PL215749B1

PL215749B1 - Rurowe połączenie gwintowe rur wiertniczych, zwłaszcza gazoszczelnych oraz sposób wytwarzania rur wiertniczych, szczególnie wydobywczych z rurowym połączeniem gwintowym

Info

Publication number: PL215749B1
Application number: PL384893A
Authority: PL
Inventors: Wodzimierz Pertkiewicz; Wiesław Błach; Antoni Hauke
Original assignee: Proma Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2008-04-10
Filing date: 2008-04-10
Publication date: 2014-01-31

Description

Przedmiotem wynalazku jest rurowe połączenie gwintowe rur wiertniczych, zwłaszcza gazoszczelnych oraz sposób wytwarzania rur wiertniczych, szczególnie wydobywczych z rurowym połączeniem gwintowym. Rury wiertnicze okładzinowe i wydobywcze są przeznaczone dla tworzenia, przykładowo kolumn rur osłonowych lub produkcyjnych dla eksploatacji złóż ropy naftowej, gazu ziemnego i wody. Składają się ze złączki rurowej obejmującej nagwintowany koniec jednego długiego odcinka rury i połączone przez wkręcanie nagwintowanego czopa umieszczonego na końcu drugiego długiego odcinka rury.

Znane jest połączenie złączkowe Buttress rur okładzinowych z książki Stefana Habrata pt. „Rury okładzinowe i wydobywcze”, Wyd. Geologiczne W-wa 1973r. str. 42 do 45. Gwint Buttress nacinany na końce rur nie wymaga specjalnego przygotowania jak spęczanie, zwężanie, rozszerzanie. Gwint ten ma zarys trapezowy, niesymetryczny. Gwint złączek pracuje na całej nagwintowanej długości czopa rury. Wynika to z jednakowej zbieżności na pełnej długości gwintu złączki - bez większej zbieżności i ścięcia końcowych nitek. Gwint trapezowy, niesymetryczny zawiera śrubowe występy - grzbiety oraz śrubowe wgłębienia - bruzdy. Długość skoku gwintu wynosi 5,08 mm. Grzbiet gwintu z jednej strony ma nachylenie 10° w stosunku do linii prostej zagłębienia bruzdy gwintu a z drugiej strony grzbiet jest nachylony 3° do linii zagłębienia. Naprzeciw grzbietu gwintu i zagłębienia gwintu złączki są usytuowane bruzdy i grzbiety końcówek rur. Krawędzie grzbietu są zaokrąglone promieniem 0,2 mm oraz podobnie naroże dna zagłębienia promieniem 0,2 mm.

Złączka cienkościenna wszystkie krawędzie ma zaokrąglone lub zeskosowane. Mufy obu końcówek złączki mogą mieć załamanie o kącie 10°. Gwint Buttress ma 8 zwojów/1 oraz zbieżność 1:16 czyli 6,25%.

Znane połączenie gwintowane rurowe z ogranicznikiem z polskiego opisu patentowego nr 195714, zawierające element gwintowany na końcu pierwszego członu rurowego i element obejmujący na końcu drugiego członu rurowego, element gwintowy obejmowany zawiera gwint obejmowany i kończy się krawędzią obejmowaną, która zawiera po pierwsze powierzchnię obwodową zewnętrzną, na której jest utworzona powierzchnia uszczelniająca obejmowana, po drugie powierzchnię pierścieniową oporową obejmowaną o orientacji w przybliżeniu poprzecznej, przylegającą i połączoną z tą powierzchnią uszczelniającą obejmowaną i utworzoną przez powierzchnię czołową wolnego końca elementu gwintowanego obejmowanego, i po trzecie powierzchnię obwodową wewnętrzną, element gwintowany obejmujący zawierający dla współpracy z odpowiednimi elementami elementu gwintowanego obejmowanego gwint obejmujący, powierzchnia obwodowa wewnętrzna na której jest utworzona powierzchnia uszczelniającą obejmująca i oparcie obejmujące z jednej strony mające powierzchnię pierścieniową oporową obejmującą o orientacji w przybliżeniu poprzecznej, przylegającą i połączoną z tą powierzchnią uszczelniającą obejmującą i z drugiej strony wyznaczającą obszar pierścieniowy oparcia obejmującego, który jest poddany działaniu sil osiowych ściskających, gdy powierzchnia oporowa obejmowana opiera się o powierzchnię oporową obejmującą, gwint obejmowany jest wkręcony w gwint obejmujący tak daleko, aż powierzchnia oporowa obejmowana oprze się o powierzchnię oporową obejmującą, powierzchnia uszczelniająca obejmowana i interferuje więc promieniowo z powierzchnią uszczelniającą obejmującą. Obszar pierścieniowy oparcia obejmującego ma powierzchnię obwodową wewnętrzną, której średnica wewnętrzna jest co najmniej lokalnie bliska powierzchni oporowej obejmującej mniejszej niż średnia powierzchni obwodowej wewnętrznej krawędzi obejmowanej, stosunek R tych dwóch średnic jest mniejszy od 1 ale większy lub równy 0,9.

