ITMI971049A1

ITMI971049A1 - PROCEDURE FOR THE PRODUCTION OF HIGHLY STRESSABLE DRILLING PIPE

Info

Publication number: ITMI971049A1
Application number: IT97MI001049A
Authority: IT
Inventors: Ulrich Katolla
Original assignee: Klemm Bohrtechnik Gmbh G
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1997-05-06
Publication date: 1998-11-06
Also published as: ITMI971049A0; GB9713007D0; GB2314519A; DE19625301A1; IT1291386B1

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo: Description of the invention entitled:

"PROCEDIMENTO PER LA PRODUZIONE DI TUBI DA PERFORAZIONE FORTEMENTE SOLLECITABILI" "PROCEDURE FOR THE PRODUCTION OF HIGHLY STRESSABLE DRILLING PIPES"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

L'invenzione riguarda un procedimento per la produzione di tubi da perforazione fortemente sollecitabili, in particolare quelli impiegati per la trivellazione a rotazione e percussione, nel quale a un tubo in acciaio viene saldata una filettatura . The invention relates to a method for producing highly stressed drilling pipes, in particular those used for rotary and percussion drilling, in which a thread is welded to a steel pipe.

I tubi per perforazioni fortemente sollecitabili per trivellazioni nella terra e nella roccia presentano ad entrambe le estremità dei tubi delle filettature al fine di potere unire insieme una pluralità di tubi per formare una serie continua. Normalmente i tubi per perforazioni vengono provvisti sulle loro estremità di filettature interne. Per il collegamento di due tubi per perforazioni viene impiegato un cosiddetto "raccordo doppio" il quale presenta ogni volta su estremità opposte una filettatura esterna, sulla quale viene avvitata la filettatura interna di un tubo per perforazioni adiacente. Tali doppi raccordi sono formati da un acciaio da bonifica ad alta resistenza {42 CrMo 4) e vengono sottoposti ad un trattamento termico superficiale. La loro produzione è molto costosa. Anche i tubi per perforazioni sono costosi nel caso dei collegamenti mediante raccordi doppi, poiché debbono essere formati in acciaio (36 Mn 4) di elevata qualità. I tubi per perforazioni impiegati nella trivellazione a rotazione e percussione sono soggetti a varie forme di sollecitazioni, da una parte dovuta alla rotazione e dall'altra dal fatto che essi vengono battuti in senso assiale con pesanti martelli idraulici. In questo modo delle microfessurazioni nel tubo provocano spesso rotture del medesimo. Si è già cercato di.produrre dei tubi per perforazioni provvisti di filettatura di estremità, per il fatto che ad un tubo liscio veniva saldato un manicotto filettato preventivamente prodotto secondo un procedimento di saldatura per attrito. In tal caso è di solito necessario un preriscaldamento delle parti da saldare e un lento raffreddamento controllato successivo alla operazione di saldatura. E' stato però riscontrato che i tubi per perforazioni prodotti con la tecnica della saldatura ad attrito non comportano una migliore possibilità di tenuta. In particolare si può verificare che il manicotto filettato presenti uno spostamento assiale rispetto al tubo e che nella zona di collegamento si formino microfessurazioni. Si deve anche considerare che il tubo e il manicotto filettato debbono essere formati in un acciaio di alta resistenza, il quale si trova ai limiti della possibilità di saldatura, per cui nel procedimento di saldatura per attrito si può ottenere solo con difficoltà un collegamento omogeneo di saldatura. Highly stressed boring pipes for drilling in earth and rock have threads at both ends of the pipes in order to be able to join together a plurality of pipes to form a continuous series. Normally, the tubes for drilling are provided on their ends with internal threads. A so-called "double connection" is used to connect two drill pipes, which each has an external thread at opposite ends, onto which the internal thread of an adjacent drill pipe is screwed. These double fittings are made of high-strength tempered steel (42 CrMo 4) and are subjected to a surface heat treatment. Their production is very expensive. Drilling pipes are also expensive in the case of double fitting connections, as they have to be formed of high quality steel (36 Mn 4). Drilling pipes used in rotary and percussion drilling are subjected to various forms of stress, on the one hand due to rotation and on the other hand from the fact that they are beaten axially with heavy hydraulic hammers. In this way, micro-cracks in the tube often cause it to break. An attempt has already been made to produce pipes for perforations provided with threaded ends, due to the fact that a threaded sleeve previously produced according to a friction welding process was welded to a smooth pipe. In this case it is usually necessary to preheat the parts to be welded and a slow controlled cooling after the welding operation. However, it has been found that the tubes for drilling produced with the friction welding technique do not involve a better possibility of sealing. In particular, it can occur that the threaded sleeve presents an axial displacement with respect to the pipe and that micro-cracks form in the connection area. It must also be considered that the pipe and the threaded sleeve must be formed of a high-strength steel, which is at the limits of the possibility of welding, so that in the friction welding process it is only difficult to obtain a homogeneous connection of welding.

