Способ визуального контроля свинчивания муфтового соединения нефтегазопромысловых труб
METHOD OF VISUAL CONTROL OF SCREWING OF THE COUPLING OF OIL AND GAS FIELD PIPES

Способ визуального контроля свинчивания муфтового соединения нефтегазопромысловых труб
Способ визуального контроля свинчивания муфтового соединения нефтегазопромысловых труб относится к нефтедобывающей отрасли и может быть использован при многократном свинчивании-развинчивании, для контроля (визуализации) взаимного положения элементов ниппеля и муфты, соответствующего окончанию свинчивания муфтового  резьбового соединения  труб, преимущественно, извлеченных из скважины.
Для безаварийного функционирования колонны труб в скважине, при многократном свинчивании-развинчивании, сохранение эксплуатационных свойств резьбового соединения, таких как, отсутствие повреждения резьбы и сохранение герметичности, являются основополагающими.
Для сохранения этих эксплуатационных свойств резьбового соединения труб в промысловых условиях, трубы должны многократно,  легко и беспрепятственно разъединяться  и соединяться, с рекомендуемым крутящим моментом до определенного положения, для чего, после каждого подъема из скважины колонны труб для наращивания, на внутренние и наружные резьбы соединения наносят резьбовые смазки с составами, соответствующими эксплуатационным условиям.
Также, для сохранения данных эксплуатационных свойств резьбового соединения труб в промысловых условиях, при многократном свинчивании-развинчивании, не менее  важным является контроль взаимного расположения муфты и ниппеля относительно друг-друга и момент свинчивания, которые напрямую зависят от качества резьбовой смазки, её количества и равномерности её распределения по всей резьбовой поверхности.
Критерии для свинчивания резьбового соединения, установленные в нормативной документации, разработаны с учетом того, что резьбовая смазка равномерно покрывает всю поверхность резьбы.
При этом, как и в случае использования рекомендуемых для свинчивания крутящих моментов, так и в случае уточненных, минимальный крутящий момент должен быть не менее 75% от выбранного значения,  а максимальный,  не более 125 %.
о
о
Для обеспечения момента свинчивания в диапазоне 75%≤ М≤125%, где М – момент свинчивания оптимальный (значение указано в РД), необходим визуальный показатель взаимного расположения трубы и муфты,  при каждом свинчивании, в том числе и поднятых из скважины, на которых, заводские и  все предыдущие нанесенные метки, предназначенные для визуального контроля взаимного расположения, закрыты добываемым продуктом.
Ввиду очень больших различий в требованиях к  моменту свинчивания, которые могут существовать для конкретного соединения разного типоразмера труб и конкретных эксплуатационных условий, появилась необходимость в способе визуального контроля свинчивания нефтепромысловых труб непосредственно на скважинах, как новых труб, так и извлеченных из скважины, покрытых добываемым продуктом, технологичный, легко исполнимый в производственных условиях.
Известны ГОСТ 632, ГОСТ 633, ГОСТ 53366, API 5 CT в которых указаны критерии сборки резьбовых муфтовых соединений обсадных и насосно-компрессорных труб. Основным критерием сборки является положение торца муфты относительно знаков, меток, конца сбега резьбы, расположенных на ниппельном конце тела трубы. Другим критерием является момент свинчивания, который  является расчетным для резьбовых соединений с номинальным натягом соединения при коэффициенте трения – 0,06 для резьбовых соединений по API Spec 5B в соответствии с рекомендациями ИСО10405.
Однако значения момента свинчивания следует рассматривать лишь как ориентировочные, ввиду очень больших различий в требованиях к  моменту свинчивания, которые могут существовать для конкретного соединения разного типоразмера труб. По этой причине важно соотносить данные значения момента свинчивания с положением торца муфты относительно знаков, меток,  конца сбега резьбы, расположенных на ниппельном конце тела трубы (сборка по положению).
В заводских условиях при процессе сборки контролируется как осевое перемещение, так и момент свинчивания.
При этом формируется «поле допуска», ограниченное:
- по горизонтали значениями минимально снизу и максимально сверху допустимого значения момента свинчивания;
- по вертикали значениями допустимого осевого перемещения.
