RU68090U1

RU68090U1 - DRILL PIPE WITH CONNECTING LOCKS

Info

Publication number: RU68090U1
Application number: RU2007127485/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Гетьман; Светлана Семеновна Степанова; Юрий Алексеевич Трифонов
Original assignee: Закрытое акционерное общество Компания "Темерсо"
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2007-11-10

Abstract

Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение износостойкости замковых соединений бурильных труб.The technical task of the claimed utility model is to increase the wear resistance of drill pipe tool joints.

Предложена бурильная труба, состоящая из тела трубы с высаженными концами и соединенными с ними сваркой трением резьбовыми соединительными замковыми деталями (замками), имеющими коническую резьбу и двухслойное покрытие, первый слой которого нанесен методом термодиффузионного порошкового цинкования, а второй - методом фосфатирования.A drill pipe is proposed, consisting of a pipe body with upset ends and friction welding threaded fittings (locks) connected with them, having conical threads and a two-layer coating, the first layer of which is deposited by thermal diffusion powder galvanizing, and the second by phosphating.

Повышение ресурса замкового соединения по сравнению с соединениями, имеющими только фосфатные покрытие, позволяет не предусматривать в замковых деталях запаса металла на ремонт, что экономит до нескольких килограммов металла на одно замковое соединение, снижая тем самым, массу буровых колонн на несколько тонн.An increase in the resource of the castle joint compared to compounds that have only phosphate coating makes it possible not to provide a reserve of metal for repairs in the castle parts, which saves up to several kilograms of metal per castle joint, thereby reducing the weight of drill strings by several tons.

С целью повышения долговечности замков и надежности сварных соединений толщину δ первого слоя покрытия в зависимости от конусности резьбы К устанавливают согласно соотношению: δ=0,09...0,13 К. На участке протяженностью 15-25 мм от места сварки на замках имеется только фосфатное покрытие.In order to increase the durability of the locks and the reliability of the welded joints, the thickness δ of the first coating layer, depending on the taper of the thread K, is set according to the ratio: δ = 0.09 ... 0.13 K. In the area 15-25 mm from the weld point, there are phosphate coating only.

Description

Полезная модель относится к буровой технике, точнее к бурильным трубам, используемым в геологоразведочных, нефтяных или газовых скважинах.The utility model relates to drilling equipment, more specifically to drill pipes used in exploration, oil or gas wells.

Бурильная труба состоит из собственно трубы - сравнительно длинного и почти не подвергаемого механической обработке элемента, и резьбовых соединительных замковых деталей (далее: замков, или соединительных замков), расположенных по концам трубы и выполненных заодно с телом трубы, либо образующих с ним неразъемное соединение. Далее термином «бурильная труба» будет обозначаться именно такое изделие. Термином же «труба» будет обозначаться только заготовка бурильной трубы, без замковых деталей.A drill pipe consists of the pipe itself - a relatively long and almost non-machined element, and threaded connecting lock parts (hereinafter: locks, or connecting locks) located at the ends of the pipe and made integral with the pipe body or forming an integral connection with it. Further, the term “drill pipe” will mean exactly such a product. The term "pipe" will only mean the drill pipe blank, without locking parts.

Замки служат для соединения бурильных труб в буровую колонну и представляют собой элемент с наружной конической резьбой (далее: ниппель), либо элемент с внутренней конической резьбой (далее: муфта). В отличие от труб, замки при изготовлении подвергаются довольно сложной механической обработке. Поэтому выгоднее изготавливать сравнительно короткие замки отдельно, а потом соединять их сваркой с торцами труб. В настоящее время значительная часть бурильных труб изготавливается с приварными замками. Для увеличения площади сварного соединения и снижения напряжений концы труб выполняются расширенными - высаживаются. Для соединения отдельно изготовленных замков с концами труб используется сварка трением (см., например, патент России №2291904 по кл. C21D 9/08).Locks are used to connect drill pipes to the drill string and are an element with an external tapered thread (hereinafter: the nipple), or an element with an internal tapered thread (hereinafter: the coupling). Unlike pipes, locks in the manufacture are subject to rather complex machining. Therefore, it is more profitable to make relatively short locks separately, and then connect them by welding with the ends of the pipes. Currently, a significant part of the drill pipe is made with welded joints. To increase the area of the welded joint and reduce stress, the ends of the pipes are expanded - planted. To connect separately made locks with pipe ends, friction welding is used (see, for example, Russian patent No. 2291904 according to class C21D 9/08).

