РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНОЙ ТРУБЫ

Полезная модель относится к трубному производству, в частности к производству насосно-компрессорных труб, используемых при строительстве нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин, при проведении технологических операций по ремонту скважин, а также при использовании насосно-компрессорных труб в эксплуатационных скважинах, где требуется повышенная плотность соединения и его высокая надежность при частых спускоподъемных операциях.
При проведении ремонтных работ на скважинах отмечено, что резьбовое соединение насосно-компрессорных труб отрабатывает примерно 8-10 циклов свинчивания-развинчивания, что приводит к необходимости частого ремонта насосно-компрессорных труб - отрезанию изношенной резьбы и нарезанию новой с соответствующими затратами и постепенным уменьшением длины труб. Также при добыче нефти на скважинах с высоким газовым фактором или большим количеством твердых примесей в добываемой жидкости обычные насосно-компрессорные выходят из строя из-за быстрого износа резьбового соединения либо приходится часто осуществлять подъем и разбор подвесок из-за частых выходов из строя глубинного оборудования, что также приводит к необходимости частого ремонта резьбового соединения труб.
Известна труба насосно-компрессорная, содержащая описание резьбового соединения соединительной муфты на резьбовых участках трубы. Резьба и уплотнительные конические расточки соединительной муфты должны быть оцинкованы или фосфатированы (ГОСТ 3633-80 «Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия. Р.2 Технические требования п. 2.8). Недостатком известного резьбового соединения является отсутствие покрытия на резьбовых участках трубы, а покрытие оцинкованием или фосфатированием резьбовой поверхности муфты не обладает требуемой плотностью и служит только для защиты профиля резьбы от коррозии при хранении. Также известно, что электролитический процесс нанесения покрытия неуправляем по толщине покрытия, а изменение состава электролита ведет к образованию погрешностей профиля резьбы, когда первые витки имеют большую толщину, чем последние, или наоборот.
Наиболее близким по технической сущности является способ обработки резьбовых участков термооцинкованых труб, согласно которому резьбовое соединение включает резьбовой участок трубы с цинковым покрытием, которое наносят металлизационным аппаратом в виде слоя алюминия с последующим нагревом до 620-650°C и выдержкой 3-5 сек до образования интерметаллического слоя из алюможелезоцинкового сплава толщиной 1-3 мкм (Пат. РФ №2049150, публ. 27.11.1995). Недостатком резьбового соединения является низкий уровень коррозионной стойкости, герметизации и антифрикционности покрытия и ресурс работы резьбового соединения на уровне 24-27 циклов свинчивания-развинчивания с сохранением целостности элементов резьбы.
Задачей полезной модели является повышение герметизации, коррозионной стойкости и антифрикционных свойств резьбового соединения, износостойкости с увеличением ресурса его работы на уровне не менее 50 циклов свинчивания-развинчивания с сохранением целостности элементов резьбы.
Технический результат от использования полезной модели, на достижение которого направлено техническое решение, состоит в получении резьбового соединения трубы с равномерной толщиной покрытия в пределах допуска на профиль резьбы, обеспечивающего при этом высокий уровень герметизации, коррозионной стойкости, антифрикционности и износостойкости.
Технический результат от использования полезной модели достигается тем, что в резьбовом соединении насосно-компрессорной трубы, выполненном с нанесенным на его поверхность покрытием, покрытие выполнено методом высокоскоростного газопламенного напыления смеси на основе порошкового самофлюсующегося сплава системы Ni-Cr-B-Si-Mo и абразивного порошка в соотношении 3,4:1 с толщиной покрытия (20-40)±5 мкм и пористостью не более 1-2%.
Метод высокоскоростного газопламенного напыления, который используют для нанесения покрытий, позволяет получить качественные покрытия за счет повышенной концентрации газовой струи, небольшого пятна нагрева, осевой подачи порошкового материала в газовое пламя в виде узкой струи, способствующей меньшему разлету порошка и поэтому более предпочтительной для напыления таких рельефных поверхностей, как резьба, высокой скорости частиц порошка в газовой струе, способствующей получению покрытий с пористостью не более 1-2% и стабильных показателей параметров режима напыления.
Слой покрытия на основе порошкового самофлюсующегося сплава системы Ni-Cr-B-Si-Mo (фракция 10-60 мкм), который содержит «мягкую» матрицу на основе Ni, удерживающую включения из твердой карбидной фазы (карбиды Cr, Fe и бориды), обеспечивает коррозионную стойкость и износостойкость с ресурсом работы резьбового соединения не менее 50 циклов свинчивания-развинчивания с сохранением целостности элементов резьбы. Присутствие Si и B в сплаве способствует его самофлюсованию, а наличие Мо добавляет к основным свойствам повышение антифрикционности покрытия. Фракционный состав позволяет получить более высокую плотность и равномерную толщину.
Толщина полученного покрытия (20-40)±5 мкм находится в пределах поля допуска на профиль резьбы, указанных в ГОСТ 633-80 и API 5СТ, а минимальная пористость покрытия не более 1-2% обеспечивает его более высокие плотность и уровень герметизации.
Эффективность предлагаемого технического решения подтверждают испытаниями образцов насосно-компрессорных труб диаметром 73 мм, в результате которых было установлено:
1. Резьбовые соединения насосно-компрессорной трубы, выполненные с покрытиями, нанесенными методом высокоскоростного газопламенного напыления, в процессе испытаний показали хорошую работоспособность и эксплуатационную устойчивость при количествах свинчивания-развинчивания до 50 циклов с сохранением целостности элементов резьбы.
2. Образцы с полученной толщиной и плотностью слоя покрытия выдержали испытания на герметичность расчетным давлением 66,7 МПа, с выдержкой 60 сек на различных циклах свинчивания-развинчивания.
3. Толщина слоя покрытия на боковых гранях и вершинах резьбы равномерная в пределах (20-40)±5 мкм, что обеспечивает получение профиля резьбы в пределах допускаемых отклонений, которые указаны в ГОСТ 633-80 и API 5СТ. Покрытия характеризуются плотной структурой (пористость 1-2%).
4. Полученные крутящие моменты свинчивания-развинчивания свидетельствуют о том, что образцы с покрытиями резьбового участка трубы обладают лучшей антифрикционностью в сравнении с резьбовым участком трубы без покрытия.