RU2301726C2

RU2301726C2 - Buttress thread cutting method on end portions of casing tubes and couplings

Info

Publication number: RU2301726C2
Application number: RU2005120939/02A
Authority: RU
Inventors: нов Анатолий Васильевич Сафь (RU); Анатолий Васильевич Сафьянов; Александр Анатольевич Федоров (RU); Александр Анатольевич Федоров; Валентин Иреклеевич Тазетдинов (RU); Валентин Иреклеевич Тазетдинов; Исаак Иосифович Вольберг (RU); Исаак Иосифович Вольберг; Игорь Александрович Романцов (RU); Игорь Александрович Романцов; Валерий Александрович Головинов (RU); Валерий Александрович Головинов; Леонид Игнатьевич Лапин (RU); Леонид Игнатьевич Лапин; Владимир Иванович Чернухин (RU); Владимир Иванович Чернухин; Юрий Дмитриевич Чернышев (RU); Юрий Дмитриевич Чернышев; Кирилл Николаевич Никитин (RU); Кирилл Николаевич Никитин
Original assignee: ОАО "Челябинский трубопрокатный завод"
Priority date: 2005-07-04
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2007-06-27
Also published as: RU2005120939A

Abstract

FIELD: rolled tube production, working of seamless hot rolled casing tubes.

SUBSTANCE: method comprises steps of cutting buttress thread with pitch equal to 5.08 mm at four passes. In order to prevent or to decrease degree of self- unscrewing of large-weight columns while keeping torque values at joining tubes and couplings and providing improved fluid-tightness of threaded joint, threading is realized on tubes and couplings at different roughness degree of thread side surfaces. Dents, indentations and leading sides of thread of tubes and couplings are worked at surface roughness Ra no more than 3.2 micrometers while opposite sides of thread of tubes and couplings are worked at roughness Ra = 10 - 15 micrometers.

EFFECT: improved quality of threaded joints.

1 dwg

Description

Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к способу нарезания упорной резьбы "БАТТРЕСС" на концевых участках обсадных труб и соединительных муфт при производстве их способом горячей прокатки на трубопрокатных установках с автоматическими и пилигримовыми станами, и может быть использовано при производстве бесшовных горячекатаных обсадных труб по ГОСТ 632-80, ТУ14-3-1575-87, ГОСТ Р 51906-2002 и API 5CT-2001 (седьмое издание) и, в частности обсадных труб диаметром 245, 273, 299, 324, 340, 351, 377, 406 и 426 мм с толщинами стенок от 7,9 до 12 мм на трубопрокатной установке 8-16" с пилигримовыми станами с последующим нарезанием упорной резьбы "БАТТРЕСС" на концевых участках обсадных труб и соединительных муфт в обычном и хладостойком исполнении.The invention relates to pipe rolling production, in particular to a BATTRESS thread cutting method at the end sections of casing pipes and couplings during their production by hot rolling in pipe rolling plants with automatic and pilgrim mills, and can be used in the production of seamless hot rolled casing pipes GOST 632-80, TU14-3-1575-87, GOST R 51906-2002 and API 5CT-2001 (seventh edition) and, in particular, casing pipes with a diameter of 245, 273, 299, 324, 340, 351, 377, 406 and 426 mm with wall thicknesses from 7.9 to 12 mm per pipe An 8-16 "installation with pilgrim mills followed by cutting the BATTRESS threaded thread at the end sections of casing and couplings in a conventional and cold-resistant design.