Бурильные трубы изнашиваются в процессе бурения. У известных бурильных труб с приварными замками износ происходит неравномерно, и долговечность тела бурильной трубы намного выше, чем у приварного замка. Замковая резьба изнашивается быстрее тела труб, и потому замки проектируются и изготавливаются с запасом, позволяющим их ремонтировать, хотя бы один раз. Для ремонта торец замка подрезается на высоту 20...40 мм. Наличие запаса приводит к повышенному расходу металла, увеличивает изгибную жесткость буровой колонны и габариты замковых соединений. Ремонт возможен только в условиях трубных баз и поэтому к стоимости ремонта добавляется и стоимость перевозки труб с буровой на базу и обратно.Drill pipes wear out during drilling. Known drill pipe with welded tool joints wear is uneven, and the durability of the body of the drill pipe is much higher than that of the weld joint. The lock thread wears out faster than the pipe body, and therefore the locks are designed and manufactured with a margin that allows them to be repaired at least once. For repair, the end of the castle is cut to a height of 20 ... 40 mm. The presence of stock leads to increased consumption of metal, increases the bending stiffness of the drill string and the dimensions of the castle joints. Repair is possible only in conditions of pipe bases and therefore, the cost of transporting pipes from the rig to the base and vice versa is added to the cost of repair.

На, по меньшей мере, резьбовые части замков бурильных труб наносятся покрытия. Покрытия наносятся для повышения коррозионной стойкости частей, износостойкости или того и другого вместе.Coatings are applied to at least the threaded portions of the drill pipe tool joints. Coatings are applied to increase the corrosion resistance of the parts, wear resistance, or both.

Известны резьбовые соединения, в частности, для насосно-компрессорных и буровых труб, на резьбовой поверхности которых механическим способом нанесен слой пластичного медьсодержащего сплава (патент России №2214478 по кл. С23С 26/00). Покрытие наносится индивидуально на каждую упрочняемую деталь посредством прижатия к поверхности вращающейся детали натирающего прутка с одновременным смачиванием зоны контакта жидкостью определенного состава. Такое покрытие обеспечивает коррозионную стойкость и повышает износостойкость резьбовых соединений. Недостатком таких покрытий является сложность процесса их нанесения. Кроме того, параметры покрытия имеют большой разброс от детали к детали, связанный с тем, что покрытие наносится на каждую деталь индивидуально, а критерием завершения процесса является «появление резкого свистящего звука», то есть очень субъективный показатель.Known threaded connections, in particular for tubing and drill pipe, on the threaded surface of which is mechanically applied a layer of plastic copper-containing alloy (Russian patent No. 2214478 according to CL 23/00 C23). The coating is applied individually to each hardenable part by pressing a rubbing rod against the surface of the rotating part while wetting the contact zone with a liquid of a certain composition. This coating provides corrosion resistance and increases the wear resistance of threaded joints. The disadvantage of such coatings is the complexity of the process of applying them. In addition, the coating parameters have a large spread from part to part, due to the fact that the coating is applied to each part individually, and the criterion for completing the process is “the appearance of a sharp whistling sound”, that is, a very subjective indicator.

Наиболее близкими к предложенным по технической сущности и достигаемому результату являются бурильные трубы, соединительные муфты и переходники, на резьбовых поверхностях которых имеется двухслойное защитное покрытие, состоящее из цинкового слоя толщиной 10...14 мкм, нанесенного способом термодиффузионного цинкования, и нанесенной на него фосфатной пленки толщиной 2...3 мкм (патент РФ на полезную модель №38498 по кл. F16L 15/08). Технология термодиффузионного цинкования является наиболее пригодной для крупносерийного производства и обеспечивает хорошее качество покрытия. Цель нанесения дополнительного фосфатного покрытия состоит в усилении надежности термодиффузионного цинкового покрытия, которое при толщине менее 15 мкм не имеет гарантированной непрерывности. Такое двухслойное покрытие обеспечивает защиту элементов соединения от коррозии при хранении и транспортировке. Однако оно истирается при первых же циклах свинчивание-развинчивание, максимум после десяти циклов, далее начинает истираться металл самой резьбы. Поэтому известное покрытие не повышает долговечности замков.The closest to the proposed technical essence and the achieved result are drill pipes, couplings and adapters, on the threaded surfaces of which there is a two-layer protective coating consisting of a zinc layer 10 ... 14 μm thick, deposited by thermal diffusion galvanizing, and phosphate coated on it films with a thickness of 2 ... 3 microns (RF patent for utility model No. 38498 according to class F16L 15/08). The technology of thermal diffusion galvanizing is the most suitable for large-scale production and provides good coating quality. The purpose of applying an additional phosphate coating is to enhance the reliability of the thermal diffusion zinc coating, which with a thickness of less than 15 microns does not have guaranteed continuity. Such a two-layer coating protects the connection elements from corrosion during storage and transportation. However, it is abraded during the very first screw-unscrew cycles, after a maximum of ten cycles, then the metal of the thread itself begins to abrade. Therefore, the known coating does not increase the durability of the locks.

