СПОСОБ ОБРАБОТКИ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНОЙ ТРУБЫ
METHOD OF OIL WELL TUBING TREATMENT

Изобретение относится к области металлургии, нефтяного машиностроения и ремонта подземного оборудования нефтяных скважин и может быть использовано для изготовления и ремонта (восстановления) насосно-компрессорных труб (НКТ).
Известен способ высадки концов насосно-компрессорных труб, включающий формирование наружной поверхности высаженной части насосно-компрессорной трубы и зоны, расположенной за упомянутой высаженной частью, посредством высадочной матрицы и формирование внутренней поверхности высаженного конца насосно-компрессорной трубы посредством высадочного пуансона (RU 2414983 C2).
Известен способ ремонта штанг насосных, включающий радиационный контроль, очистку их поверхности от отложений, включающий радиационный контроль, очистку их поверхности от отложений и загрязнений, визуальный и приборный контроль, обрезку головок штанг, высадку новых головок, термическую обработку, горячую правку, охлаждение (RU 2359104, B23P 6/00, 20.06.2009).
3
Наиболее близким аналогом является способ обработки насосно-компрессорной трубы, включающий нагрев концов труб до Ac+(150-250)°C, фиксацию трубы одновременно в двух местах, высадку каждого конца трубы на горизонтально-ковочной машине с заданной степенью деформации, нагрев под отпуск до температуры 300-360°C путем пропускания электрического тока по всему объему трубы с выдержкой 1-3 мин (RU 2500821 C1, C21D 9/08, 10.12.2013).
НКТ в процессе эксплуатации подвержены коррозионным, эрозионным факторам, механическому износу и негативному воздействию жидкостного трения. Это ведет к износу и уменьшению толщины стенки по всему сечению и длине трубы. Износ и коррозия проходят как по наружной, так и по внутренней поверхностям трубы, зачастую неравномерно. Наличие в продукции скважины коррозионно-активных веществ также обуславливает коррозионный износ труб. В скважинах, эксплуатируемых штанговыми насосами, интенсивному механическому износу подвергается внутренняя поверхность труб.
В процессе эксплуатации трубы подвергаются напряженно-деформированному нагружению. Ослабление несущей способности для труб НКТ характерно в месте резьбового соединения и обусловлено уменьшением толщины стенки трубы в процессе нарезания резьбы. Основными концентраторами напряжений являются впадины резьбы, уменьшающие толщину стенки на величину высоты профиля резьбы. Так, для самого распространенного в нефтедобывающей отрасли типоразмера НКТ диаметром 73 мм и номинальной толщиной стенки 5,5 мм, номинальная высота профиля резьбы равна 1,412 мм.
Насосно-компрессорные трубы, бывшие в эксплуатации и поступившие в ремонт, проходят контроль наличия дефектов и остаточной толщины стенки неразрушающими методами контроля. При превышении максимально допустимого износа стенки, указанного в Таблице 1, НКТ списывают как не пригодные для дальнейшей эксплуатации, так как не обеспечиваются несущие характеристики в месте резьбового соединения. Кроме того, при нарезании резьбы не обеспечивается минимальная толщина стенки под резьбой в плоскости торца трубы, установленная нормативно-технической документацией.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эксплуатационного ресурса, возможного срока эффективного использования, повышение несущей способности резьбовых соединений бывших в эксплуатации НКТ, увеличение объема ремонто-пригодных, вовлекаемых в эксплуатацию, труб и увеличение количества возможных ремонтов труб НКТ.
Для достижения технического результата способ восстановления бывшей в эксплуатации насосно-компрессорной трубы включает отрезку резьбовых концов, очистку внутренней и наружной поверхностей трубы от различных отложений и загрязнений, контроль неразрушающим методом толщины стенки трубы и наличия сквозных дефектов, нагрев концов труб, фиксацию трубы, формообразование каждого конца трубы путем высадки, с заданной степенью деформации, термическую обработку трубы, нарезание резьбы, причем используют бывшую в эксплуатации насосно-компрессорную трубу, имеющую отклонение по толщине стенки от 25 до 45%, нагрев под высадку концов трубы длиной 100-600 мм осуществляют до температуры 950-1300°C, при этом фиксацию трубы ведут с помощью отдельного зажимного устройства, а формообразование концов трубы длиной 60-350 мм проводят со степенью деформации от 20 до 70% с обеспечением на упомянутой длине участков с геометрическими размерами, соответствующими требованиям к новым насосно-компрессорным трубам согласно нормативно технической документации.