Alla base della invenzione sta il problema di indicare un procedimento per la produzione di tubi per perforazioni fortemente sollecitabili, il quale si può eseguire con elevata economicità e dar luogo a tubi per perforazioni di elevata qualità. At the basis of the invention lies the problem of indicating a process for the production of highly stressable drilling pipes, which can be carried out with high cost-effectiveness and give rise to high quality drilling pipes.

La soluzione di questo problema si realizza secondo l'invenzione con le caratteristiche indicate nella rivendicazione 1. The solution of this problem is achieved according to the invention with the characteristics indicated in claim 1.

Nel procedimento secondo l'invenzione, ad un tubo che di preferenza è formato da un acciaio pregiato (ST 52.0) viene saldato un manicotto filettato. A questo scopo, il tubo e il manicotto filettato vengono provvisti di smussature e una di queste parti viene inoltre provvista di un labbro che sporge in senso assiale al di sotto della smussatura, mentre l'altra parte viene ad essere provista di una cavità che alloggia il labbro. Il tubo e il manicotto filettato vengono spostati l'uno rispetto all'altro in modo tale, per cui il labbro riempie la cavità e gli smussi danno luogo a una giunzione di saldatura a forma di V. Avviene allora una saldatura circolare lungo la giunzione di saldatura per mezzo di una saldatura ad arco con un gas protettivo, per cui la giunzione di saldatura viene riempita con un materiale di saldatura. In questo modo, il labbro relativamente sottile viene fuso, per cui esso si miscela in fusione con il materiale di saldatura e forma una radice omogenea del cordone di saldatura. Il cordone di saldatura non contiene alcun tipo dì zone di giunzione o di microfessurazioni. Mediante il labbro che si impegna dentro la cavità, si ottiene una precisa centratura delle parti da collegare, per cui è garantito un perfetto allineamento in senso assiale. Dopo l'esecuzione del cordone di saldatura, il tubo per perforazioni è terminato. Per effetto del materiale di saldatura impiegato nella saldatura, non è necessario alcun trattamento successivo del collegamento saldato. Il procedimento secondo l'invenzione permette di ricavare tubi per perforazioni i quali resistono ad elevate sollecitazioni limite, sollecitazioni d'urto e sollecitazione a flessione e trazione. Il procedimento secondo l'invenzione si può utilizzare in particolare per i tubi impiegati nella trivellazione a rotazione e percussione, e specialmente per i tubi nella percussione mediante sovrapposizione. Non si verificano più gli scarti che normalmente si verificavano sotto forma di fessurazioni nella radice della zona di saldatura. Di preferenza, il labbro viene prodotto con uno spessore di parete inferiore a 1 mm, in particolare pari a 0,5 mm. In the method according to the invention, a threaded sleeve is welded to a tube which is preferably made of high-grade steel (ST 52.0). For this purpose, the pipe and the threaded sleeve are provided with bevels and one of these parts is also provided with a lip that protrudes axially under the bevel, while the other part is provided with a cavity that houses the lip. The tube and the threaded sleeve are displaced relative to each other in such a way that the lip fills the cavity and the chamfers form a V-shaped weld joint. Then a circular weld takes place along the joint of welding by means of an arc welding with a protective gas, whereby the weld joint is filled with a welding material. In this way, the relatively thin lip is melted, whereby it melts into the weld material and forms a homogeneous root of the weld seam. The weld bead does not contain any type of joint areas or micro-cracks. By means of the lip that engages inside the cavity, a precise centering of the parts to be connected is obtained, so that perfect axial alignment is guaranteed. After the welding seam has been completed, the drill pipe is finished. Due to the weld material used in the weld, no further treatment of the welded connection is necessary. The method according to the invention makes it possible to obtain tubes for perforations which resist high limit stresses, impact stresses and bending and traction stresses. The method according to the invention can be used in particular for pipes used in rotary and percussion drilling, and especially for pipes in overlapping percussion. The rejects that normally occurred in the form of cracks in the root of the weld zone no longer occur. Preferably, the lip is produced with a wall thickness of less than 1 mm, in particular of 0.5 mm.