Технический результат, достигаемый настоящим предложением, состоит в повышении износостойкости замковых соединений бурильных труб.The technical result achieved by this proposal is to increase the wear resistance of the drill pipe tool joints.

Указанный результат достигается тем, что у бурильной трубы с приваренными соединительными замками, имеющими коническую резьбу и двухслойное покрытие, первый слой которого нанесен методом термодиффузионного порошкового цинкования, а второй - методом фосфатирования, толщина δ первого слоя покрытия связана с конусностью К резьбы соотношением δ=0,09...0,13 К, а на участке протяженностью 15-25 мм от места сварки на замках имеется только фосфатное покрытие.This result is achieved by the fact that for a drill pipe with welded joint locks having a tapered thread and a two-layer coating, the first layer of which is applied by thermodiffusion powder galvanizing, and the second by phosphating, the thickness δ of the first coating layer is related to the taper of the thread by the ratio δ = 0 , 09 ... 0.13 K, and on the site with a length of 15-25 mm from the place of welding on the locks there is only a phosphate coating.

Технический результат от того, что толщина δ покрытия, нанесенного методом термодиффузионного порошкового цинкования, составляет 0,09...0,13 К, где К - конусность резьбы, состоит в повышении износостойкости, или долговечности, замковых соединений, измеряемой числом циклов свинчивание-развинчивание.The technical result from the fact that the thickness δ of the coating deposited by thermal diffusion powder galvanizing is 0.09 ... 0.13 K, where K is the taper of the thread, is to increase the wear resistance, or durability, of the locking joints, measured by the number of screwing cycles unscrewing.

Технический результат от нанесения фосфатного покрытия состоит в повышении коррозионной стойкости замка, в особенности, на участках, не имеющих цинкового покрытия.The technical result of applying a phosphate coating is to increase the corrosion resistance of the castle, especially in areas without zinc coating.

Технический результат от того, что на участке замка протяженностью 15-25 мм от места сварки имеется только фосфатное покрытие состоит в повышении долговечности бурильной трубы за счет увеличения надежности сварного соединения замка с телом трубы.The technical result from the fact that in the section of the lock with a length of 15-25 mm from the welding site there is only a phosphate coating consists in increasing the durability of the drill pipe by increasing the reliability of the welded joint of the castle with the pipe body.

Существо предложения поясняется чертежом фиг.1, на котором изображен конец предложенной бурильной трубы с приваренным замком.The essence of the proposal is illustrated by the drawing of figure 1, which shows the end of the proposed drill pipe with a welded lock.

Бурильная труба состоит из тела трубы 1, соединенного по концам через неразъемное соединение 2 (сварной шов) с соединительными замковыми деталями (замками) 3, имеющими коническую резьбу, наружную или внутреннюю. Для примера, на чертеже изображен замок 3 с наружной резьбой (ниппель). Второй конец трубы, имеющий замок с внутренней резьбой, на чертеже не показан. Относящиеся к предлагаемому техническому решению признаки для него совершенно аналогичны.The drill pipe consists of the body of the pipe 1, connected at the ends through an integral connection 2 (weld) with connecting locking parts (locks) 3 having a tapered thread, external or internal. For example, the drawing shows a lock 3 with an external thread (nipple). The second end of the pipe having a lock with an internal thread is not shown in the drawing. The features related to the proposed technical solution are completely similar to it.

На всей поверхности замковых деталей, исключая участок 4 протяженностью 15...25 мм от зоны сварки, имеется покрытие 5, нанесенное методом порошкового термодиффузионного цинкования. Толщина δ покрытия 5 составляет 0,09...0,13 К, где К - конусность резьбы замков. Это соотношение экспериментально установлено для значений конусности, лежащих в пределах от 1/6 до 1/4, то есть для всех наиболее часто применяемых конических замковых резьб.On the entire surface of the locking parts, except for section 4 with a length of 15 ... 25 mm from the welding zone, there is a coating 5, deposited by the method of powder thermal diffusion galvanizing. The thickness δ of the coating 5 is 0.09 ... 0.13 K, where K is the taper of the thread of the locks. This ratio has been experimentally established for taper values ranging from 1/6 to 1/4, that is, for all the most commonly used tapered lock threads.