Предлагаемый способ восстановления насосно-компрессорных труб, с формированием на длину 60-350 мм от торца бывшей в эксплуатации трубы, имеющей износ и коррозионные повреждения, участков с геометрическими размерами, соответствующими требованиям к новым НКТ согласно нормативно технической документации, проводят с помощью горячего формообразования на горизонтально-ковочной машине или на гидравлическом прессе. В процессе восстановления труба проходит этапы предварительной подготовки, включающие в себя операции отрезки резьбовых концов, очистки внутренней и наружной поверхностей от парафина, солей, асфальтенов и других отложений, контроля неразрушающими методами остаточной толщины стенки трубы и наличия сквозных дефектов. Труба, попадающая по степени износа толщины стенки в интервал от 20 до 45% от номинальной толщины, может быть подвергнута восстановлению по предлагаемой технологии. Конец трубы на длину от 100 до 600 мм нагревают до температуры 950-1300°C, нагретый конец перемещают в рабочую зону формообразующей машины, при этом трубу фиксируют в отдельном зажимном устройстве, находящемся вне габаритов машины. Усилие и площадь зажима исключают осевое перемещение трубы от усилия деформации при горячем формообразовании конца трубы, обеспечивая при этом сохранность исходных параметров восстанавливаемой трубы в месте зажима. Нагретый конец подвергают комбинированной высадке со степенью деформации от 20 до 70%. Разнотолщинность стенок восстанавливаемых труб (износ от 20 до 45% от номинальной толщины стенки) приводит к ненормируемым фактическим усилиям зажима от штамповой оснастки формообразующей машины. Конструкция штамповой оснастки машины (на чертеже не показана) выполнена таким образом, что матрицы являются формообразующим элементом, не выполняя функции удержания заготовки от осевого перемещения при воздействии деформирующей нагрузки от пуансона. Излишки металла (торцевой и боковой облой), необходимые для заполнения формы штамповой оснастки, удаляются. При необходимости достижения мелкозернистой структуры проводят термическую обработку. В дальнейшем на восстановленных по предлагаемому способу концевых участках трубы нарезают резьбу согласно требований нормативно-технической документации.
Примеры реализации способа.
Пример 1.
Обработке подвергают насосно-компрессорную трубу (ГОСТ 633-80) группы прочности «Д», номинальным диаметром 73 мм, номинальным внутренним диаметром 62 мм, номинальной толщиной стенки 5,5 мм, бывшую в эксплуатации, имеющую износ и коррозионные повреждения как наружной, так и внутренней поверхностей, фактической минимальной толщиной стенки по длине и сечению трубы достигающей от 3,6 до 5,3 мм, фактическим наружным диаметром, достигающим 72,1 мм, фактическим внутренним диаметром от 63 до 65,9 мм, длиной 9,1 м из стали марки 45Г2, исходной структурой, имеющей размер зерна 7-8 баллов. Предварительно концы труб на длину 350 мм нагревают в щелевой газовой печи до температуры ковки 1140°C, после этого проводят подачу трубы в рабочую зону горизонтально-ковочной машины и фиксацию в отдельном зажимном устройстве. Производят высадку за один проход пуансона со степенью деформации от 46 до 55%, где формируют высаженный конец длиной 85 мм с фактическим наружным диаметром 73 мм, фактическим внутренним диаметром в плоскости торца трубы и на длину не менее 80 мм, равным 62 мм, с допускаемыми отклонениями согласно ГОСТ 633-80, ГОСТ Р 52203-2004, РД 39-136-95, ГОСТ Р 53366-2009. Трубу после формообразования высадкой охлаждают на спокойном воздухе до температуры цеха (20°C). После остывания проводится опиловка выплесков металла, на восстановленных концевых участках нарезается резьба согласно требований ГОСТ 633-80, ГОСТ Р 52203-2004, РД 39-136-95, ГОСТ Р 53366-2009.
Пример 2.
Обработке подвергают насосно-компрессорную трубу (ГОСТ 633-80) группы прочности «К» номинальным диаметром 73 мм, номинальным внутренним диаметром 62 мм, номинальной толщиной стенки 5,5 мм, бывшую в эксплуатации, имеющую механический износ внутренней поверхности (к примеру, от трения абразивных частиц в потоке добываемой жидкости), фактической минимальной толщиной стенки по длине и сечению трубы от 4,5 до 3,5 мм, фактическим наружным диаметром, достигающим 73 мм, фактическим внутренним диаметром от 63 до 64 мм, длиной 9,4 м из стали марки 36Г2С, исходной структурой имеющей размер зерна 7-8 баллов. Предварительно концы труб длиной 250 мм нагревают в индукторе до температуры ковки 1120°C, после этого проводят подачу трубы в рабочую зону горизонтального гидравлического пресса двойного действия и фиксацию в зажимном устройстве. Производят высадку за один проход пуансона со степенью деформации от 36 до 43%, где формируют высаженный конец длиной 100 мм с фактическим наружным диаметром 73 мм, фактическим внутренним диаметром в плоскости торца трубы и на длину не менее 90 мм, равным 62 мм, с допускаемыми отклонениями согласно ГОСТ 633-80, ГОСТ Р 52203-2004, РД 39-136-95, ГОСТ Р 53366-2009. Трубу после формообразования высадкой охлаждают на спокойном воздухе до температуры цеха (20°C). Проводят локальную термическую обработку (отпуск) концевых восстановленных участков трубы на длину не менее 300 мм путем нагревания в индукторе до температуры 620°C. Трубу после отпуска охлаждают на спокойном воздухе до температуры цеха (20°C) с получением мелкозернистой феррито-перлитной структуры с зерном не крупнее 6 балла. После остывания проводится опиловка выплесков металла, на восстановленных концевых участках нарезается резьба согласно требований ГОСТ 633-80, ГОСТ Р 52203-2004, РД 39-136-95, ГОСТ Р 53366-2009.