Stosunek R spełnia zależność /l,7 - 0,7S² < R < /l,2 - 0,2S² w której jest S równe stosunkowi pomiędzy średnicą krawędzi zewnętrznej powierzchni oporowej obejmowanych i średnicą wewnętrzną krawędzi obejmowanej. Stosunek R jest w przybliżeniu równy /1,3 -0,3S² .

Powierzchnia obwodowa wewnętrzna oparcia obejmującego ma średnicę minimalną w punkcie, gdzie ta powierzchnia obwodowa wewnętrzna przejmuje powierzchnię stożka maksymalnego ścinania współosiową, z elementem gwintowanym obejmującym, półkąt stożkowy 45°, której średnica zmniejsza się w obszarze oparcia obejmującym w miarę jak oddala się od powierzchni oporowej obejmującej, i która przechodzi poza krawędź zewnętrzną powierzchni obejmującej.

Z książki Bronisław Hoderny i Zygmunt Korek pt. „Rury stalowe - wytwarzanie i stosowanie”.

Wydawnictwo „Śląsk”. Katowice, str. 15-24 i następne, znany jest sposób wytwarzania rur wiertniczych

PL 215 749 B1 w tym okładzinowych i wydobywczych. Rury okładzinowe zgodnie z warunkami technicznymi ₁

API - Spec 5A i 5AX wykonuje się w zakresie średnic od 4¹/2 (114,3 mm) do 20 (508 mmm) w trzech zakresach długości i czterech odmianach wytrzymałościowych - H. J. N80, P110.

Rury okładzinowe wykonuje się o różnych połączeniach gwintowych w tym w grupie połączeń złączkowych krótkich, długich i tak zwanych Buttress, gdzie gwint typu Buttress cechuje się korzystnymi własnościami. Przy połączeniach złączkowych krótkich i długich wykonuje się prawy gwint, mający 8 zwojów na cal i zbieżności 1:16, przy kącie wierzchołkowym 60°. Przy gwincie typu Buttress liczba zwojów na cal wynosi 5, przy czym jedna strona gwintu ma pochylenie pod kątem 10° a druga 3°.

Rury wydobywcze podobnie jak okładzinowe są znormalizowane i wykonuje się je według wa₁ runków APJ w zakresie średnic od 1,05 (26,7 mm) do 4¹/2 (114,3 mm) w dwóch zakresach długości i w odmianach H, J, N80 i P105.

Rury wydobywcze łączy się ze sobą najczęściej za pomocą złączek krótkich lub długich.

Długie odcinki rur wiertniczych wykonuje się po nagrzaniu wsadu w zespole walcowniczym.

Zagadnieniem technicznym wymagającym rozwiązania jest opracowanie ulepszonej konstrukcji rurowego połączenia gwintowego rur wiertniczych, zwłaszcza gazoszczelnych oraz opracowanie sposobu wytwarzania rur wiertniczych, szczególnie wydobywczych z rurowym połączeniem gwintowym, umożliwiającym dostateczną gazoszczelność przy wielokrotnym skręcaniu i rozkręcaniu nagwintowanych końców rur stalowych.