Поверх покрытия 5 нанесено защитное фосфатное покрытие (фосфатная пленка) 6. При изготовлении замков оно наносится и на участок 4 и торцевую часть. Толщина фосфатного покрытия 6 составляет 1...3 мкм, как обычно принято для фосфатных антикоррозионных покрытий. Лучше, когда она составляет 2...3 мкм.A protective phosphate coating (phosphate film) is applied over the coating 5. In the manufacture of locks, it is applied both to section 4 and the end part. The thickness of the phosphate coating 6 is 1 ... 3 μm, as is customary for phosphate anti-corrosion coatings. Better when it is 2 ... 3 microns.

На чертеже фиг.1 штриховой линией 8 для сравнения показан габарит известного замкового соединения.In the drawing of figure 1, the dashed line 8 for comparison shows the dimensions of the known castle connection.

Технология изготовления предложенных бурильных труб такова.The manufacturing technology of the proposed drill pipe is as follows.

Сначала изготавливаются тела труб 1, в виде отрезков труб с высаженными концами. Изготавливаются замковые детали 3, на которые наносится покрытие 4 методом порошкового термодиффузионного цинкования. Режим нанесения покрытия устанавливается таким, чтобы его конечная толщина находилась в указанном выше соотношении с конусностью резьбы К замка 3. Далее, цинковое покрытие 4 удаляется с торцевой части замка, предназначенной для сварки с телом трубы 7 и с прилегающего к ней участка боковой поверхности замка 3, протяженностью 15...25 мм. После этого вся поверхность замковой детали 3 фосфатируется до образования на ней фосфатной пленки 6 толщиной 1...3 мм.First, pipe bodies 1 are made in the form of pipe segments with upset ends. Lock parts 3 are made, on which coating 4 is applied by the method of powder thermal diffusion galvanizing. The coating mode is set so that its final thickness is in the above ratio with the taper of the thread K of the lock 3. Next, the zinc coating 4 is removed from the end of the castle, intended for welding with the pipe body 7 and from the adjacent portion of the side surface of the castle 3 , length 15 ... 25 mm. After that, the entire surface of the locking part 3 is phosphated to form a phosphate film 6 on it with a thickness of 1 ... 3 mm.

Затем замковая деталь 3 соединяется с телом трубы 1 посредством сварки трением. При этом потеря длины обычно составляет 10...15 мм на соединение.Then the locking part 3 is connected to the body of the pipe 1 by friction welding. In this case, the loss of length is usually 10 ... 15 mm per connection.

Благодаря отсутствию цинкового покрытия 4 на торцевой и прилегающей к ней боковой части замковой детали 3 интерметаллиды цинкового покрытия не попадают в зону сварного соединения и не ухудшают его прочностных характеристик. При длине участка 4 боковой поверхности замковой детали 3, свободной от цинкового покрытия 5, менее 15 мм прочностные характеристики сварного шва становятся нестабильными из-за попадания интерметаллидов цинкового покрытия в зону сварки. Увеличение длины указанного участка 4 сверх 25 мм не повышает качества шва, но увеличивает незащищенную цинковым покрытием 5 поверхность, что снижает долговечность изделия.Due to the absence of zinc coating 4 on the end and adjacent side part of the locking part 3, the zinc coating intermetallics do not fall into the weld zone and do not impair its strength characteristics. When the length of the section 4 of the side surface of the locking part 3, free of zinc coating 5, is less than 15 mm, the strength characteristics of the weld become unstable due to the ingress of zinc coating intermetallics into the welding zone. The increase in the length of the specified section 4 in excess of 25 mm does not increase the quality of the seam, but increases the surface unprotected by zinc coating 5, which reduces the durability of the product.

Фосфатное покрытие 6 защищает поверхности от коррозии во время хранения. Удалять его перед сваркой нет необходимости, так как при указанной толщине оно не влияет на качество сварного соединения. После операций сварки зачистки, механической и термической обработки зоны сварки оно пропадает. Место сварки для защиты от коррозии, как и вся труба, покрывается слоем 7 защитного лака.Phosphate coating 6 protects surfaces from corrosion during storage. It is not necessary to remove it before welding, since at the specified thickness it does not affect the quality of the welded joint. After welding operations, stripping, mechanical and heat treatment of the welding zone, it disappears. The welding site for corrosion protection, like the entire pipe, is covered with a layer 7 of protective varnish.