В трубном производстве России известны способы производства обсадных стальных бесшовных труб с треугольной резьбой диаметрами 114, 127, 140, 146, 168, 178, 194, 219, 245, 273, 299, 324, 340, 351, 377, 426, 473 и 508 мм с толщинами стенок от 5,2 до 16,7 мм, с трапецеидальной резьбой (ОТТМ), которая соответствует термину "БАТТРЕСС" (buttress) в стандартах ИСО и API 5CT, диаметром от 114 до 340 мм с толщинами стенок от 5,2 до 15,4 мм и высоко герметичными соединениями (ОТТГ) диаметром от 114 до 273 мм с толщинами стенок от 5,2 до 16,5 мм групп прочности от Д до Т с шероховатостью поверхности резьбы R_a не более 5,0 мкм, которые производятся на трубопрокатных агрегатах с автоматическими станами (114-245) мм и на трубопрокатных агрегатах с пилигримовыми станами (219-426) мм (ГОСТ 632 - 80. Трубы обсадные и муфты к ним. ТУ 14-3-1575-88 Трубы обсадные наружным диаметром 351, 377, и 426 мм и муфты к ним).In the Russian pipe industry, there are known methods for the production of triangular-threaded casing seamless steel pipes with diameters of 114, 127, 140, 146, 168, 178, 194, 219, 245, 273, 299, 324, 340, 351, 377, 426, 473 and 508 mm with wall thicknesses from 5.2 to 16.7 mm, with trapezoidal thread (OTM), which corresponds to the term “BATTRESS” (buttress) in ISO and API 5CT standards, with a diameter of 114 to 340 mm with wall thicknesses from 5.2 up to 15.4 mm and highly tight joints (OTTG) with a diameter from 114 to 273 mm with wall thicknesses from 5.2 to 16.5 mm strength groups from D to T with a surface roughness R _a not more than 5.0 microns, which are produced on pipe-rolling units with automatic mills (114-245) mm and on pipe-rolling units with pilgrim mills (219-426) mm (GOST 632 - 80. Casing pipes and couplings to them. TU 14-3-1575-88 Casing pipes with an outer diameter of 351, 377, and 426 mm and their couplings).

Недостатком данных способов является то, что ГОСТ 632-80 и ТУ 14-3-1575-88 не предусматривают выпуск труб диаметром более 340 мм с упорной резьбой типа "БАТТРЕСС" не только в хладостойком исполнении, но и в обычном исполнении, которые не выдерживают избыточные давления и не могут работать в северных районах Российской Федерации. Колонны из таких труб не выдерживают собственный вес, склонны к обрывам и самораскручиванию, что приводит к авариям и потерям оборвавшейся колонны, т.е. труб и скважин. ГОСТ 632-80 распространяется на стальные бесшовные трубы с треугольной и трапецеидальной резьбой и муфты к ним, трубы с высоко герметичньми соединениями и муфты к ним, а также безмуфтовые раструбные трубы, применяемые для крепления нефтяных и газовых скважин с параметрами шероховатости поверхности резьбы по ГОСТ 2789-73 Rz не более 20 мкм (R_a не более 5,0 мкм).The disadvantage of these methods is that GOST 632-80 and TU 14-3-1575-88 do not provide for the production of pipes with a diameter of more than 340 mm with a threaded type "BATTRESS" not only in cold-resistant version, but also in the usual version, which do not withstand excessive pressure and can not work in the northern regions of the Russian Federation. Columns from such pipes do not support their own weight, are prone to breaks and self-unwinding, which leads to accidents and loss of a broken column, i.e. pipes and wells. GOST 632-80 applies to seamless steel pipes with triangular and trapezoidal threads and couplings to them, pipes with highly tight joints and couplings to them, as well as sleeveless socket pipes used for fastening oil and gas wells with thread surface roughness parameters according to GOST 2789 -73 Rz not more than 20 microns (R _a not more than 5.0 microns).

В трубной промышленности известен также способ производства бесшовных горячекатаных обсадных труб диаметром 114,30, 127,00, 139,70, 168,68, 177,80, 193,68, 219,08, 244,48, 273,05, 298,45, 339,72, 406,40, 473,08 и 508,00 мм с толщинами стенок от 5,21 до 16,13 мм с нарезанием упорной резьбы "БАТТРЕСС" на концевых участках обсадных труб и соединительных муфт стали марок Н40, К55 (J55), М65, L80 (С95), N80, Т95^d, P110 и Q125^d групп прочности Р, S, L, В и Е (Спецификация на обсадные и насосно-компрессорные трубы. Спецификации API 5CT, седьмое издание, октябрь, 2001. ISO11960:2001) с шероховатостью поверхности резьбы R_a не более 3,2 мкм.In the pipe industry, there is also known a method for the production of seamless hot-rolled casing with a diameter of 114.30, 127.00, 139.70, 168.68, 177.80, 193.68, 219.08, 244.48, 273.05, 298, 45, 339.72, 406.40, 473.08 and 508.00 mm with wall thicknesses from 5.21 to 16.13 mm with cutting of the BATTRESS threaded thread at the end sections of casing pipes and steel couplings of grades H40, K55 (J55), M65, L80 (C95), N80, T95 ^d , P110, and Q125 ^d strength groups P, S, L, B, and E (Casing and tubing specification. API 5CT specifications, seventh edition, October, 2001. ISO11960: 2001) with the thread surface roughness R _a not more than 3.2 microns .