Известно, что при свинчивании обсадных труб с резьбовым соединением ОТТГ производят измерение расстояния от внутреннего упорного до наружного торца муфты с помощью штангенциркуля. Затем на ответной части трубы наносят риску на расстоянии от торца трубы, равной измеренному расстоянию от упорного торца до наружного торца муфты. После силового свинчивания торец муфты должен совпадать с риской, нанесенной на ниппельную часть трубы, поскольку по достижению торца трубы упорного торца муфты при силовом свинчивании,  происходит резкое увеличение крутящего момента. Зафиксированный при этом крутящий момент будет являться оптимальным для данных условий сборки (применяемая смазка, типоразмер труб и так далее). Дальнейшее свинчивание труб производят по установленному среднеарифметическому значению крутящего момента, полученного при проведении свинчивания 10 труб. Скорость силового свинчивания резьбовых соединений ОТТГ не должна превышать10 об/мин.
Но данный способ обеспечения необходимого, для выбранного соединения, крутящего момента, сложен и ненадежен в исполнении, особенно, при многократном свинчивании-развинчивании извлеченных из скважины труб, поскольку все метки, нанесенные для визуализации регламентирования крутящего момента, после первого же погружения труб в скважину невозможно обнаружить, что не позволяет предотвратить повреждение резьбы  от резкого увеличения крутящего момента.
Данный способ визуализации не гарантирует сохранения эксплуатационных свойств соединения, таких как, отсутствие повреждений резьбы и сохранение герметичности.
Известен способ контроля свинчивания из описания к авторскому свидетельству SU №1625974 «Способ сборки безупорных конических резьбовых соединений обсадных и лифтовых колонн» от 02.01.1985, опубликовано: 07.02.1991. МПК  E21B17/08, при котором, свинчивание осуществляют до совмещения торца муфты с меткой на трубе, расстояние до которой от торца трубы определяют по формуле L I - (F -Ат) + К + См - Ам, где L - расстояние от торца трубы до метки; I - расстояние от торца трубы до основной плоскости резьбы; F - фактический натяг резьбы трубы;Aт - регламентированный натяг резьбы трубы, К - оптимальный условный натяг; См - регламентированное расстояние от измерительной поверхности резьбового калибра - пробки до основной плоскости резьбы муфты; Ам - фактический натяг муфты.
Но данный способ не позволяет производить контроль свинчивания извлеченных из скважины труб, ориентируясь на метки, поскольку уже после первого же подъема трубы из скважины, так как тело трубы и метки будут «испачканы» содержимым скважины. Так же, в условиях недостаточного освещения средствами видеоконтроля не могут быть определены, наличие смазки, её количество и «свежеть» порции и распределение по резьбе  смазки, при этом нельзя гарантировать сохранения эксплуатационных свойств соединения, таких как, отсутствие повреждений резьбы и сохранение герметичности.
Известен способ визуализации взаимного расположения трубы и муфты при достижении заданного потребителем или нормативной документацией минимального, оптимального и максимального моментов свинчивания по патенту на полезную модель «Соединение труб с конической резьбой и торцевым уплотнением «металл-металл» RU101484 от 28.07.2010 опубликовано 20.01.2011 , МПК E21B17/00, при этом, на трубе (ниппеле) имеются 3 метки, одна из которых нанесена вдоль образующей, вторая поперечная, нанесенная по окружности трубы, третья обозначает место нанесения треугольного клейма, при этом первая метка наносится специальным приспособлением, имитирующим полноразмерный элемент резьбы муфтового конца трубы и является показателем положения уплотнительного торца ниппеля относительно ответного элемента в муфте, вторая метка своей шириной, равной шагу нарезанной резьбы, определяет последний шаг свинчивания соединения (аналогичную функцию выполняет основание треугольного клейма), а нанесенная вдоль образующей на муфте нижней неподвижной трубы специальным приспособлением, имитирующим полноразмерный элемент резьбы трубы, метка является визуальным показателем взаимного расположения трубы и муфты при достижении заданного потребителем или нормативной документацией минимального, оптимального и максимального моментов свинчивания.
