном механизированном агрегате, который предназначен для массовой термической обработки, нормализации или улучшения штанг по всей длине. Термическая обработка штанг позволяет получить однородную по всей длине штанги мелкозернистую структуру и высокие механические свойства. Однако термическая обработка не устраняет обрыва насосных штанг. Одним из наиболее перспективных методов упрочнения насосных штанг — поверхностная закалка с нагревом токами высокой частоты. Индукционная поверхностная закалка насосных штанг в производственных условиях является сложной технологической задачей, так как насосная штанга при длине 8 м имеет диаметр 16—25 мм. Поэтому поверхностную закалку их следует проводить непрерывно-последовательным способом. Нагрев и закалка штанг производятся на специальном станке с горизонтальным расположением обрабатываемой штанги. Глубина закаленного слоя в зависимости от диаметра штанги—1,8—2,8 мм, твердость для стали 40 — НRС 56-60. Промышленное применение насосных штанг из стали 40 показало, что при поверхностной закалке с нагревом токами высокой частоты сокращается число обрывов штанг примерно в 4 раза и соответственно уменьшается число ремонтов и недобор нефти из-за простоев скважин. Коррозионно-усталостная прочность насосных штанг из стали 40 в результате поверхностной закалки повышается более чем в 2 раза и значительно превышает прочность штанг из легированной стали. Этот замечательный эффект поверхностной закалки следует объяснить прежде всего благоприятным действием остаточных напряжений. Поверхностная закалка во всех случаях создает на поверхности деталей значительные сжимающие напряжения, которые приводят к повышению усталостной прочности, снижают коррозионный эффект и значительно понижают чувствительность деталей к концентраторам напряжений.

В результате внедрения поверхностной закалки штанг можно полностью отказаться от легированной стали марки 20ХН; кроме того, применение поверхностно закаленных штанг позволит значительно уменьшить вес колонн за счет снижения диаметра насосных штанг на одну, а иногда и на две ступени. Такое уменьшение веса колонны, помимо экономии металла, благоприятно влияет на долговечность станков-качалок и значительно уменьшает расход мощности на их привод. Муфты для штанг, изготовляемых из стали марки 40, подвергают нормализации, поверхностной закалке поясками на твердость не ниже HRC 42.

Рекомендуемая литература:
осн. 1 [124-133]

Контрольные вопросы:

1. Какие трубы применяются в бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин?

2. Из какой стали изготавливают бурильные трубы?

3. Какой вид термической обработки применяется при изготовлении бурильных труб?

4. Какими способами изготавливают обсадные трубы?

5. Какому воздействию подвергаются насосные штанги в процессе эксплуатации?