Способ изготовления труб для добычи нефти и газа Советский патент 1987 года по МПК C21D9/08 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изготовлению труб для добычи нефти и газа, подверженных в процессе эксплуатации в глубоких скважинах воздействию вы соких давлений, температуры и коррозионному воздействию сероводорода, углекислого газа и насыщенных растворов соли и углеводородов.

Целью изобретения является повьше ние стойкости к сероводородному растрескиванию.

Способ осуществляют следующим образом.

Из стали содержащей, %: 0,20- 0,35 С; 0,35-0,9 Мп; 0,8-1,5 Сг; 0,15-0,75 Мо, не более 0,25 Ni, не более 0,35 Си, не более 0,35 Si, не более 0,04 S, не более 0,04 Р, остальное железо, подвергнутой двойному электрошлаковому переплаву получают непрерывно-литую заготовку. Благодаря точному контролю скорости охлаждения в процессе кристаллизации такой заготовки подавляется процесс расслоения металла.

Дпя получения более мелкозернистой структуры стали в готовой трубе важно обеспечить получение такой структуры на всех стадиях процесса изготовления труб. Горячая формовка заготовки с отверстием экструзией в гильзу, сечение которой должно превышать 10-40% сечение готовой трубы позволяет измельчить исходную литую структуру стали. Кроме того, формообразование гильзы экструзией позволяет удалить имеюпщеся на поверхности литой заготовки дефекты шлифованием, поскольку они после экструзии располагаются аксиально вдоль гильзы Для перекристаллизации стали и получения более мелкого зерна. Полученну

экструзией гильзу подвергают нагреву . сечением 317,14 мм, из которых после

до межкритического интервала А -А вьщержке в зависимости от толщины стенки гильзы и охлаждению.

Получение трубы заданного размера гильзы на оправке.

Холодная деформация гильзы с уменьшением ее размера менее- 10% не приводит к заметному измельчению зерна после последующей термической обработки, а деформация с изменением размеров гильзы более 40% неосуществима без промежуточной термообработки.

Холодная прокдтка на оправке производится после удаления поверхност50

55

прошивки и экструдирования получали гильзы диаметром 193,68 мм и толщиной стенки 12,75 и 30,5 мм. Полученные гильзы подвергали закалке путем аус- тенитизации в течение 45 мин при913°С и охлаждении водой снаружи и изнутри до 93 С для получения мартенситной структуры. После чего гильзы подвер- гали отпуску при 677-704 С с вьщерж- кой в течение 1 ч и последующим охлаждением брызгами воды. Такой процесс изготовления труб горячим формованием путем экструзии и окончательной термической обработкой путем заных дефектов шлифованием. При холодной прокатке на оправке повьщ1ается чистота внутренней и наружной поверхностей трубы в результате снижения глубины шлифовочных рисок и тем самым повышается ударная вязкость стали. Кроме того, такое волочение позволяет уменьшить разнотолщинность стенок трубы и повысить точность ее геометрических размеров. После холодной прокатки трубу нагревают до межкритического интервала АС - А вьздержи- вают и охлаждают с целью рекристалли- зации и измельчения структуры холод- нодеформированной стали. Термическая обработка из межкритического интервала подавляет рост зерна. Время выдержки устанавливают из условия необ- ходимости завершения полной рекристаллизации стали для труб с толщиной стенки от 12,75 до 25,4 мм это время составляет соответственно 0,25 и 1 ч. После этого трубу подвергают окон- чательной термической обработке, заключающейся в закалке с 899 до 927°С после выдержки в течение 1 ч с охлаждением водой. В случае если толщина стенки трубы превьш1ает 12,75 мм ох- лаждение трубы водой производят как снаружи, так и изнутри. Трубы с толщиной стенки менее 12,75 мм охлаждают снаружи. Охлаждение водой производят до 37-93 С. Закаленные на мартенсит- ную структуру трубы подвергают отпуску при 593-732°С для получения требуемого предела текучести и твердости. Способ бьш проверен при изготовлении обсадных труб из сталей двух плавок, химический состав которых приведен в табл. 1.