Нанесение метки специальным приспособлением, имитирующим полноразмерный элемент резьбы муфтового конца трубы, который и является показателем положения уплотнительного торца ниппеля относительно ответного элемента в муфте, при этом,  вторая метка своей шириной, равной шагу нарезанной резьбы, определяет последний шаг свинчивания соединения (аналогичную функцию выполняет основание треугольного клейма), а нанесенная вдоль образующей на муфте нижней неподвижной трубы специальным приспособлением, имитирующим полноразмерный элемент резьбы трубы, метка является визуальным показателем взаимного расположения трубы и муфты при достижении заданного потребителем или нормативной документацией минимального, оптимального и максимального моментов свинчивания, приемлемо для исполнения только в заводских условиях, но после первого же погружения в скважину и подъема, место расположения всех меток трудно определить, так как тело трубы и метки будут «испачканы» содержимым скважины, следовательно, при многократном свинчивании-развинчивании, данный трудозатратный способ нанесения меток, необходимо повторять после каждого подъема труб из скважины.
Также данный способ не учитывает наличие, распределение и свойства резьбовой смазки, контроль затруднен в условиях недостаточного освещения, наличие смазки её количество и «свежеть» порции не может быть определен  средствами видеоконтроля, что не гарантирует сохранения эксплуатационных свойств соединения, таких как, отсутствие повреждений резьбы и сохранение герметичности при каждом свинчивании-развинчивании, даже при повторяющимся всякий раз предлагаемом способе нанесения меток.
Известен способ визуального контроля свинчивания труб с нанесением меток краской по патенту RU 2297511 от 24.02.2005,  опубликовано: 20.04.2007, МПК E21B17/00  (2006.01)  E21B19/16 (2006.01), «Способ нанесения меток для визуализации свинчивания нефтегазопромысловых труб (варианты), способ свинчивания этих труб и способ визуального контроля свинчивания этих труб», при котором сначала на втором приспособлении произвольно вдоль его продольной оси наносится краской полоса, а на первом приспособлении полоса краской наносится в свинченном до смыкания упорных поверхностей положении с вторым приспособлением напротив нанесенной на последнем полосы, затем первое приспособление свинчивают с муфтовым концом трубы, на которой наносят краской метку в виде полосы, являющейся продолжением полосы на первом приспособлении, а второе приспособление свинчивают с ниппельным концом трубы, на которой наносят краской метку в виде полосы, являющейся продолжением полосы на втором приспособлении; осуществляют посадку ниппельного конца одной трубы в муфтовый конец другой трубы, закрепленной от вращения, с последующим завинчиванием ниппельного конца трубы возрастающим крутящим моментом, при контакте упорных поверхностей указанных труб осуществляют вращением ниппельного конца трубы совмещение метки на этой трубе с меткой, нанесенной на муфтовом конце закрепленной от вращения трубы, а затем осуществляют довинчивание ниппельного конца трубы; завинчивание ниппельного конца трубы сначала осуществляют вручную на 4-5 витков, затем осуществляют свинчивание указанных труб до расположения торца муфтового конца трубы на уровне поперечной метки на ниппельном конце трубы или ниже этого уровня, а довинчивание за счет упругой деформации элементов резьбы для достижения заданного натяга в резьбовом соединении, уплотнительных поясках и герметизации в упорных торцах осуществляют плавно с бесскачковым ростом крутящего момента при температуре муфтового конца трубы не выше 80°с до совмещения метки на ниппельном конце трубы с дополнительной меткой, нанесенной на муфтовом конце закрепленной от вращения трубы на расстоянии от первой метки на этой трубе в направлении свинчивания указанных труб с расположением торца муфтового конца трубы на уровне поперечной метки на ниппельном конце трубы или ниже этого уровня не более чем на 0,5 мм
Данный способ не позволяет производить контроль свинчивания извлеченных из скважины труб, уже после первого подъема трубы из скважины, так как тело трубы и метки будут «испачканы» содержимым скважины. Контроль затруднен в условиях недостаточного освещения, наличие смазки её количество распределение и «свежеть» порции не может быть определен  средствами видеоконтроля.