Недостатком данного способа является то, что он при повышенной герметичности резьбового соединения также не гарантирует самораскручивания (обрывов) большегрузных колонн (глубиной более 500 м).The disadvantage of this method is that it, with increased tightness of the threaded connection, also does not guarantee self-unwinding (breaks) of heavy columns (depth more than 500 m).

Наиболее близким Российским техническим решением является способ нарезания упорной резьбы "БАТТРЕСС" на концевых участках обсадных труб и соединительных муфт, включающий нарезание упорной резьбы "БАТТРЕСС" с шагом, равным 5,08 мм за четыре прохода с шероховатостью поверхности R_a не более 3,2 мкм, (Нефтяная и газовая промышленности - Стальные трубы для исполнения в качестве обсадных и насосно-компрессорных труб для скважин) и стандарт на резьбовые соединения обсадных, насосно-компрессорных труб и труб трубопроводов диаметром 114,3, 127,0, 139,7, 146,1, 177,8,193,7, 219,1, 244,5, 273,0, 298,4, 323,9, 339,7, 406,4, 473,1 и 508,0 мм, применяемых в нефтяной и газовой промышленности (ГОСТ Р 51906 - 2002. Соединения резьбовые обсадных, насосно - компрессорных труб и трубопроводов и резьбовые калибры для них. Общие технические требования).The closest Russian technical solution is the method of cutting resistant threads "BATTRESS" at the end sections of casing and couplings, including cutting resistant threads "BATTRESS" with a step equal to 5.08 mm in four passes with a surface roughness of R _a not more than 3.2 μm, (Oil and gas industry - Steel pipes for execution as casing and tubing for wells) and the standard for threaded joints of casing, tubing and tubing with a diameter of 114.3, 127.0, 139.7, 146.1, 17 7.8,193.7, 219.1, 244.5, 273.0, 298.4, 323.9, 339.7, 406.4, 473.1 and 508.0 mm used in the oil and gas industry ( GOST R 51906 - 2002. Threaded casing, tubing and pipe connections and threaded gauges for them. General technical requirements).

Однако известный способ также имеет недостатки. Способ нарезания упорной резьбы "БАТТРЕСС" на концевых участках обсадных труб и соединительных муфт с шероховатостью поверхности резьбы R_a не более 3,2 мкм приводит к лучшим условиям навинчивания соединительных муфт на трубы (снижение крутящего момента при навертке муфт) и лучшей герметизации резьбового соединения, но не решает вопросы самораскручивания (обрывов) тяжелых колонн при бурении и обсаживании скважин.However, the known method also has disadvantages. The method of cutting the BATTRESS threaded thread at the end sections of the casing and couplings with a surface roughness R _{a of} not more than 3.2 μm leads to better conditions for screwing the couplings onto the pipes (reducing torque when turning the couplings) and better sealing of the threaded joint, but does not solve the issues of self-unwinding (breaks) of heavy columns when drilling and casing wells.

Задачей предложенного способа нарезания упорной резьбы "БАТТРЕСС" на концевых участках обсадных труб и соединительных муфт является снижение или полное исключение самораскручивания (обрывов) большегрузных колонн при сохранении крутящих моментов при соединении (навинчивании) труб с муфтами и повышенной герметичности резьбового соединения.The objective of the proposed method of cutting resistant threads "BATTRESS" at the end sections of the casing and couplings is to reduce or completely eliminate self-unwinding (breaks) of heavy columns while maintaining torque when connecting (screwing) pipes with couplings and increased tightness of the threaded joint.

