Тяжелая бурильная труба

Полезная модель относится к производству буровой техники, а именно, к изготовлению тяжелых бурильных труб, которые могут использоваться в составе компоновки низа колонны бурильных труб при бурении скважин. Данные бурильные трубы используются в основном при строительстве искривленных и горизонтальных скважин.
Тяжелые бурильные трубы (ТБТ) предназначены для установки в колонне между стандартными бурильными трубами (БТ) верхней и средней частей компоновки и утяжеленными бурильными трубами (УБТ), образующими низ колонны бурильных труб и, соединяемыми с буровым инструментом, например, с долотом.  Пояснения по термину «тяжелая бурильная труба (Heavy Weight Drill Pipe (HWDP)» даны в стандарте Американского нефтяного института ANSI/API Specification 7-1 first edition, September 2006, addendum 1,2,3 : «Specification for Rotary Drill Stem Elements», DS-1, том 4 "Специальное оборудование для бурения": «Тяжелая бурильная труба (HWDP) - группа труб, по весу располагающихся между стандартными бурильными трубами и утяжеленными бурильными трубами.   Они характеризуются отсутствием внутренней высадки и наличием внешней высадки в средней части трубы».  По  ГОСТ 33006.2-2014: «ТБТ -  труба с утолщенными стенками, используемая в переходной зоне для снижения износа и уменьшения осевой нагрузки на буровое долото в наклонных скважинах».   Данные трубы должны обладать повышенными прочностными характеристиками, т.к., при бурении искривленных скважин на бурильную трубу воздействуют повышенные растягивающие нагрузки, изгибающий и крутящий моменты.  ТБТ в отличие от обычных бурильных труб производятся в гораздо меньших количествах, и их производство  можно охарактеризовать как мелкосерийное.
Известен способ изготовления высокопрочных бурильных труб по а.с. СССР №186587, 1966. Трубу в зоне сварки с соединительными замками подвергают местной закалке с последующим отпуском. Трубы и замки поступают на сварку после упрочняющей термической обработки. Сварка производится непрерывным оплавлением на стыкосварочной машине. Непосредственно после сварки сварной шов и зону сварки подвергают закалке. После закалки зону сварки подвергают местному отпуску током высокой частоты. Недостатком является сложность процесса термообработки сварного шва, которую проводят в несколько стадий до сварки и после соединения трубы с замками сваркой.
Известна поточная линия термической обработки зоны сварного соединения бурильных труб по патенту РФ на изобретение №2291904, С21D 9/08, 2007.   Поточная линия включает последовательно расположенные машины приварки трением замковых соединений с одного и другого концов труб, пост набора пакета и выравнивания положения зон сварных соединений перед термообработкой, камеру индукционного нагрева под нормализацию, камеру охлаждения, камеру индукционного нагрева под отпуск зон сварных соединений. Недостатком является сложность технологии изготовления ТБТ в мелкосерийном производстве, связанная с использованием отдельных камер индукционного нагрева под нормализацию, под отпуск зон сварных соединений, отдельной камеры для охлаждения при производстве бурильных труб с приваренными соединительными замками.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбрана бурильная труба с соединительными замками по патенту РФ на полезную модель №68090, F16L 15/08, 2007. Бурильная труба с конической резьбой имеет двухслойное покрытие. первый слой покрытия имеется на всей поверхности замка за исключением торцевой поверхности, предназначенной для сварки, и прилегающей к ней части цилиндрической поверхности протяженностью 15-25 мм. Недостатком является сложность технологии термической обработки зоны сварного шва на расстоянии 15-25 мм при изготовлении тяжелых бурильных труб, толщина которых в зоне сварного шва, как правило, превышает толщину обычных бурильных труб.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение технологичности термической обработки зоны сварного соединения тяжелой бурильной трубы.
Технический результат обеспечивается тем, что в тяжелой бурильной трубе, содержащей тело трубы, высаженные наружу концы с приваренными к ним соединительными замками,  согласно полезной модели, длина высадки под элеватор составляет не менее 70 мм, при этом расстояние до сварного шва от радиусного перехода к наружному диаметру соединительного замка не менее 30 мм.