Наиболее близким является «Способ сборки муфтовых обсадных труб в колонну» по АС SU 1594259 от 04.03.1988, опубликовано: 23.09.1990 МПК5 E21B17/08, B23P19/06, при котором в заводских условиях муфта свинчивается с трубой, вплоть до повышения крутящего момента до минимального допустимого уровня; затем наносят продольную метку в виде полосы, пересекающей муфту и трубу; ширина полосы соответствует диапазону допустимого увеличения величины крутящего момента; при спуске обсадной колонны промысловое резьбовое соединение муфты свинчивают с трубой до тех пор, пока части маркировочной полосы, расположенные на поверхности трубы и муфты со стороны заводского ее конца не начнут смещаться относительно друг друга; нормальным считается соединение, у которого величина смещения не превышает ширину полосы метки.
Но данный способ применим только для сборки заводской резьбовой пары, поскольку после подъема из скважины для очередного многократного развинчивания и последующего свинчивания, тело трубы и метки будут «испачканы» содержимым скважины, подобные метки сложно обнаружить (фиг.3 фото 7,8,9), что не гарантирует сохранения эксплуатационных свойств соединения, таких как, отсутствие повреждений резьбы и сохранение герметичности.
Задачей предлагаемого технического решения является сохранение эксплуатационных свойств резьбового соединения, таких как, отсутствие повреждения резьбы и сохранение герметичности, после многократного свинчивания-развинчивания извлеченных из скважины  нарезных труб нефтегазового сортамента.
Задача решена за счет способа визуального контроля свинчивания муфтового соединения нефтегазопромысловых труб,  преимущественно извлеченных из скважины, путем нанесения меток, отличающийся тем, что метки наносят, резьбовой уплотнительной смазкой, смешанной с красящим пигментом, контрастным относительно цвета поверхности нанесения; контрастную метку   наносят сплошным слоем, равномерно распределяя, по резьбе ниппеля до сбега резьбы, до исчезновения под контрастной меткой цвета поверхности нанесения; визуальный контроль свинчивания обеспечивают до момента завершения свинчивания, в момент исчезновения всей контрастной метки ниппельного конца вместе со сбегом резьбы под внешним торцом муфты
Нанесение метки резьбовой уплотнительной смазкой, смешанной с красящим пигментом, контрастным относительно цвета поверхности нанесения, сплошным слоем, равномерно распределяя, по резьбе ниппеля до сбега резьбы, до исчезновения под контрастной меткой цвета поверхности нанесения,  позволяет  визуально контролировать взаимное положение конца сбега резьбы и торца муфты при  свинчивании нарезных труб нефтяного сортамента, до момента завершения свинчивания, в момент исчезновения всей контрастной метки ниппельного конца вместе со сбегом резьбы под внешним торцом муфты.
о
о
Совмещение обязательной процедуры нанесения резьбовой уплотнительной смазки, с визуализацией наличия, «свежести» порции, сплошности нанесения и распределения резьбовой смазки до конца сбега резьбы,  перед  каждым свинчиванием нефтепромысловых труб, с визуальным контролем момента завершения свинчивания, в момент исчезновения всей контрастной метки ниппельного конца вместе со сбегом резьбы под внешним торцом муфты, обеспечивает момент свинчивания в диапазоне 75%≤ М≤125%, где М – момент свинчивания оптимальный, при  многократном  свинчивании-развинчивании, без дополнительных технологических и временных затрат на скважине,  и, в конечном счете, гарантирует улучшение эксплуатационных свойств резьбового соединения, в том числе, отсутствие повреждения резьбы и сохранение герметичности.
Ссущественность заявляемых признаков, обеспечивающих двойной эффект от процедуры обязательного нанесения  резьбовой  уплотнительной смазки, с визуализацией наличия, «свежести» порции, сплошности нанесения и распределения резьбовой уплотнительной смазки до конца сбега резьбы,  перед  каждым свинчиванием нефтегазопромысловых труб, с визуальным контролем момента завершения свинчивания без превышения момента свинчивания, подтверждены результатами проведенных  испытаний, отображенных в чертежах, где на фиг.1 схема муфтового резьбового соединения, на фиг.2 –свинченное муфтовое резьбовое соединение с контрастной меткой, пигментированная ниппельная часть скрыта под внешним торцом муфты (фото 1), на фиг.3 показаны – контрастные метки – резьбовые консистентные смазки, смешанные с разными пигментами (фото 2,3,4)
На фиг. 1, 2,  изображены: ниппельный конец 1 резьбового соединения,  наружная  резьба 2 ниппельного конца, сбег 3 резьбы,  труба 4  с муфтой,  муфта 5 с внутренней резьбой, внешний торец 6 муфты, зона нанесения контрастной метки 7.
