насосно-компрессорная труба

Формула изобретения

1. Насосно-компрессорная труба, содержащая граничащие с резьбовыми участками на ее концах упрочненные участки, включающие посадочные места, предназначенные для установки трубы в механизме монтажа-демонтажа труб при эксплуатации, отличающаяся тем, что посадочные места имеют длину 120-200 мм, расположены на расстоянии 0,3-0,5 м от концов трубы, при этом в их поверхностном слое выполнены замкнутые в окружном направлении вокруг оси трубы полосы с волнистым рельефом, образованным чередующимися выпуклостями и канавками, причем ширина полос составляет не менее 0,5 мм, средняя высота выступов волнистости 0,2 мм<W<0,8 мм, средний радиус округления канавок 0,2 мм <R<0,8 мм, а расстояние вдоль оси трубы между полосами не превышает 20 мм.

2. Труба по п.1, отличающаяся тем, что посадочные места выполнены с наружным диаметром, превышающим диаметр трубы не менее чем на 2,5 мм.

3. Труба по п.1, отличающаяся тем, что на ее посадочные места установлена по горячепрессовой посадке по меньшей мере одна гильза из металла с той же или с более высокой прочностью, чем у металла трубы, при этом толщина стенок гильзы составляет не менее 2,5 мм, а полосы с волнистым рельефом выполнены как на посадочных местах трубы, так и на наружной поверхности гильз.

4. Труба по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что полосы с волнистым рельефом образованы металлизационным нанесением материала с большими, чем у трубы, сопротивлением сдвигу и контактной твердостью.

5. Труба по п.1 или 2, отличающаяся тем, что посадочные места содержат поверхностный слой металла, цементированный, азотированный или подвергнутый поверхностной закалке на глубину не менее 0,1 мм после формирования полос с волнистым рельефом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для изготовления, восстановления и подготовки к эксплуатации насосно-компрессорных труб (НКТ).

Известна НКТ, содержащая установленную на резьбовом конце соединительную цилиндрическую муфту, имеющую внутреннюю резьбовую поверхность, и полый цилиндрический переходник, выполненный на одном конце с внутренней, а на другом конце - с наружной резьбой, при этом наружные поверхности муфты и переходника выполнены упрочненными (свидетельство на полезную модель RU 10823 U1, кл. МКИ F 16 L 15/08, 1997).

Недостатком этого устройства является то, что оно не исключает значительных повреждений концевых участков труб в месте их соединения при монтаже-демонтаже, а именно при контактном взаимодействии с сухарями ключа (или клиньями спайдера).

Наиболее близкой по техническому существу является НКТ, содержащая граничащие с резьбовыми участками на ее концах упрочненные участки, включающие посадочные места установки ее в механизме монтажа-демонтажа труб при их эксплуатации (патент RU №2092291 С1, кл. МКИ В 23 Р 6/00, 1997).

Недостатком этой трубы является низкий срок ее службы вследствие неизбежного повреждения материала труб инструментами (сухарями ключа) при монтажных и демонтажных работах.

Задачей, на которую направлено изобретение, является повышение долговечности HKТ, а именно увеличение допустимого числа нормативно выполняемых спуско-подъемных операций (СПО). Как следует из общеизвестной технической литературы, нормативной считается такая СПО, при которой трубы сохраняют нормативную прочность, конические резьбовые соединения НКТ остаются герметичными, по меньшей мере, равнопрочными телу трубы и отвечающими при нормативном моменте свинчивания показателям контроля соединения по натягу А от торца муфты до сбега резьбы ниппеля. Условие сохранения нормативной прочности предусматривает также, в частности, такой показатель, как отсутствие на наружной поверхности трубы дефектных мест, по количеству, глубине и протяженности превышающих допустимые стандартом нормы.

Поставленная задача достигается за счет того, что в НКТ, содержащей граничащие с резьбовыми участками на ее концах упрочненные участки, включающие посадочные места установки ее в механизме монтажа-демонтажа труб при их эксплуатации, на посадочных местах длиной 120-200 мм, расположенных на 0,3-0,5 м от концов трубы, в поверхностном слое последней выполнены замкнутые в окружном направлении (вокруг оси трубы) полосы с волнистым рельефом, причем ширина полос не менее 0,5 мм, средняя высота выступов 0,2 мм <W<0,8 мм, средний радиус округления канавок 0,2 мм <R<0,8 мм, а расстояние вдоль оси трубы между полосами не более 20 мм.