Технический результат достигается за счет увеличения зоны, примыкающей к сварному шву, вдоль которой при термической обработке шва располагают необходимое нагревательное оборудование. Тяжелая бурильная труба, обладающая повышенными прочностными характеристиками, имеет обычно толщину, превышающую толщину стандартных бурильных труб (БТ). Для термообработки зоны сварного шва, в частности, для проведения отпуска, предпочтительно применять индуктор с увеличенным числом витков для надежного прогрева толщины трубы. Расстояние 70 мм является минимальным расстоянием, необходимым для расположения индуктора над зоной сварного шва и околошовной зоны при проведении их термообработки.  Длина высадки под элеватор не менее 70 мм позволяет провести отпуск зоны сварки без термического влияния на переходные участки. Одним переходным участком является место радиусного перехода от диаметра высадки под элеватор к наружному диаметру замка, вторым переходным участком является место конического перехода от диаметра высадки под элеватор к наружному диаметру тела трубы. Переходные участки, прилегающие к высадке под элеватор в виде радиусных и конусных переходов толщины, являются концентраторами напряжений и не подлежат термообработке, влияющей на их прочностные свойства. В то же время, указанный размер высадки под элеватор не менее 70 мм и расстояние до сварного шва не менее 30 мм позволяют провести пооперационный нагрев зоны сварки сначала при закалке, а следом при отпуске без замены индуктора. Расстояние 30 мм от перехода к наружному диаметру соединительного замка до сварного шва позволяет выдвигать из индуктора участок трубы с зоной сварного шва для охлаждения без полного выдвижения трубы. Незначительное выдвижение трубы из индуктора только в близлежащую зону охлаждения позволяет исключить трудоемкие операции передвижения тяжелой длинномерной трубы. Возможность проведения всех операций термообработки с использованием одного индуктора значительно снижает трудоемкость процесса и время его обслуживания, повышает технологичность индукционного нагрева.
На фигуре представлена тяжелая бурильная труба.
1
2
Тяжелая бурильная труба состоит из тела трубы 1 с высаженными наружу концами 2, соединительного замка 3 в виде муфты, соединительного замка 4 в виде ниппеля, участков высадок под элеватор 5.  Замки 3, 4 соединены с концами трубы 2 сварными швами 6. Труба имеет радиусный переход 7 от диаметра высадки под элеватор 5 к наружному диаметру замка 3 или 4. Труба имеет конический или радиусный переход 8 от диаметра высадки под элеватор 5 к наружному диаметру тела трубы 1. Высадка под элеватор 5 имеет длину L равную 70 мм. Расстояние L от сварного шва 6 до начала высадки под элеватор 5, т.е., от конусного или радиусного перехода 8 высадки под элеватор 5 к телу трубы 1 составляет 40 мм. Расстояние L от сварного шва 6 до радиусного перехода 7 к наружному диаметру соединительного замка 3 или 4 составляет 30 мм.
1,
2.
2,
Соединительные замки 3 и 4 присоединяют к телу трубы 1 сваркой трением на машине типа ПСТ-150. Далее для повышения пластичности и снятия внутренних напряжений, появляющихся в металле после сварки, проводят термообработку зоны сварного шва 6. Термообработка включает операции индукционного нагрева с последующим охлаждением. Трубу вводят в индуктор, содержащий более одного нагревательного витка. Увеличенная длина участка высадки под элеватор 5 позволяет использовать индуктор с увеличенной шириной. Индуктор размещают вокруг сварного шва 6 на участке высадки под элеватор 5. Внутренний диаметр индуктора подобран таким образом, чтобы обеспечить использование одного индуктора для нескольких типоразмеров тяжелых бурильных труб. Минимальный зазор при этом между внутренней поверхностью индуктора и наружной поверхностью диаметра замка 3 или 4 должен быть не менее 3 мм. Проводят закалку металла трубы в зоне сварного шва 6. При закалке после нагрева проводят ускоренное охлаждение. Трубу выдвигают из индуктора, смещая ее конец в сторону центральной части тела 1 трубы, и помещая зону сварного шва 6 под охлаждающее устройство. При этом, за счет удлиненной высадки под элеватор 5 трубу не достают из кольцевого индуктора, расположенного вокруг трубы.  Далее вновь вдвигают трубу в индуктор, помещая в него сварной шов 6 и проводят дополнительную термообработку в межкристаллитном интервале температур с охлаждением как при закалке. Далее для достижения в сварном шве 6 тяжелой бурильной трубы оптимального сочетания прочности, пластичности и ударной вязкости металла проводят отпуск на увеличенной зоне прогрева. Увеличенная зона прогрева включает симметричные участки с обеих сторон от сварного шва 6 общей длиной 60 мм. Увеличение зоны прогрева обеспечивается применением двух виткового индуктора и увеличенными расстояниями L, LLДанные расстояния позволяют отпустить закаленный участок и получить необходимые механические свойства в сварном шве 6 тяжелой бурильной трубы. При этом отсутствует термическое влияние на прилегающие к высадке под элеватор 5 переходные участки 7 и 8 в виде радиусов и конусов.  При отпуске используют тот же индуктор, в котором проводили закалку и дополнительную термообработку. Таким образом, благодаря заявляемым значениям расстояний L, L пооперационный нагрев при термообработке проводят без смены индуктора, без передвижения трубы, с частичным выдвижением трубы из индуктора для охлаждения. Кроме того, увеличенная длина высадки 5 обеспечивает удобство позиционирования индуктора относительно сварного шва 6.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет повысить технологичность термической обработки зоны сварного соединения тяжелой бурильной трубы.