На фиг.2, на фото 1, четко визуализируется момент достижения внешним торцом 6 муфты 5, при свинчивании, конца сбега резьбы ниппельного конца, покрытого контрастной меткой - резьбовой консистентной смазкой с красящим пигментом, контрастным относительно цвета поверхности нанесения, что  и определяет последний шаг свинчивания соединения.
Способ визуального контроля свинчивания муфтового соединения нефтегазопромысловых труб осуществляют следующим образом.
Начинают с выбора красящего пигмента, контрастного относительно цвета поверхности нанесения, как компонента резьбовой уплотнительной смазки, улучшающего свойства, исходя из типа труб и эксплуатационных особенностей скважины, руководствуясь свойствами пигмента по ГОСТ 19487-74,  например:
Неорганический пигмент (Ндп. Минеральный пигмент): Окрашенное дисперсное неорганическое вещество, нерастворимое в дисперсионных средах и способное образовывать с пленкообразующим защитное, декоративное или декоративно-защитное покрытие.
Природный неорганический пигмент (Ндп.Земляной пигмент): Неорганический пигмент, полученный путём измельчения, обогащения термической обработки горных пород и минералов. (на фиг.3 - цвет белый фото 2).
Синтетический неорганический пигмент: Неорганический пигмент, полученный в результате химических реакций.
Металлический пигмент: Неорганический пигмент, представляющий собой порошок металла или сплава металлов. (на фиг.3 – цвета: золотистый фото3 и серый фото 4).
Противокоррозионный неорганический пигмент: Неорганический пигмент, способствующий уменьшению или предотвращению коррозии.
Противообрастающий неорганический пигмент: Неорганический пигмент, предотвращающий обрастание в воде окрашенной поверхности морскими организмами.
Выбранный красящий пигмент смешанный с противозадирным наполнителем, добавляют в резьбовую базовую консистентную смазку при следующем соотношении компонентов, масс %: базовая консистентная смазка  20-80, противозадирный наполнитель  0,1-60, пигмент  - остальное.
Поскольку пигменты являются твёрдыми наполнителями (компонентами), введение пигментов в резьбовую уплотнительну смазку, например  вместо графита, позволяет регулировать цвет (визуализировать), за счет контраста между цветом места нанесения смазки (тела трубы) и цветом смазки.
Введение пигментов в любой форме частиц, например, пластинчатой, игольчатой или сферической, повышает эксплуатационные свойства резьбовых смазок за счет:  укрывистости, структурирующей  способности, атмосферостойкости, с добавлением  новых свойств смазки, красящей способности, фиг.3  фото 2.3,4  на с возможностью изменить цвет и интенсивность,  при этом герметизирующие и смазывающие свойства смазки не ухудшаются.
Пигмент, добавляемый в резьбовую консистентную смазку, является  контрастным относительно цвета поверхности тела трубы и/или резьбовой поверхности ниппеля, что при нанесении на резьбу ниппельного конца до сбега резьбы,  обеспечивает визуализацию, и визуализацию момента достижения внешним торцом 6 муфты  5, при свинчивании, конца сбега резьбы ниппельного конца, покрытого контрастной меткой - резьбовой консистентной смазкой с красящим пигментом, контрастным относительно цвета поверхности нанесения, что определяет последний шаг свинчивания соединения.
Поскольку правильным положением свинченной пары является совпадение внешнего торца муфты с концом сбега резьбы ниппеля (последней видимой нитки резьбы ниппеля), а по ГОСТ 63-80 концом сбега резьбы считают точку пересечения образующей конуса сбега резьбы с образующей цилиндра, диаметр которого равен наружному диаметру трубы, контрастные метки,  в виде базовой консистентной смазки, смешанной с красящим пигментом, фиг. 3 фото 2, 3, 4, контрастным относительно цвета поверхности нанесения, с противозадирным наполнителем, наносят,  сплошным слоем, равномерно распределяя, по наружной резьбе до конца сбега резьбы ниппельной части подготовленной для наращивания трубы (фиг. 1  - зона 7 нанесения смазки), и внутренней резьбе муфты  поднятой  над  устьем  скважины очередной  трубы, до исчезновения цвета поверхности нанесения по всей резьбовой части труб.