Частными существенными признаками является то, что

посадочные места выполнены с наружным диаметром, превышающим диаметр трубы не менее чем на 2,5 мм;

на посадочных местах могут быть установлены по горячепрессовой посадке, по меньшей мере, одна (т.е. с одной стороны трубы) гильза из металла той же или более высокой прочности, чем у трубы, при этом толщина стенок гильзы не менее 2,5 мм, а полосы с волнистым рельефом выполнены как на посадочных местах трубы, так и на наружной поверхности гильз,

полосы с волнистым рельефом образованы, преимущественно, металлизационным нанесением материала с большими, чем у трубы сопротивлением сдвигу и контактной твердостью;

посадочные места содержат поверхностный слой металла, цементированный, азотированный или подвергнутый поверхностной закалке на глубину не менее 0,1 мм после формирования полос с волнистым рельефом.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых:

на фиг.1 изображена насосно-компрессорная труба с упрочненным участком;

на фиг.2 - фрагмент упрочненного участка в зоне захвата в начальный момент останова проскальзывания ключа относительно НКТ;

на фиг.3 изображены последовательно:

а) профиль выступов волнистости, вид по стрелке А на фиг.2;

б) фрагмент упрочненного участка в зоне захвата трубы клиньями спайдера после останова проскальзывания посадочного места трубы в спайдере;

в) вид после однократного зацепления выступов волнистости и сухаря ключа;

на фиг.4 изображен вариант выполнения трубы с гильзой.

Используемые буквенные обозначения на чертеже иллюстрируют параметры НКТ и имеют следующие физические значения в соответствующих общепринятых линейных величинах:

S - расстояние между полосами упрочненного металла;

t - ширина упомянутой полосы;

w - опорная длина профиля волны на уровне сечения профиля (т.е. суммарная длина всех участков профиля);

W - высота волн;

W_p - высота сглаживания волнистости (высота от средней линии профиля до касательной к вершине выступа максимальной высоты);

W_max - наибольшая высота профиля волны;

1 - расстояние от торца (конца) трубы до начала упрочненного участка;

L - длина упрочненного участка;

L_г - длина гильзы;

R_w - средний радиус канавки волны;

Н_i - текущее расстояние от средней линии волнистости до вершины волны;

Н¹₁ - текущее расстояние от средней линии волнистости до впадины волны.

НКТ 1 (фиг.1), выполненная в соответствии с заявляемым изобретением, имеет резьбовые участки 2, расположенные на краях трубы 1, к которым непосредственно примыкают упрочненные участки 3, расположенные на расстоянии от 0,3 до 0,5 м от соответствующего края трубы и имеющие диаметр Д1, более чем на 2,5 мм превышающий диаметр Д2 НКТ, и длина которых составляет от 120 до 200 мм. Участки 3 могут быть сплошными, либо могут быть образованы кольцевыми полосами 4, ширина которых не менее 0,5 мм и которые имеют в поперечном сечении волнистый профиль, образованный чередующимися в окружном направлении выступами 5 и канавками 6. При этом средняя высота W выступов 5 находится в пределах 0,2 мм <W<0,8 мм, а средний радиус R округления канавок 6 составляет 0,2 мм <R<0,8 мм. Упомянутые выступы 5 и канавки 5 имеют, преимущественно, профиль, по форме близкий к треугольному.

Упрочненные участки могут быть образованы посредством размещения на соответствующей поверхности НКТ гильзы 7 (фиг.5), установленной по посадке с натягом, преимущественно, по горячепрессовой. В этом случае на наружной поверхности гильзы 7 выполнена упомянутая волнистость с вышеуказанными параметрами, причем целесообразно, чтобы прочностные показатели материала гильзы превышали соответствующие показатели материала трубы. На наружной поверхности НКТ, в зоне контакта последней с гильзой 7, также выполнена волнистость, аналогичная вышеупомянутой.