Un esempio di esecuzione dell'invenzione verrà descritto con maggiore dettaglio nel seguito con riferimento ai disegni, nei quali: An example of embodiment of the invention will be described in greater detail below with reference to the drawings, in which:

la Figura 1 mostra una sezione longitudinale della zona di collegamento tra un tubo e un manicotto filettato prima della saldatura, Figure 1 shows a longitudinal section of the connection area between a pipe and a threaded sleeve before welding,

la Figura 2 mostra una rappresentazione ingrandita del particolare secondo in base alla Figura 1 e la Figura 3 mostra una sezione del cordone di saldatura terminato. Figure 2 shows an enlarged representation of the second detail according to Figure 1 and Figure 3 shows a section of the finished weld bead.

Nella Figura 1 è illustrata la zona di estremità di un tubo 10, che ha genericamente una forma cilindrica. Sul lato anteriore del tubo 10 è ricavato uno smusso 11 con un angolo di smussatura di 30°. Questo smusso non si sviluppa fino alla superficie interna del tubo. Esso termina su di una cavità 12 di forma anulare, che è stata prodotta sul lato interno del tubo. Figure 1 illustrates the end region of a tube 10, which generally has a cylindrical shape. On the front side of the tube 10 there is a chamfer 11 with a chamfering angle of 30 °. This chamfer does not extend to the inner surface of the pipe. It ends on an annular cavity 12, which was produced on the inner side of the tube.

Sul tubo 10 è applicato un manicotto filettato 13, 11 quale porta una filettatura (non illustrata) sotto forma di una filettatura esterna e/o di una filettatura interna. Il manicotto filettato 13 di forma tubolare viene prodotto precedentemente, ed è provvisto anch'esso sulla sua estremità rivolta verso il tubo 10 di uno smusso 14 pari a 30°. I due smussi 11, 14 formano insieme una giunzione di saldatura 15 a forma di V con un angolo di apertura di 60°. A threaded sleeve 13, 11 is applied to the tube 10 which carries a thread (not shown) in the form of an external thread and / or an internal thread. The tubular-shaped threaded sleeve 13 is produced previously, and is also provided on its end facing the tube 10 with a chamfer 14 equal to 30 °. The two bevels 11, 14 together form a V-shaped weld seam 15 with an opening angle of 60 °.

La zona della radice dello smusso 14 è prolungata con un labbro 16 di forma anulare, il quale sporge in senso assiale dal manicotto filettato 13, e si impegna con accoppiamento forzato entro la cavità 12 del tubo 10 in modo da riempirla. Il punto di vertice della giunzione di saldatura 15 si trova quindi ad una distanza radiale rispetto alla superficie interna del tubo. The root region of the chamfer 14 is extended with an annular lip 16, which protrudes axially from the threaded sleeve 13, and engages with a forced coupling within the cavity 12 of the tube 10 so as to fill it. The vertex point of the weld joint 15 is therefore located at a radial distance with respect to the internal surface of the pipe.

Nella zona di collegamento tra il tubo e il manicotto filettato, si trova un allargamento 17 della parete interna. In the connection area between the pipe and the threaded sleeve, there is an enlargement 17 of the internal wall.

Nell'esempio di esecuzione illustrato, lo spessore della parete a del manicotto filettato e del tubo è pari a 10 mm, la lunghezza assiale b del labbro 16 è pari a 1 mm e lo spessore c del labbro 16 è pari a 0,5 mm. In the illustrated embodiment example, the wall thickness a of the threaded sleeve and the pipe is 10 mm, the axial length b of the lip 16 is 1 mm and the thickness c of the lip 16 is 0.5 mm .

Il manicotto filettato 13 viene inserito con il suo labbro 16 entro il tubo 10, per cui il labbro serve per la centratura e l'allineamento in senso assiale . The threaded sleeve 13 is inserted with its lip 16 into the tube 10, so that the lip serves for centering and alignment in the axial direction.