Для свинчивания, резьбовой ниппельный конец 1 соединения со смазанной контрастной меткой зоной 7, до сбега резьбы 3 на резьбе 2,   заправляют  вертикально в муфту 5, со смазанной внутренней резьбой,    посадку  производят плавно, без ударов, чтобы не повредить резьбу. После этого начинают медленное свинчивание вручную на первые 2-3 оборота. Свинчивание производят без перекосов,  убедившись,  что  резьбы  ниппеля 2  и  муфты 5  вошли  в  зацепление.
Для предотвращения заедания при выполнении свинчивания соединений в промысловых условиях скорость  не должна превышать 25 об/мин, при этом необходимо наблюдать за положением внешнего торца муфты. (сборка по положению).
о
о
При возрастании момента, скорость свинчивания снижают до скорости не более 5 об/мин, при этом производят докрепление  соединения, до полного исчезновения контрастные метки - пигментированного сбега  3 резьбы  под внешним  торцом 6  муфты 5, что и является  основным  параметром  сборки  резьбового  соединения, и обеспечивает момент свинчивания в диапазоне 75%≤ М≤125%, где М – момент свинчивания оптимальный (значение указано в РД).
Это позволяет провести визуальный контроль свинчивания муфтового резьбового соединения,  в момент исчезновения всей контрастной метки, нанесенной на резьбу ниппеля до сбега резьбы, за внешним торцом муфты, что определяет последний шаг свинчивания соединения.
Выход момента свинчивания за обозначенные пределы  может быть при недокруте резьбовой пары, тогда контрастная метка на  сбеге 3 резьбы  не будет перекрыта торцом 6 муфты 5.
Данный технологичный, легко исполняемый в производственных условиях способ,  может быть применен при изготовлении меток из резьбовых уплотнительных смазок любого состава, и может быть использован для нефтегазопромысловых труб любого сортамента.
Пример.
Для примера возьмем смазку эталонного состава по стандарту APIPR 5 A3.
Таблица A.2 - Пропорции твердых веществ
Составляющая
Массовая доля
Общее количество твердых веществ
В смазке
Аморфный графитСвинцовая пудраЦинковая пыльЧешуйки медиИтого
28,047,519,35,2100,0
18,0 ± 1,030,5 ± 0,612,2 ± 0,63,3 ± 0,364,0
Для  получения нужной метки графит заменяют на  пигмент и/или смесь пигмента с инертным наполнителем. Например,18 % графита заменили на эквивалентное количество смеси белого пигмента (Диоксид титана) и инертного наполнителя – тальк. Пигмент с инертным наполнителем смешивают в пропорциях, обеспечивающих требуемую интенсивность окрашивания смазки.
В результате получают  контрастную метку из  резьбовой смазки (фиг.1 фото. 2,3, 4), обладающей требуемыми эксплуатационными свойствами (ИСО 13678), и с дополнительно приобретенными свойствами, позволяющими визуализировать процесс свинчивания (фиг. 2 фото 1)  и контролировать  сплошность нанесения и количество нанесенной смазки  при  многократном свинчивании-развинчивании.
Выполнение требований по сборке резьбового соединения предлагаемым способом является залогом повышения эксплуатационных свойств соединения, в том числе таких как, отсутствие повреждения резьбы и сохранение герметичности, при многократном свинчивании-развинчивании резьбовых муфтовых соединений при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение надежности герметизации муфтовых резьбовых соединений, за счет способа визуального контроля свинчивания нефтегазопромысловых труб, путем нанесения контрастной метки резьбовой уплотнительной смазкой, смешанной с красящим пигментом, контрастным относительно цвета поверхности нанесения, до исчезновения цвета поверхности нанесения по всей резьбовой части труб. Визуальный контроль обеспечивают при  свинчивании, до момента завершения свинчивания, в момент исчезновения всей контрастной метки ниппельного конца вместе со сбегом резьбы под внешним торцом муфты.