СПОСОБ ОБРАБОТКИ РЕЗЬБОВОГО СОЕДИНЕНИЯ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
PROCESSING METHOD OF TITANIUM ALLOYS DRILL PIPES THREADED JOINT

Изобретение относится к технологии обработки конструкционных материалов, в частности к поверхностному упрочнению резьбовой части бурового инструмента, изготовленного из титанового сплава в составе погружного бурового комплекса.
Изобретение направлено на снижение фрикционных и адгезионных свойств резьбовых соединений бурового инструмента и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, где требуется понизить фрикционные и адгезионные свойства пар трения изделий, изготовленных из титана.
Для понижения фрикционных и адгезионных свойств титановых сплавов применяют термическое оксидирование (Б.Б. Чечулин, С.С. Ушков и др. Титановые сплавы в машиностроении. - Л.: Машиностроение, 1977 г.), обеспечивающее образование поверхностного слоя, обладающего высокой твердостью и износостойкостью.
Недостатком термического оксидирования является малая глубина упрочненного слоя. Кроме того, термическое оксидирование предполагает длительную выдержку при высокой температуре, что снижает механические свойства сплавов.
Известен способ лазерной обработки изделий из титановых сплавов (авторское свидетельство №1490978, МПК C21D 1/09, B23K 26/00, «СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ», Заявка: 4261166/02 от 11.06.1987), включающий облучение лазером детали, помещенной под слоем охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения поверхностной твердости, обработку в режиме оплавления поверхности осуществляют в пересыщенном водном растворе борной кислоты при высоте слоя жидкости над обрабатываемой поверхностью 2-13 мм.
Недостатками данного способа являются:
- применение охлаждающей жидкости - водного раствора борной кислоты и, как следствие, применение специальных емкостей для обеспечения процесса обработки;
- зависимость геометрических размеров обрабатываемых изделий от геометрических размеров емкости.
Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому объекту является техническое решение по авторскому свидетельству №1490978. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Задачей предлагаемого технического решения является реализация способа обработки резьбового соединения бурильных труб из титановых сплавов, а именно:
1) уменьшение момента отвинчивания;
2) стабильность работы бурильных труб;
3) проверка разработанности резьбового соединения перед эксплуатацией в автоматическом режиме.
Технический результат данного изобретения заключается в том, что после лазерного поверхностного упрочнения резьбовой части бурильных труб, изготовленных из титана, и последующей циклической приработки резьбового соединения, заключающейся в операции свинчивания-развинчивания резьбового соединения, существенно понижаются фрикционные и адгезионные свойства (схватывание) в местах соприкосновения резьбовых соединений бурильных труб, а момент развинчивания примерно равен моменту свинчивания.
Технический результат достигается тем, что лазерной обработке подвергается конец бурильной трубы с наружной резьбой с последующей циклической приработкой резьбового соединения, заключающейся в операции свинчивания-развинчивания резьбового соединения, при этом момент затяжки составляет 90-110% от максимальной эксплуатационной нагрузки, причем количество циклов составляет 5-10.
Бурильные трубы в стандартном исполнении изготавливают из конструкционных сталей и в условиях обычного применения резьбовые части смазывают специальной смазкой, и проблемы с развинчиванием как таковой не существует. При применении титановых сплавов в качестве материала для изготовления бурильных труб возникли трудности со «схватыванием» резьбовых частей. Для устранения эффекта «схватывания» соприкасающиеся резьбовые поверхности конца бурильной трубы с наружной резьбой подвергаются лазерной обработке. Для достижения технического результата достаточно подвергать лазерной обработке только один конец бурильной трубы с наружной резьбой.
После обработки бурильные трубы собираются по резьбе, и проводится операция свинчивания. Операция свинчивания контролируется датчиком крутящего момента М40-200 и составляет 90-110% от максимальной эксплуатационной нагрузки, равной 200 Нм. Затем проводится операция развинчивания.
Если момент затяжки меньше 90% от максимальной эксплуатационной нагрузки, то увеличивается количество циклов, если момент затяжки больше 110% от максимальной эксплуатационной нагрузки, то возникает возможность «схватывания» резьбового соединения.
Для приработки соприкасающихся поверхностей резьбы бурильные трубы свинчивают и развинчивают, количество циклов составляет 5-10 раз. Суть приработки в устранении микронеровностей соприкасающихся поверхностей резьбы.
Экспериментально установлено, что уменьшение и стабилизация момента отвинчивания наступает после 10-15 циклов.
Изобретение промышленно применимо в любой области машиностроения. Примером применения предлагаемого способа является использование бурильных труб с лазерным упрочнением в составе погружного бурового комплекса.
Погружной буровой комплекс, изготовленный из титана, представляет собой сложный комплекс узлов и механизмов и управляется дистанционно с лодки-носителя. На базе в лодку-носитель загружается буровой комплекс, скомплектованный бурильными трубами, с нанесенным лазерным упрочнением, хранящимися в развинченном состоянии в специальных контейнерах хранения и транспортировки. Лодка-носитель выходит из места базирования и идет до места бурения. При этом бурильные трубы находятся в морской воде. На месте бурения буровой комплекс выгружается и устанавливается на морской грунт. Из контейнера хранения и транспортировки достается бурильная труба и свинчивается с вращателем бурового комплекса, с моментом затяжки 200 Нм. Начинается процесс бурения. После того как бурильная труба заглубилась на всю свою длину процесс бурения останавливается и труба отвинчивается от вращателя. Достается следующая бурильная труба, свинчивается с первой бурильной трубой вращателем с моментом затяжки 200 Нм и процесс бурения возобновляется. Операция бурения продолжается до взятия керна. Далее бурильные трубы развинчиваются в обратном порядке и убираются в контейнер хранения и транспортировки бурильных труб. Буровой комплекс снимается с точки бурения, загружается в лодку-носитель. Лодка-носитель идет на базу. Все операции, связанные с бурением, выполнятся в автоматическом режиме.
Заявленный способ лазерного упрочнения позволяет обеспечить бурение скважин на морском дне в автоматическом режиме, без участия человека, так как эффект «схватывания» устранен и развинчивание бурильных труб не представляет проблему.