Выступы 5 воспринимают от захватов 8 деформации сжатия, что является причиной уплощения вершин выступов и приводит к редкому росту тангенциальной фактической площадки контакта Фт (с захватом) до некоторой начальной величины Фт₀ еще до начала внедрения выступов захвата в поверхность трубы. При этом для достижения необходимой и достаточной для заданной величины силы наружного трения потребуется внедрение выступов захвата в поверхность трубы на меньшую глубину, чем при смятии гладкой цилиндрической поверхности.

Выступы добавляют свою высоту к толщине среза и радиально расположенной фактической площадке контакта захвата с трубой. В итоге увеличения скорости прироста обеих компонент фактической площади контакта захвата с трубой на единицу длины радиального перемещения захвата заданное усилие затяжки (при фиксированном давлении на ключе, т.е. в условиях нормативного усилия захвата) достигается при меньшем радиальном перемещении захватов, а следовательно, при меньшей глубине следов захватов на посадочных местах трубы.

Упрочнение посадочных мест НКТ обеспечивается за счет того, что зоны распределения четырех точек фактического контакта посадочного места НКТ с любым захватом 8 (ключа или спайдера) становятся детерминированными только в пределах (зонах) выступающих наружу полос с волнистым рельефом.

В упомянутых зонах подготовлены условия, снижающие глубину внедрения выступов захватов в тело трубы.

Упрочнению посадочных мест способствует также то, что округленности по радиусу R отвечают геометрии кромок любых захватов 8, а сопротивление срезу канавок существенно выше сопротивления срезу по телу трубы вследствие:

- упрочняющей обработки, например, накаткой (как одним из способов получения волнистости);

- более высокой прочности полосы металлизации, например, электроискровым легированием твердыми сплавами;

- более высокой группы прочности металла гильзы, если таковая применяется.

Сказанное поясняется представленными ниже примерами реализации изобретения.

На 4-х трубах НКТ В 73×5,5 ГОСТ 633-80, в состоянии заводской поставки от Никопольского трубного завода, были выполнены операции модифицирования по ТУ 1327-001-18908125, в том числе упрочнение посадочных мест. В поверхностном слое нанесены методом накатки кольцевые полосы шириной 5 мм, где высота выступов составила 0,4 мм <W<0,6 мм, а средний радиус округления канавок находился в пределах 0,4 мм <R<0,6 мм. Промышленные испытания показали, что трубы сохраняют в течение 80-ти СПО нормативные показатели пригодности к дальнейшей эксплуатации, в том числе “ключи и клинья спайдера не оставляют недопустимо глубоких следов на теле трубы”.

В соответствии со сведениями РД 39.136-95 “Инструкции по эксплуатации насосно-компрессорных труб”, Самара, 1995 г., ресурс службы НКТ по СПО, в т.ч. по отсутствию значительных повреждений тела трубы ключами, составляет 6...8 СПО, следовательно, у заявляемых труб ресурс увеличен более чем на порядок.

На одной трубе НКТ 73 гл. × 5,5 ГОСТ 633-80, ТУ 1327-001-18908125, в состоянии внутризаводских технологических переходов, на посадочные места длиной 150 мм, расположенные на 0,4 м от концов трубы, были установлены по горячепрессовой посадке две гильзы Ф89/Ф73, выполненные расточкой из забракованных после эксплуатации муфт 73-К ГОСТ 633-80. На поверхности гильз через интервалы 20 мм накаткой нанесены кольцевые полосы с высотой выступа 0,2 мм <W<0,8 мм, средний радиус округления канавок 0,2 мм <R<0,8 мм. Пробные СПО с указанной трубой показали удобство данной конструкции трубы как для работы элеватора кронблока установки А50, так и для стандартных комплектов челюстей ключа ГКШ 45-09 (на Ф89) и комплектов клиньев спайдера (на Ф89). При стократном повторном приложении ключом ГКШ 45-09 момента 3000 Nm на гильзах не обнаружено недопустимо глубоких следов захватов 8.

Таким образом, изобретение повышает долговечность НКТ, значительно увеличивая число возможных спуско-подъемных операций.