Successivamente viene realizzata una saldatura lungo il giunto di saldatura 15 con l'impiego di un filo di saldatura, per cui il giunto di saldatura 15 si riempie con il materiale di saldatura 18. Quest'ultimo è illustrato nella Figura 3. La saldatura avviene mediante una saldatura ad arco per mezzo di un filo di saldatura il quale mette a disposizione il materiale 18 per la saldatura, sotto un'atmosfera di gas protettivo. In questo modo viene impiegata una corrente di saldatura a impulsi. Durante la saldatura, il labbro 16 fonde, per cui il cordone di saldatura 19 forma sulla parete interna 20 del tubo una radice 21 a forma di calice, ricavata da una massa omogenea. La larghezza del cordone di saldatura 19 aumenta da una. zona di restringimento 22 sia in senso radiale verso l'interno sia anche in senso radiale verso l'esterno, come risulta dalla Figura 3. Nella zona della radice degli smussi 11, 14 come pure sul labbro 16 i materiali del tubo e del manicotto filettato possono unirsi insieme al materiale di saldatura in modo da formare un cordone di saldatura omogeneo 19. Subsequently, a weld is made along the welding joint 15 with the use of a welding wire, whereby the welding joint 15 fills with the welding material 18. The latter is illustrated in Figure 3. The welding takes place by an arc welding by means of a welding wire which makes the material 18 available for welding, under an atmosphere of protective gas. In this way, a pulsed welding current is used. During welding, the lip 16 melts, so that the weld bead 19 forms a goblet-shaped root 21 on the inner wall 20 of the tube, obtained from a homogeneous mass. The width of the weld seam 19 increases from one. narrowing zone 22 both radially towards the inside and also radially towards the outside, as shown in Figure 3. In the area of the root of the chamfers 11, 14 as well as on the lip 16 the materials of the tube and the threaded sleeve they can join together with the welding material to form a homogeneous weld bead 19.

Il tubo 10 è formato di preferenza in ST 50.0. Il manicotto filettato 13 è formato ad esempio in un acciaio da bonifica 42 CrMo 4. The tube 10 is preferably formed of ST 50.0. The threaded sleeve 13 is formed, for example, of a tempered steel 42 CrMo 4.

Per l'operazione di saldatura, viene impiegato un filo di saldatura avente ad esempio un diametro di 1,2 mm, con la seguente composizione: For the welding operation, a welding wire having for example a diameter of 1.2 mm is used, with the following composition:

C 0,05 % C 0.05%

NI 20 % NI 20%

Cr 10 % Cr 10%

Mo 3 % Mo 3%

Nb 3 % Nb 3%

Stabilizzatori 5 % Stabilizers 5%

Fe il resto Fe the rest

I componenti indicati possono differire fino al 103⁄4 rispetto al valore indicato. The components indicated may differ up to 103⁄4 from the indicated value.

Per ottenere una penetrazione profonda e per l'isolamento termico, il materiale di saldatura viene saldato con un gas protettivo il quale è formato dalle seguenti parti gassose componenti: To obtain a deep penetration and for thermal insulation, the welding material is welded with a protective gas which is formed by the following gaseous components:

CO2 8 % CO2 8%

O2 0, 5 % O2 0.5%

He 26,5 % He 26.5%

Ar il resto Ar the rest

I singoli componenti possono in questo caso anch'essi differire fino al 10% dal loro valore indicato . In this case, the individual components can also differ by up to 10% from their indicated value.

Con la tecnica di saldatura descritta, si evita una fessurazione nella radice sulla zona di saldatura, la quale nel caso di elevate sollecitazioni di flessione diventa rapidamente un punto di partenza per l'inizio di una rottura del cordone di saldatura. With the described welding technique, a crack in the root of the weld zone is avoided, which in the case of high bending stresses quickly becomes a starting point for the initiation of a break in the weld seam.

Claims

CLAIMS 1. Process for the production of highly stressed drilling pipes, in particular those used for drilling with rotation and percussion, in which a threaded sleeve (13) is welded to a steel pipe (10), characterized by the fact, that the pipe (10) and the threaded sleeve (13) are provided with bevels (11, 14) and are arranged opposite each other, so that the bevels together form a welding joint (15) to V-shape, which on the tube (10) or on the threaded sleeve (13) <'> is obtained a lip (16) which protrudes axially and extends along the bottom of the welding joint (15), and on the other Partly a cavity (12) is obtained which houses the lip (16) with forced coupling, and that the welding joint (15) is filled with a welding material (18) by means of an arc welding with protective gas, for which the lip (16) is fused.

Method according to claim 1, characterized in that the lip (16) is produced with a wall thickness of less than 1 mm, preferably equal to 0.5 mm and with a length of about 1 mm.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the lip (16) is produced so as to be directly adjacent to the inner surface (20) of the tube (10) or of the threaded sleeve (13).

4. Process according to one of claims 1 - 3, characterized in that a welding material (18) is used having the following composition, in which the percentages can each vary up to 10%: C 0.05% NI 20% Cr 10% Mo 3% Nb 3% Stabilizers 5% Fe the rest

5. Process according to one of claims 1 to 4, characterized in that a protective gas is used having the following composition, in which the percentages can also differ each up to 10%: CO2 8% O2 0.5% He 26.5% Ar the remainder