способ прокатки бесшовных горячекатаных обсадных труб размером 426×10-12 мм под нарезку упорной резьбы "баттресс"

Формула изобретения

Способ прокатки бесшовных горячекатаных труб, включающий отливку слитков с прибылью, без прибыли или непрерывно-литых заготовок, нагрев их до температуры пластичности, прошивку в стане косой прокатки в гильзы, прокатку труб на пилигримовом стане, калибровку в калибровочном стане и на прессах для калибровки концов, отличающийся тем, что при изготовлении обсадных труб размером 426×10-12 мм под нарезку упорной резьбы "БАТТРЕСС" для калибровки концов на номинальный наружный диаметр 426 мм в холодном состоянии с предельными отклонениями от номинального значения плюс 1,0%, минус 0,5% калибровку труб в калибровочном стане и на прессах для калибровки концов производят на минимальный наружный диаметр в холодном состоянии, значение которого больше номинального на 0,4 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к способу прокатки бесшовных горячекатаных обсадных труб размером 426×10-12 мм под нарезку упорной резьбы "БАТТРЕСС", и может быть использовано на трубопрокатной установке 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ".

В трубной промышленности России известны способы производства обсадных бесшовных горячекатаных 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, 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 и высокогерметичными соединениями (ОТТГ) диаметром от 114 до 273 мм с толщинами стенок от 5,2 до 16,5 мм групп прочности от Д до Т, 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".

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", которые не выдерживают избыточные давления и не могут работать в Северных районах Российской Федерации. ГОСТ 632-80 распространяется на стальные бесшовные трубы с треугольной и трапецеидальной резьбой и муфты к ним, трубы с высокогерметичными соединениями и муфты к ним, а также безмуфтовые раструбные трубы, применяемые для крепления нефтяных и газовых скважин. Данный ГОСТ предусматривает выпуск труб размером 426×10-12, 473×11 и 508×11,1-16,1 мм только с треугольной резьбой групп прочности Д и Е в обычном исполнении, а ТУ 14-3-1575-88 распространяются на стальные бесшовные трубы с треугольной резьбой и муфты к ним, применяемые для обсаживания нефтяных и газовых скважин, а также трубы обсадные укороченной длины, применяемые при ручном бурении на геологоразведочных работах, строительстве колодцев при механическом и ручном бурении на воду "Бурвод".

В трубной промышленности известны также способы 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 упорной резьбой "БАТТРЕСС" стали марок Н40, К55 (J55), М65, L80 (С95), N80, Т95 ^d, Р110 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, 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, 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").

Недостатком данных способов является то, что в них отсутствуют обсадные трубы размером 426×10-12 мм любых марок стали и групп прочности, которые необходимы для крепления газовых и нефтяных скважин, в том числе и для Северных районов Российской Федерации.

Наиболее близким техническим решением является способ производства трубных заготовок для изготовления шестигранных чехловых труб из низкопластичной безникелевой стали с содержанием бора 1,3-1,8%, включающий отливку слитков, сверление центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, нагрев их до температуры пластичности, прошивку слитков в гильзы в стане косой прокатки, прокатку гильз в пилигримовом стане в трубы, калибровку и правку на правильной машине при температуре не ниже 100°С, используя температуру прокатного нагрева (патент RU 2226133 C2, В21В 21/00, 2004).

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Технологические параметры прокатки и геометрические размеры труб 426×10-12 мм с номинальным наружным диаметром в холодном состоянии 426 мм и с предельными отклонениями от номинального значения плюс 1,0, минус 0,5% (+4,26/-2,13 мм) не дают возможности нарезать качественную упорную резьбу "БАТТРЕСС". Резьба на трубах по вершинам имеет не полностью сформированный профиль, что приводит к браку 25-30% труб по течи при гидравлических испытаниях. Калибровка труб данного размера в пятиклетевом калибровочном стане не позволяет получать трубы с более жесткими допусками по диаметру (+1,0/-0,5%).

Задачей предложенного способа является производство бесшовных горячекатаных обсадных труб размером 426×10-12 мм на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" для нарезки качественной упорной резьбы "БАТТРЕСС" и снижение или полное исключение брака труб по течам резьбовых соединений при гидравлическом испытании.