Стали, полученные двойным электро- пшаковым переплавом, разлили на непрерывно-литые квадратные заготовки

0

5

прошивки и экструдирования получали гильзы диаметром 193,68 мм и толщиной стенки 12,75 и 30,5 мм. Полученные гильзы подвергали закалке путем аус- тенитизации в течение 45 мин при913°С и охлаждении водой снаружи и изнутри до 93 С для получения мартенситной структуры. После чего гильзы подвер- гали отпуску при 677-704 С с вьщерж- кой в течение 1 ч и последующим охлаждением брызгами воды. Такой процесс изготовления труб горячим формованием путем экструзии и окончательной термической обработкой путем за31

калки и высокого отпуска обеспечивает получение требуемых характеристик прочности. Результаты испытаний труб приведены в табл. 2,

Одновременно часть непрерывно-литых заготовок из сталей обеих плавок экструдировали до получения гильз с толщиной стенки 18,08 мм, которые затем обрабатывали предлагаемым спо- собом. Для этого их подвергали термической обработке из межкритического интервала путем нагрева до 802°С с вьщержкой 20 мин и последующего замедленного охлаждения до температуры завершения фазового превращения. После окончательного нерегламентированного охлаждения гильзы шлифовали по наружному диаметру. Для удаления дефектов подвергали холодной прокатке на оправке до получения готовой трубы диаметром 177,8 мм и толщиной стенки 15,88 мм. В этом случае поперечное сечение гильзы превьшает поперечное сечение готовой трубы приблизительно на 20%. Готовые трубы вновь подвергали термической обработке из межкритического интервала по описанному режиму, а затем закалке путем аусте- нитизации в течение 45 мин при 913°С и охлаждении водой снаружи и изнутри до 93°С и последующему отпуску при 697°С с вьщержкой в течение 45 мин и охлаждением брызгами воды.

Из полученных партий труб отбирались образцы для определения предела текучести и сопротивления коррозионному растрескиванию.

Сравнительный анализ полученных данных показывает, что в трубах с различной толщиной стенок, изготовленных известным способом, наблюдается пороговое разрушение (разрушение отсутствует при вьщержке 720 ч) для стали двух плавок при нагрузке от 80 до 85 кгс. В трубах, изготовленных предлагаемым способом, заметно повышение порогового разрушения при нагрузках от 85 до 90 кгс, результаты испытаний приведены в табл. 3.

Вместе с тем в трубах, изготовленных как известным, так и предлагаемы способом, наблюдается аномальное разрушение при нагрузке 75 кгс. Поскольку время до разрушения укорачивается при более высоких нагрузках, то испытание всех параметров указывает на то, что ошибка в опытах одинакова. При ускоренном лабораторном испытани

п 5 Q

5

5

0

5

ZO

обычно принимаемая пороговая проч- ность составляет 75% от определенного минимального предела текучести ста- ли, составляющего в данном случае 67,5 кгс/мм, хотя трубы, изготовленные обеими способами, отвечают предъяв- ляемьш требованиям по стойкости к сероводородному растрескиванию, а трубы, изготовленные предлагаемым способом, имеют более высокую пороговую прочность при более высокой нагрузке, составляющей 100% от минимального предела текучести стали.

Формула изобретения

1. Способ изготовления труб для добычи нефти и газа, преимущественно из стали, содержащей О,2-0,35%°С, 0,35-0,9% Мп, 0,8-1,5% Сг, 0,15-0,75% Мо, не более 0,25 Ni, не более 0,35% Си, не более 0,35% Si, не более 0,04% S, не более 0,04% Р, остальное железо, включающий горячую формовку заготовки в гильзу, очистку поверхности, холодную прокатку с получением готовой трубы, закалку и отпуск, о т- личающийся тем, что, с целью повьш1ения стойкости к сероводородному растрескиванию, горячую формовку производят до получения прпе- речного сечения гильзы, превьщ1ающего на 10-40% сечение готовой трубы, а после горячей формовки и холодной прокатки производят нагрев в интервале АС,- АС2) выдержку и охлаждение для рекристаллизации и измельчения зерна.