Технический результат достигается тем, что в известном способе нарезания упорной резьбы "БАТТРЕСС" на концевых участках обсадных труб и соединительных муфт, включающий нарезание упорной резьбы "БАТТРЕСС" с шагом, равным 5,08 мм за четыре прохода, нарезку резьбы на трубах и муфтах производят с разной шероховатостью поверхности сторон резьбы, при этом вершину, впадину и ведущую сторону резьбы труб и муфт выполняют с шероховатостью поверхности R_a не более 3,2 мкм, а противоположную сторону резьбы труб и муфт с шероховатостью R_a=10-15 мкм.The technical result is achieved by the fact that in the known method of cutting stop threads "BATTRESS" at the end sections of casing and couplings, including cutting stop threads "BATTRESS" with a step equal to 5.08 mm in four passes, threading on pipes and couplings is performed with different surface roughness of the sides of the thread, while the top, bottom and leading side of the thread of the pipes and couplings are made with a surface roughness R _{a of} not more than 3.2 μm, and the opposite side of the thread of pipes and couplings with a roughness R _a = 10-15 μm.

Сущность способа заключается в том, что предлагается технологический процесс нарезания упорной резьбы "БАТТРЕСС" на концевых участках обсадных труб и соединительных муфт с разной шероховатостью поверхности сторон резьбы, отсутствующий в американском стандарте API 5CT и Российских ГОСТах и позволяющий, при сохранении хорошего соединения и повышенной герметичности, значительно снизить или полностью исключить самопроизвольное разъединение (обрывы) большегрузных колонн за счет увеличения коэффициента трения в резьбовом соединении при развинчивании обсадных труб и соединительных муфт.The essence of the method lies in the fact that the proposed process of cutting resistant threads "BATTRESS" at the end sections of casing and couplings with different roughnesses of the surface of the sides of the thread, absent in the American API 5CT standard and Russian GOSTs and allowing, while maintaining good connection and increased tightness significantly reduce or completely eliminate the spontaneous separation (breaks) of heavy columns due to an increase in the coefficient of friction in the threaded connection at times screwing casing and couplings.

Увеличение шероховатости поверхности противоположных сторон резьбы труб и соединительных муфт, по ходу нарезки в 3-5 раз, по сравнению с впадинами, вершинами и сторонами труб и муфт по ходу нарезки, не влияет на технологический процесс навинчивания муфт на концевые участки труб (усилие соединения муфт с трубами) и на их герметичность, т.к. три элемента резьбы, а именно вершины, впадины и стороны резьбы, находятся в соединении с чистотой обработки их (шероховатостью) R_a не более 3,2 мкм, стороны винтового соединения, препятствующие разъединению (обрыву), выполнены с шероховатостью поверхности в 3-5 раз выше, т.е. за счет увеличения трения между ними снижается или полностью исключается самопроизвольное развинчивание (обрыв) при повышенных нагрузках обсадных колонн. Взаимосвязь между элементами резьбы "БАТТРЕСС" обсадной трубы и муфты приведена на чертеже (см. фиг.), гдеAn increase in the surface roughness of the opposite sides of the thread of pipes and couplings during cutting by 3-5 times, compared with the troughs, tops and sides of pipes and couplings during cutting, does not affect the process of screwing couplings onto pipe ends (coupling connection force with pipes) and their tightness, as three elements of the thread, namely the top, bottom and sides of the thread, are in conjunction with the cleanliness of their processing (roughness) R _a not more than 3.2 μm, the sides of the screw connection that prevent separation (breakage) are made with a surface roughness of 3-5 times higher i.e. due to increased friction between them, spontaneous unscrewing (breakage) is reduced or completely eliminated with increased loads of casing strings. The relationship between the elements of the thread "BATTRESS" casing and the coupling shown in the drawing (see Fig.), Where