Технический результат достигается тем, что в известном способе прокатки бесшовных горячекатаных труб, включающем отливку слитков с прибылью, без прибыли или непрерывно-литых заготовок, нагрев их до температуры пластичности, прошивку в стане косой прокатки в гильзы, прокатку труб на пилигримовом стане, калибровку в калибровочном стане и на прессах для калибровки концов, при изготовлении обсадных труб размером 426×10-12 мм под нарезку упорной резьбы "БАТТРЕСС" для калибровки концов на номинальный наружный диаметр в холодном состоянии 426 мм с предельными отклонениями от номинального значения плюс 1,0, минус 0,5% калибровку труб в калибровочном стане и на прессах для калибровки концов производят на минимальный наружный диаметр в холодном состоянии, значение которого больше номинального на 0,4 мм.

Сущность способа заключается в том, что предлагаемый способ прокатки бесшовных горячекатаных обсадных труб размером 426×10-12 мм под нарезку упорной резьбы "БАТТРЕСС" позволяет за счет увеличения номинального значения наружного диаметра труб в холодном состоянии на 0,4 мм получать на трубах резьбу "БАТТРЕСС" с полным профилем по вершинам, что в свою очередь дало возможность значительно снизить или полностью исключить брак труб по течам резьбовых соединений.

Калибровка труб с номинальным размером по диаметру 426,4 мм вместо 426,0 мм с допускаемыми отклонениями +1,0/-0,5% и конусностью резьбы 1:12 позволяет при нарезании концевой резьбы увеличить минимальную длину резьбы с полной вершиной от торца трубы на 2-3 витка или 10,2-15,2 мм, при минимальном размере для труб данного размера 69,2 мм, что в свою очередь дает возможность значительно снизить или полностью исключить брак труб по резьбе и течам при гидравлических испытаниях труб под давлением 17 МПа (177 кгс/см ²) с выдержкой в течение 10 секунд.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ прокатки бесшовных горячекатаных труб под нарезку резьбы "БАТТРЕСС" на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами отличается тем, что при изготовлении обсадных труб размером 426×10-12 мм под нарезку упорной резьбы "БАТТРЕСС" для калибровки концов на номинальный наружный диаметр в холодном состоянии 426 мм с предельными отклонениями от номинального значения плюс 1,0, минус 0,5% калибровку труб в калибровочном стане и на прессах для калибровки концов производят на минимальный наружный диаметр в холодном состоянии, значение которого больше номинального на 0,4 мм. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "изобретательский уровень".

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".

Предложенный способ производства бесшовных горячекатаных труб был опробован и внедрен на трубопрокатной установке 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ". По данному способу были впервые в 2005 г. прокатаны промышленные партии труб размером 426×11 мм из стали группы прочности Д и изготовлены трубы с упорной резьбой "БАТТРЕСС".

В феврале 2005 г. на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" была прокатана промышленная партия труб размером 426×11 мм из стали группы прочности Д для изготовления обсадных труб с упорной резьбой "БАТТРЕСС" по существующей и предлагаемой технологиям. В производство было задано по одной плавке бесприбыльных слитков стали группы прочности Д размером 585/540×1700 мм. Вес плавки, прокатанной по существующей технологии, составил 120,5 тонн (43 слитка), а вес плавки, прокатанной по предлагаемой технологии, 122,6 тонн (44 слитка). По существующей технологии слитки были отремонтированы и приняты ОТК, нагреты в методической печи №2. Температура нагрева слитков составила 1280-1300°С, а продолжительность нагрева от 9,3 до 10,45 часов. Слитки прошивались в прошивном стане на оправке диаметром 425 мм в гильзы размером 600×80×3200 мм. Гильзы прокатывались в пилигримовом стане в валках с калибром 432 мм в трубы в горячем состоянии размером 430×11×23500-24000 мм, которые были порезаны пилой горячей резки на две равные части длиной от 11,5 до 12,0 м. Трубы подогревались в проходной роликовой газовой печи до температуры 750±20°С и калибровались в пятиклетевом калибровочном стане с номинальным наружным диаметром в холодном состоянии 426 мм. Из 86 труб в отделке было принято годными 82 трубы. Четыре трубы были забракованы по дефектам металла и проката (наружные и внутренние плены). 82 трубы были направлены на нарезку резьбы. 69 труб после нарезки приняты ОТК как годные. Забраковано 13 труб (18 концов). После навертки муфт трубы были подвергнуты гидравлическим испытаниям при давлении 17 МПа (177 кгс/см ²) с выдержкой в течение 10 секунд. Из 69 труб выдержали испытания 61 труба. 5 труб забраковано по течи с одного конца, а три трубы по течи с двух концов. Таким образом, из 82 труб после нарезки резьбы принято годными 61 труба или 75,5%. 21 труба были направлены в отделку, от которых были отрезаны бракованные концы и повторно нарезано резьбовое соединение. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 1,485. По предлагаемой технологии процесс изготовления труб до калибровки в пятиклетевом калибровочном стане производился аналогично существующей технологии. На калибровочном стане трубы калибровались с номинальным диаметром 426,4 мм. Прокатано 88 труб, из которых по металлургическим и дефектам проката забраковано 3 трубы (наружные и внутренние плены). Из 85 труб после нарезки резьбы ОТК принято 84 (одна труба - один конец забракован по грубой обработке - задир на резьбе). 83 трубы вместе с навернутыми муфтами были направлены на гидравлическое испытание. Одна труба (один конец) забракована по течи. Выход годного по геометрическим параметрам резьбы и герметичности соединения составил 98,8%. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии вместе с муфтами, предохранительными кольцами и ниппелями составил 1,325. Данные по прокатке, нарезке резьбы, гидравлическим испытаниям и сдаче труб, прокатанных по существующей и предлагаемой технологиям, приведены в таблице.