.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что горячую формовку заготовки в гильзу осуществляют экструзией.

3.Способ по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что очистку поверхности осуществляют пшифованием.

4.Способ ПС п. 1, о т л и ч а ющ и и с я т ем, что холодную прокатку с получением готовой трубы осуществляют на оправке.

5.Способ по п. 1, отличающийся тем, что после горячей формовки и холодной прокатки производят нагрев до 760-815°С с выдержкой в течение 0,25-1 ч.

.6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что закалку труб производят с 899-927°С, после выдержки 1 ч с охлаждением до 37-93°С.

51342426

Таблица 1

Компонент

Содержание, мас.%

Плавка 1

Плавка 2

0,30 0,57 1,20 0,54 0,14 0,24

0,32 0,79 1,03 0,10 0,21

Трува

Предел текучести, кгс/мм

95

193.68 X 30,5 мм

5991

I 38

88,3

55

105

(13.t)

193,68 X 30,5 мм 91

В 39

86

Примечание. В скобках приведено время выдержки в часах до разрушения образца, 720NF - испытание завершено при времени вьщержки 720 ч без разруопения образца. Трубы 59, 38, 55 изготовлены из стали плавки , а труба № 39 - из стали плавки 2.

Продолжение табл.1

5 Компонент

Содержание, мас.%

Плавка 1

I

Плавка 2

Si Sn

V

Al Fe

0,25 0,012 0,096 0,004

0,34 0,009 0,12 0,005

Остальное

т a б л и ц а 2

кгс/время до разрушения, ч

8075J

70

)

720NF

(624)

720NF

)

720NF

720NF 720NF

720NF 720NF 720NF

720NF 720NF

(217) 720NF

. 720NF 720NF 720NT

720NF 720NF, 720KF 720NF 720NF 720NF

Примечание. В скобках приведено время выцержкн в часах до разрушения.

720KF - испытание завершено при времени выдержки 720 ч без разрушения образца. 620NF - испытание было прекращено, из-за тяжелых погодных условий в лаборатории. Трубы If 35 и 41 иэготоклены из стали плавки 1,

Редактор Ю. Середа

Составитель А. Секей

Техред М.Дидык Корректор В. Гирняк

Заказ 4448/59 Тираж 549Подписное

ВНИИГШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Таблица 3

Изобретение относится к черной металлургии. Цель изобретения - повышение стойкости к сероводородному оаствескиванию. Из стали, содержащей, С 0,20-0,35%; Мп 0,35-0,9%; СгР,8-1,5% Мо 0,15-0,75%; не более 0,25% Ni; не более 0,35% С; не более 0,35% Si; не более 0,04% S; не более 0,04% Р; остальное железо, подвергнутой двойному электропшаковому переплаву, получают непрерывно-литую заготовку. Заготовки экструдируют до получения гильз с толщиной стенки 18,08 мм. Гильзы нагревают до 802 С с вьщерж- кой (в межкритический интервал температур) и охлаждают до температуры завершения фазового превращения. Затем гильзы шлифуют по наружному диаметру, подвергают холодной прокатке на оправке до получения готовой трубы диаметром 177,8 мм и толщиной стенки 15,88 мм. Поперечное сечение гильзы превьш1ает поперечное сечение готовой трубы приблизительно на 20%. Готовые трубы подвергают термической обработке из межкристаллического интервала температур по описанному режиму, а затем закалке путем аустенизации в течение 45 мин при 913 С, охлаждают водой до 93 С и проводят отпуск при 697°С с выдержкой и охлаждением брызгами воды. Изготовленные трубы имеют высокую пороговую прочность при более высокой нагрузке от 85 до 90 кгс, равную 100,2 кгс/мм . 5з.п. ф-лы, 3 табл. § СО ы