1 - сторона резьбы трубы (муфты) с шероховатостью поверхности R_a не более 3,2 мкм; 2, (3) - впадина резьбы на трубе - вершина резьбы на муфте (вершина резьбы на трубе - впадина резьбы на муфте) с шероховатостью поверхности R_a не более 3,2 мкм; 4 - сторона резьбы трубы (муфты) с шероховатостью поверхности R_а = 10-15 мкм.1 - thread side of the pipe (sleeve) with a surface roughness R _a not more than 3.2 μm; 2, (3) —thread of the thread on the pipe — the top of the thread on the sleeve (the top of the thread on the pipe — the root of the thread on the sleeve) with a surface roughness R _{a of} not more than 3.2 μm; 4 - the thread side of the pipe (sleeve) with a surface roughness R _a = 10-15 microns.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что способ нарезания упорной резьбы "БАТТРЕСС" на концевых участках обсадных труб и соединительных муфт отличается тем, что нарезку резьбы на трубах и муфтах производят с разной шероховатостью поверхности сторон резьбы, при этом вершину, впадину и ведущую сторону резьбы труб и муфт выполняют с шероховатостью поверхности R_a не более 3,2 мкм, а противоположную сторону резьбы труб и муфт с шероховатостью R_a = 10-15 мкм. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень".Comparative analysis with the prototype shows that the method of cutting resistant threads "BATTRESS" at the end sections of casing and couplings is characterized in that the threading on pipes and couplings is made with different roughnesses of the surface of the sides of the thread, with the top, bottom and leading side of the thread of the pipes and couplings are performed with a surface roughness R _{a of} not more than 3.2 μm, and the opposite side of the thread of pipes and couplings with a roughness R _a = 10-15 μm. Thus, the claimed method meets the criteria of the invention of "inventive step".

Сравнение заявляемого способа не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что соответствует патентоспособности "изобретательский уровень".Comparison of the proposed method not only with the prototype, but also with other technical solutions in the art did not allow them to identify signs that distinguish the claimed method from the prototype, which corresponds to the patentability "inventive step".

Предложенный способ был опробован на трубопрокатной установке 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ". По данному способу были впервые в 2004 г. прокатаны опытно-промышленные партии обсадных труб размером 426×11 мм и муфтовых труб размером 454×24 мм из стали группы прочности К. На концевых участках труб и соединительных муфт была нарезана упорная резьба "БАТТРЕСС" по существующему и предлагаемому способам. Нарезку резьбы на трубы и муфты по предлагаемому способу производили двумя способами: 1 - после нарезки резьбы по существующему способу шероховатость противоположной стороны резьбы по ходу нарезки доводилась бормашинкой до R_a=10-15 мкм; 2 - стороне гребенки, нарезающей сторону резьбы против хода нарезки, придавали шероховатость R_a=10-15 мкм, а затем такими гребенками нарезали резьбу на трубах и муфтах. В опытном порядке было нарезано по 10 труб и муфт по каждому варианту, т. е. по существующему способу 10 труб и муфт и по предлагаемому способу по 10 труб и муфт. Навертку муфт на трубы производили на станке с крутящим моментом от 35 до 40 кН·м (3500-4000 кгс·м) для труб данного размера и с применением несамоотверждающих смазок. После навертки муфт трубы прошли гидравлическое испытание при давлении 17 МПа (177 кгс/см²) с выдержкой в течение 10 секунд. Все трубы выдержали испытания без течи. После гидравлического испытания с пяти труб каждой партии были свинчены муфты. При свинчивании муфт с труб с нарезкой резьбы по существующему способу крутящий момент составил от 38 до 45 кН·м (ср.41,5). При свинчивании муфт с труб, нарезанных по предлагаемому способу (вариант 1), крутящий момент составил от 57 до 63 кН·м (ср.60,0), а по варианту 2 - от 60 до 65 кН·м (ср.62,5), т.е. в первом случае для раскрутки опытных труб крутящий момент возрос на 44,6%, а во втором случае на 50,6%. Предложенный способ нарезания упорной резьбы "БАТТРЕСС" на концевых участках обсадных труб и соединительных муфт позволяет увеличить момент раскрутки труб и муфт в 1,5 раза, т.е. увеличить надежность колонн от самораскручивания (обрывов) в 1,5 раза. По пять труб каждого варианта отгружены заказчику ОАО ВНИИТнефть для стендовых испытаний и использования их в нижней части обсадных колонн.The proposed method was tested on an 8-16 "tube-rolling installation with Pilgrim mills of ChTPZ OJSC. Using this method, for the first time in 2004, pilot lots of 426 × 11 mm casing pipes and 454 × 24 mm steel sleeve pipes were rolled strength groups K. At the end sections of pipes and couplings, BATTRESS threaded thread was cut according to the existing and proposed methods. Thread cutting into pipes and couplings by the proposed method was carried out in two ways: 1 - after thread cutting using the existing rough method The opposite side of the thread along the thread was brought with a drill to R _a = 10-15 μm; 2 - the side of the comb cutting the side of the thread against the thread was roughened with R _a = 10-15 μm, and then the thread was cut on the pipes and couplings with such combs On a test basis, 10 pipes and couplings were cut according to each option, that is, according to the existing method, 10 pipes and couplings and according to the proposed method, 10 pipes and couplings were screwed onto the pipes on a machine with a torque from 35 to 40 kN · m (3500-4000 kgf · m) for pipes of this size and using esamootverzhdayuschih lubricants. After winding up the couplings, the pipes underwent a hydraulic test at a pressure of 17 MPa (177 kgf / cm ² ) with a holding time of 10 seconds. All pipes passed the test without leakage. After a hydraulic test, the couplings were unscrewed from the five pipes of each batch. When screwing couplings from pipes with threading according to the existing method, the torque was from 38 to 45 kN · m (cf. 41.5). When making up couplings from pipes cut by the proposed method (option 1), the torque was from 57 to 63 kN · m (cf. 60.0), and according to option 2 - from 60 to 65 kN · m (cf. 62, 5), i.e. in the first case, for the development of experimental pipes, the torque increased by 44.6%, and in the second case by 50.6%. The proposed method of cutting resistant threads "BATTRESS" at the end sections of the casing and couplings allows to increase the time of unwinding of pipes and couplings by 1.5 times, i.e. to increase the reliability of the columns from self-unwinding (breaks) by 1.5 times. Five pipes of each variant were shipped to the customer of VNIITneft for bench tests and their use in the lower part of casing strings.