Из таблицы видно, что выход годного по обсадным трубам размером 426×11 мм группы прочности Д, прокатанным по существующей технологии, по геометрическим параметрам резьбы "БАТТРЕСС", отвечающей требованиям ГОСТ Р 51906-2002 и API 5CT, составил 98,8%, а расходный коэффициент металла 1,325. По существующей технологии выход годного по резьбовому соединению составил 75,5%, а расходный коэффициент металла 1,485.

Таким образом, при прокатке бесшовных горячекатаных обсадных труб размером 426×11 мм под нарезку упорной резьбой "БАТТРЕСС", по предлагаемой технологии, получено снижение брака по геометрическим параметрам резьбы на 23,5% и расходного коэффициента металла на 10,8% за счет увеличения номинального диаметра на 0,4 мм, что позволило при нарезании концевой резьбы увеличить минимальную длину резьбы с полной вершиной от торца трубы на 2-3 витка или 10,2-15,2 мм, при минимальном размере для труб данного размера 69,2 мм, что в свою очередь дало возможность значительно снизить брак труб по резьбе и течам при гидравлических испытаниях труб под давлением с выдержкой в течение 10 секунд. Следовательно, результаты проведенного эксперимента подтвердили правомерность формулы изобретения "Способ прокатки бесшовных горячекатаных труб" под нарезку упорной резьбы "БАТТРЕСС" на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами. Из таблицы видно, что трубы, прокатанные по предлагаемой технологии (способу), имеют наименьшее количество дефектов по резьбе и течам при гидравлических испытаниях, что приводит к снижению количества перерезов (отрезов) концов по некачественной резьбе, повышению производительности нарезного, отрезного оборудования и гидропресса, снижению расходного коэффициента металла при переделе слиток - обсадная передельная труба - обсадная труба с нарезанными концами и предохранительными элементами (муфта, предохранительное кольцо и ниппель).

Использование предложенного способа прокатки бесшовных горячекатаных труб размером 426×10-12 мм под нарезку упорной резьбы "БАТТРЕСС" на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами позволит освоить производство необходимых труб для нефтяной и газовой промышленности России, снизить расход металла за счет снижения дефектов резьбового соединения, повысить производительность нарезного, отрезного оборудования и гидравлического пресса, а следовательно, снизить стоимость передела труб данного сортамента.

Таблица Данные по прокатке, нарезке резьбы, гидравлическим испытаниям и сдаче обсадных труб размером 426×11 мм группы прочности Д с упорной резьбой "БАТРЕСС", прокатанных по существующей и предлагаемой технологиям
Вид технологии	Задано металла		Прокатано труб				Нарезка резьбы					Выход годного по резьбе	Расход. коэфф. металла
	слитков		Размер гильз	Размер калибра пилигр. валков	Номин. размер труб	Принято труб	Задано под нарезку	Принято ОТК после нарезки	Забрак. по нарезке	Брак по течам	Принято годных труб
	шт.	тонн	мм	мм	мм	шт.	шт.	шт.	шт.	шт.	шт.	%	-
Существующая	43	120,5	600×80×3200	432	426,0	82	82	69	13	8	61	75,5	1,485
Предлагаемая	44	122,6	600×80×3200	432	426,4	85	85	84	1	1	83	98,8	1,325