При толщинах δ термодиффузионного цинкового покрытия 4 ниже нижнего из заявленных пределов, то есть при δ<0,09 К не обеспечивается сплошность цинкового покрытия, нельзя гарантировать заявленное увеличение ресурса бурильной трубы. При толщинах покрытия 4 выше верхнего из заявленных пределов, то есть при δ>0,13 К величина приращения натяга соединения, обусловленного наличием покрытия, начинает превышать допустимые нормы, что может привести к отбраковке годных бурильных труб непосредственно в местах эксплуатации.When the thicknesses δ of the thermal diffusion zinc coating 4 are lower than the lower of the stated limits, that is, when δ <0.09 K, the continuity of the zinc coating is not ensured, the claimed increase in the drill pipe life cannot be guaranteed. When the coating thickness 4 is higher than the upper of the stated limits, that is, when δ> 0.13 K, the increment of the interference fit due to the presence of coating begins to exceed the permissible norms, which can lead to the rejection of suitable drill pipes directly in the field of operation.

Диапазон толщин цинкового покрытия был установлен в ходе продолжительных и дорогостоящих испытаний на предельное число циклов свинчивание-развинчивание с максимальным рабочим моментом затяжки соединения. При испытаниях предложенных бурильных труб установлено, что при толщине покрытия, связанной с конусностью соединения указанным выше соотношением, оно сохраняется еще после 200...300 циклов, тогда как долговечность покрытия известных замковых соединений не превышает десяти циклов. Ресурс замкового соединения по сравнению с соединениями, имеющими только фосфатное покрытие, повышается до 2000...3000 циклов. Это приблизительно равно долговечности тела бурильной трубы. Такое повышение ресурса замковых соединений устраняет необходимость как в ремонте, так и в связанной с ним необходимости перевозки бурильных труб на трубные базы и обратно: полностью и одновременно изношенная по всем элементам бурильная труба просто отправляется в металлолом.The range of thicknesses of the zinc coating was established during lengthy and costly tests for the maximum number of screw-unscrew cycles with a maximum working torque of the connection. When testing the proposed drill pipe, it was found that when the coating thickness associated with the taper of the connection with the above ratio, it remains after 200 ... 300 cycles, while the durability of the coating of known tool joints does not exceed ten cycles. The resource of the castle compound in comparison with compounds having only a phosphate coating increases to 2000 ... 3000 cycles. This is approximately equal to the durability of the body of the drill pipe. Such an increase in the resource of tool joints eliminates the need for repair, as well as for the need to transport drill pipes to pipe bases and vice versa: a drill pipe that is completely worn down over all elements is simply sent to scrap.

Кроме того, такое повышение ресурса позволяет не предусматривать в замковых деталях запаса металла на ремонт (ср. габариты предложенного замка с габаритами известного, показанными штриховой линией 8 на чертеже фиг.1), что экономит до нескольких килограммов металла на одно замковое соединение, снижая тем самым массу буровых колонн на несколько тонн. Уменьшение габаритов замкового соединения за счет исключения запасаемого для ремонта металла уменьшает изгибную жесткость колонны бурильных труб, повышая тем самым условия прохождения криволинейных участков скважин, упрощает условия «зарезки» вторых стволов при капитальном ремонте скважин.In addition, such an increase in the resource allows not to provide for locking parts of the metal stock for repairs (compare the dimensions of the proposed lock with the dimensions of the known, shown by dashed line 8 in the drawing of figure 1), which saves up to several kilograms of metal per lock connection, thereby reducing the most weight of drill columns is several tons. Reducing the dimensions of the joint connection by eliminating the metal stocked for repair reduces the bending stiffness of the drill pipe string, thereby increasing the conditions for the passage of curved sections of the wells, and simplifies the conditions for “cutting” the second shafts during the overhaul of the wells.

Claims

A drill pipe with connecting locks having a tapered thread and a two-layer coating, the first layer of which is deposited by thermodiffusion powder galvanizing, and the second by phosphating, characterized in that the first coating layer is present on the entire surface of the lock except for the end surface for welding, and the adjacent part of the cylindrical surface with a length of 15-25 mm, and the thickness δ of the first coating layer is related to the taper K of the thread with the ratio δ = 0.09 ... 0.13 K.