» » Трубы обсадные

Трубы обсадные

03.08.2016

В России и странах СНГ обсадные трубы, предназначенные для крепления нефтяных и газовых скважин, выпускаются по ГОСТ 632-80, по специальным ТУ и по стандартам API.
ГОСТ 632-80 предусматривает изготовление труб наружных диаметров труб от 114 до 508 мм двух исполнений (А и Б), отличающихся точностью и качеством выпускаемых труб. Действующим ГОСТом предусмотрен выпуск обсадных труб из сталей групп прочности Д, К, Е, Л, М, Р, T с треугольной резьбой (короткой и удлиненной) (диаметрами от 114 мм до 340 мм) с толщиной стенки от 5,2 до 16,7 мм.
Обсадные трубы с трапецеидальной резьбой (OTTM) и с высокогерметичными соединениями ОТТГ (отличаются наличием уплотнительного пояска у торца трубы) и муфты к ним.
Обсадные трубы безмуфтовые, раструбные ТБО.
Кроме того, выпускаются обсадные трубы по ТУ.
1. Обсадные гладкие безмуфтовые трубы ОГ1М, соединения которых выполнены в габаритных размерах основного тела трубы. Выпускаются диаметрами от 114 до 273 мм.
2. Обсадные трубы толстостенные диаметрами 219,1; 244,5; 298,5 мм с толщиной стенки от 13 до 20 мм групп прочности Д, К, Е, Л.
3. Обсадные трубы больших диаметров свыше 508 мм для направляющих колонн. Выпускаются по ГОСТ 8732 «Трубы стальные бесшовные горячедеформированные».
4. Трубы обсадные гладкие без резьбы и без муфт, соединяемые в колонну контактной сваркой.
Основные параметры и размеры соединения труб:
• с треугольной резьбой и муфт к ним по ГОСТ: шаг - 3,175 мм; конусность - 1:16; высота профиля - 1,81 мм; угол профиля - 60".
• Трапецеидальные резьбы OTTM имеют шаг (5,08 мм); высоту профиля - 1,6 мм; угол наклона сторон профиля - 3" и 10"; конусность - 1:16 и длину резьбы 74-98 мм. С трапецеидальной резьбой выпускаются трубы типов ОТТМ, а также высокогерметичные трубы типа ОТТГ, ТБО, OTTM - от 114 до 340 мм, ОТТГ - от 114 до 273 мм, ТБО - от 127 до 194 мм.
Обсадные трубы зарубежного производства
Трубы выпускаются в основном в соответствии со стандартами API. Ведущие фирмы, расширяя ассортимент более прочных и коррозионно-стойких материалов и конструкции соединений, придерживаются технических требований API по геометрическим размерам, видам контроля и методике испытаний.
Стандартом API 5 CT на обсадные и насосно-компрессорные трубы предусмотрено изготовление обсадных труб с муфтовыми соединениями с короткой и длинной резьбой треугольного профиля с муфтовыми соединениями и трапецеидальной резьбой Батресс и с муфтовыми высокогерметичными соединениями Экстрем-Лайн. Сборки обсадных труб с резьбой Батресс по стандарту API контролирует но специальному треугольному клейму, имеющемуся на концах труб.
В стандарт 5СТ входят трубы с наружным диаметром от 114,3 до 508 мм из сталей четырех групп:
группа 1 - углеродистые стали Н-40, J-55, К-55, N-80 с минимальным пределом текучести от 276 до 552 МПа;
группа 2 - коррозионно-стойкие стали С 90, С 95, L 80, T 95 с минимальным пределом текучести от 552 до 655 МПа;
группа 3 - высокопрочная сталь P-110 с минимальным пределом текучести 758 МПа;
группа 4 - высокопрочные стали для глубокого и сверхглубокого бурения 0-125 с минимальным пределом текучести -862 МПа.
Сопоставление основных характеристик обсадных труб по ГОСТ и стандартам API
По размерам
• Сортамент труб в ГОСТ 632 и API 5СТ включает размеры по наружному диаметру от 114,3 мм до 508,0 мм, но ГОС1 предусматривает несколько промежуточных размеров (146,1 мм; 323,9 мм; 351,0 мм; 377,0 мм и 426,0 мм).
• Обсадные трубы по API Spec 5СТ изготавливаются из трех групп длин: 4,88 - 7,62 м, -7,62 -10,36 м, -10,36 - 14,6 м. Обсадные трубы по ГОСТ 632 изготавливаются длиной 9,5 - 13,0 м.
Трубы обсадные