Таким образом, впервые в мировой практике в опытном порядке произведена прокатка на ТПА 8-16» обсадных труб размером 426×11 мм и муфтовых труб размером 454×24 мм с последующей нарезкой упорной резьбы "БАТТРЕСС" на концевых участках обсадных труб и соединительных муфт в соответствии с предлагаемой формулой изобретения. Эксперименты по навертке и раскрутке труб и муфт, изготовленных по предлагаемому способу, показали, что использование способа нарезания упорной резьбы "БАТТРЕСС" на концевых участках обсадных труб и соединительных муфт, в соответствии с предложенной формулой изобретения, позволит повысить надежность обсадных колонн в 1,5 раза, что также позволит использовать их в качестве кондукторов длиной до 500 м, а в редких случаях в качестве технических колонн длиной до 1000 м и более.Thus, for the first time in world practice, casing pipes with a size of 426 × 11 mm and sleeve pipes with a size of 454 × 24 mm and subsequent threading of the BATTRESS threaded thread at the end sections of the casing and connecting couplings were experimentally tested at TPA 8-16 ” in accordance with the proposed claims. Experiments on the winding and unwinding of pipes and couplings manufactured by the proposed method showed that the use of the BATTRESS threaded thread cutting method at the end sections of the casing pipes and couplings, in accordance with the proposed claims, will increase the reliability of the casing strings by 1.5 times, which will also make it possible to use them as conductors up to 500 m long, and in rare cases as technical columns up to 1000 m or more in length.

Использование предложенного способа нарезания упорной резьбы "БАТТРЕСС" на концевых участках обсадных труб и соединительных муфт позволит освоить производство необходимых труб для нефтяной и газовой промышленности России и снизить количество аварий на буровых из-за использования труб с более надежными резьбовыми соединениями от самораскручивания.Using the proposed “BATTRESS” threaded thread cutting method at the end sections of casing and couplings will allow to master the production of the necessary pipes for the oil and gas industry in Russia and reduce the number of accidents at drilling sites due to the use of pipes with more reliable threaded joints from self-unwinding.

Claims

The method of cutting resistant threads "BATTRESS" at the end sections of casing pipes and couplings, including cutting resistant threads "BATTRESS" with a step equal to 5.08 mm in four passes, characterized in that the cutting threads on pipes and couplings are made with different surface roughness sides of the thread, while the top, bottom and leading side of the thread of the pipes and couplings are performed with a surface roughness R _{a of} not more than 3.2 μm, and the opposite side of the thread of pipes and couplings with a roughness R _a = 10-15 μm.