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
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
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):
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
| 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
| 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.