Предельные отклонения по наружному диаметру (+1,0 мм - 0,5 мм), по толщине стенки (-12,5%) и по массе (+6,5% -3,5%) для отдельной трубы идентичны.
По химическому составу
1. По ГОСТ массовая доля серы и фосфора не должна быть более 0,045% каждого для всех групп прочности.
2. По стандарту API в зависимости от групп прочности для серы oт 0,030 до 0,020% и для фосфора от 0,030 до 0,010%. Для сталей групп прочности L-80, С90, Т-95 регламентируется содержание углерода, марганца, хрома, никеля, меди и кремния.
По механическим свойствам (табл. 3.4).
Резьбовые соединения обсадных труб (рис. 3.27)
Трубы обсадные

1. Основные параметры и размеры соединения труб с треугольной резьбой и муфт к ним по ГОСТ и стандарту API идентичны: шаг - 3,175 мм; конусность - 1:16; высота профиля -1,81 мм; угол профиля - 60".
2. Трапецеидальные резьбы OTTM и Батресс имеют одинаковые шаг (5,08 мм) и угол наклона (13 град.), но отличаются по высоте профиля (1,6 мм и 1,57 мм соответственно) и длиной резьбы (74-98 мм и 92-117 мм соответственно).
Трубы обсадные

Крутящие моменты для соединения труб с трапецеидальной резьбой меньше, чем для треугольной резьбы на 8% (для одного и того же размера трубы и натяга резьбы). Ряд фирм рекомендуют увеличивать момент с увеличением прочности труб.
Высокопрочные газогерметичные резьбы применяются:
1. При высоком дифференциальном давлении газа или жидкости > 20 МПа.
2. В условиях значительных комбинированных нагрузок на колонны.
3. При больших углах искривления ствола.
4. При вращении во время спуска и цементирования обсадных колонн.
5. При небольших межтрубных расстояниях.
6. Для уменьшение напряжений, возникающих в соединении (важно для сероводородостойких материалов).
7. Для геотермальных скважин и при значительных термоциклических нагрузках.
8. При бурении обсадной колонной.
Для повышения герметичности резьбовых соединений применяют:
• герметизирующие смазки и составы, выполняющие антифрикционные, антизадирные и герметизирующие функции;
• уплотнения типа «металл-металл» с упорным заплечиком и уплотнительные элементы в соединениях (прокладки, кольца, металлизация резь, лент ФУM (фторопластовое уплотнительный материал) и т.п.
Консистентные уплотнительные смазки, применяемые для герметизации резьбовых соединений обсадных труб, в большинстве случаев на силиконовой или жировой основе. Введение наполнителей повышает стойкость уплотнительных смазок к агрессивным средам, улучшает коллоидную стабильность смазок, а также их высокотемпературные свойства. Способность смазок разделять сопряженные поверхности, не выдавливаться из зоны контакта под действием нормальных нагрузок и давления прокачиваемой среды зависит от реологических свойств тонких смазочных слоев, деформирующихся в зоне силового контакта, и от физико-химических процессов, протекающих на контактных поверхностях.
Концентрация наполнителей в смазках для резьбовых соединений, как правило, велика и достигает 50-80%. Большинство резьбовых смазок содержит в качестве наполнителей легко деформируемые порошковые металлы, имеющие низкую температуру плавления.
Металлизация резьб в качестве способа уплотнения резьбовых конусных соединений нанесением на контактную поверхность мягкого металла. Сущность способа заключается в том, что впадины последних контактных витков внутренней резьбы заполняются слоем мягкого металла. Под действием высоких контактных нагрузок происходит сжатие и деформация металлических порошков, которые при этом приобретают уплощенную, лентообразную форму.
Уплотнение металлических порошков приводит к заполнению всех мельчайших неровностей, углублений, выбоин и других поверхностных дефектов соединения. Резьбовое соединение должно быть свинчено с достаточным усилием, чтобы частицы деформировались и удлинились с появлением свежеобразованной поверхности. При этом происходит сцепление частиц порошка в виде сплошной массы.
Фторопластовая лента ФУМ обладает высокой химической стойкостью к воздействию газов, различных углеводородов, кислот и щелочей. Она безопасна, эластична, не твердеет, не стареет и не меняет своих физико-химических свойств при выдерживании в среде с диапазоном температур от -60 °C до +200 °С. Лента обладает хорошими смазывающими свойствами при низком коэффициенте трения. Фторопластовая лента ФУМ выпускается отечественной промышленностью двух марок. Лента марки 1 содержит смазку и применяется для герметизации соединений в средах природного газа, кислот, щелочей и т.д., выпускается шириной 10-20 мм и толщиной 80-120 микрон. Лента марки 2 не содержит смазку и применяется для герметизации соединений, работающих в кислороде и других сильнодействующих окислителях. Выпускается шириной 5-20 мм и толщиной 45 100 микрон.
Применение ленты ФУМ имеет ограниченный характер и не рекомендуется для резьб трапецеидального профиля. Кроме того, при наличии элементов уплотнения «металл-металл» не обеспечивается их антизадирная защита.
Соединения с уплотнением «металл-металл» отличаются высокой герметичностью и в качестве основного элемента имеют узел герметизации металл по металлу (рис. 3.28). Принцип его действия заключается в том, что уплотнительные упорные поверхности муфты и ниппеля свинчиваются одна с другой с некоторым натягом. При этом уплотнительные поверхности, которые могут иметь конические или сферические поверхности и изготавливаются с малыми допусками и низкой шероховатостью, обеспечивают определенное контактное напряжение и скольжение поверхностей одна но другой при многократном свинчивании без повреждения.
Трубы обсадные

Основными требованиями к резьбовым соединениям с элементами уплотнения типа «металл-металл» являются:
- обеспечение герметичности резьбовых соединений;
- наличие элементов уплотнения не должно снижать прочностных характеристик соединения и несущей способности самой резьбы;
- сохранение перекрытия уплотнительных металлических поверхностей при максимальных растягивающих и изгибающих нагрузках;
- обработка поверхностей уплотнительных элементов «металл-металл» должна обеспечивать скольжение этих поверхностей одна по другой с определенным контактным напряжением без каких-либо повреждений;
- при наличии в конструкции упорного заплечика последний должен воспринимать высокое предварительное напряжение и не отрываться при воздействии растягивающей нагрузки вплоть до достижения предела текучести металла трубы с учетом обычного коэффициента запаса прочности, составляющего 1,6.
Основные особенности конструкции безмуфтового трапецеидального резьбового соединения «ТМК 2» (СТТм), предназначенного для хвостовиков обсадных колонн (рис. 3.28):
• равнопроходный наружный и внутренний диаметры;
• конусность резьбы и радиального уплотнения 1:12;
• уплотнение типа «метал-метал», включающее внутренние радиальные уплотнительные (конус-конус) и наружные упорные (15°) поверхности;
• дополнительный барьер герметизации обеспечивается установкой фторопластового уплотнительного кольца.
Высокогерметичное муфтовое резьбовое соединение обсадных труб TMK-GF предназначено для строительства и эксплуатации горизонтальных и наклонно направленных газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин. Резьба TMK-GF трапецеидального профиля имеет отрицательный угол наклона опорной грани. Такой наклон опорной грани гарантирует отсутствие «раскрытия» резьбы при значительных изгибающих нагрузках и работу резьбового соединения «в замок» при нагрузке с предельным осевым (изгибающем) усилием.
Резьбы с уплотнением типа «металл-металл» могутобеспечить герметичность при надлежащем контроле процесса свинчивания соединений. На рис. 3.29 приведена схема свинчивания резьбовых соединений обсадных труб с узлами герметизации. Контроль достижения механического натяга осуществляется по расстоянию от торца муфты до треугольного знака на трубе.
Трубы обсадные