Wytyczone zagadnienie techniczne rozwiązuje rurowe połączenie gwintowe rur wiertniczych, zwłaszcza gazoszczelnych zawierające złączkę rurową, mającą po jednej stronie człon wewnętrznie nagwintowany oraz rozdzielony przegrodą oporową, po drugiej stronie człon wewnątrz nagwintowany, odcinki nagwintowane złączki rurowej połączone są z obu stron rozłącznie z czopami rur stalowych po zewnętrznej stronie nagwintowanymi, przy czym złączka rurowa ma wewnętrzny gwint trapezowy, niesymetryczny oraz podobnie czopy rur stalowych z jednej i drugiej strony członu złączki rurowej, a wewnętrzny gwint złączki rurowej przed przegrodą oporową oraz zewnętrzny gwint czoła czopa rury tworzą gniazdo uszczelnienia, przy średnicy wewnętrznej przegrody oporowej złączki rurowej równej średnicy wewnętrznej rury stalowej charakteryzujące się tym, że gniazdo uszczelnienia ma długość w stosunku do długości odcinka czopa rury stalowej wydobywczej oraz długości odcinka czopa rury stalowej okładzinowej liczonej od trójkąta dociągowego na powierzchni obwodowej do początku czoła oporowego czopa na linii prostej na powierzchni przegrody oporowej złączki rurowej, która mieści się w granicach od 0,06-0,14. Długość czopa rury stalowej wydobywczej stanowi wielokrotność długości gniazda uszczelniania w granicach od 10,5 do 15,0. Długość czopa rury stalowej okładzinowej stanowi wielokrotność długości gniazda uszczelniania w granicach od 7,10 do 7,80. Gniazdo uszczelniania rury wiertniczej wydobywczej od strony ostatniego występu gwintu złączki rurowej oraz od strony ostatniego występu gwintu czopa rury stalowej ma wgłębienie na nadwyżkę smaru, następnie przekrój powierzchni uszczelniania wchodzi na przegięcie w dół na złączce rurowej a na czopie w górę w beczkowatą wypukłość, która na czopie przechodzi w zaokrąglenie w postaci sferoidy a czoło oporowe czopa wchodzi na linię prostą powierzchni bocznej przegrody oporowej złączki rurowej. Gniazdo uszczelniania rury wiertniczej okładzinowej liczone od ostatniego występu gwintu odcinka złączki rurowej oraz ostatniego występu gwintu czopa rury stalowej ma wgłębienie na nadwyżkę smaru a następnie przekrój powierzchni gniazda uszczelniania ma przegięcie w dół do beczkowej wypukłości wewnętrznej na odcinku złączki rurowej oraz przegięcie w górę na zewnętrznej powierzchni przechodzącej w beczkowatą wypukłość na czopie rury stalowej, która przechodzi w zaokrąglenie w postaci sferoidy a czoło oporowe czopa wchodzi na linię prostą powierzchni bocznej przegrody oporowej złączki rurowej.

Wytyczone zagadnienie techniczne rozwiązuje także sposób wytwarzania rur wiertniczych, szczególnie wydobywczych z rurowym połączeniem gwintowym z walcowanych rur stalowych bez szwu, po dodatkowej obróbce wykończeniowej, w których złączki rurowe dla rur wiertniczych wykonywane z tych samych rur bez szwu ze stali a rury stalowe na rury wiertnicze poddaje się kalibrowaniu na końcach rur, następnie na końcach rur oraz w złączkach rurowych wykonuje się gwinty w urządzeniach gwintujących, wykonane gwinty poddaje się sprawdzeniu wizualnemu i pomiarom, gwintowane czopy odcinków rur stalowych łączone w miejscu ich eksploatacji pokrywa się smarem, a wewnętrzne nagwintowania złączki rurowej pokrywa się warstwą w celu ułatwienia skręcania i rozkręcania połączenia gwintowego czopa rury i złączki rurowej, charakteryzujący się tym, że po wykonaniu zewnętrznego gwintu na czopach rur oraz wewnętrznego gwintu na odcinkach złączki rurowej o zarysie trapezowym, niesymetrycznym, powierzchnię wewnętrzną złączki rurowej na długości gniazda uszczelniania

PL 215 749 B1 przed przegrodą oporową oraz powierzchnię gniazda uszczelniania czopa rury sięgającą do czoła oporowego rury poddaje się obróbce powierzchniowej, zwłaszcza na odcinku beczkowatej wypukłości szczególnie czopa rury aż do uzyskania wskaźnika chropowatości poniżej 3,0 Rz, po czym powierzchnię złączki rurowej pokrywa się w kąpieli warstwą fosforanu korzystnie do 0,002 mm, następnie na pokryty warstwą odcinek złączki rurowej nakłada się smar przeciwzatarciowy, skręca się odcinek złączki rurowej z jednym czopem rury stalowej, a na wolną powierzchnię gwintowaną złączki rurowej oraz na czopie rury stalowej po nałożeniu smaru antykorozyjnego nakręca się osłony ochronne z tworzywa sztucznego. Powierzchnię gwintu złączki rurowej, po oczyszczeniu jej powierzchni w roztworze alkalicznym w temperaturze 75°C oraz płukaniu w wodzie zimnej i ciepłej poddaje się fosforowaniu w roztworze fosforanu manganowego w temperaturze 96°C przez okres 25 minut, po czym złączki rurowe poddaje się operacji płukania w wodzie zimnej i wodzie ciepłej w temperaturze 70-80°C w ciągu 2 minut. Skręcanie czopa rury stalowej z odcinkiem złączki rurowej dokonuje się momentem o wielkości od 1080 Nm do 7150 Nm.

Rurowe połączenie gwintowe rur wiertniczych, zwłaszcza gazoszczelnych oraz wytwarzanie rur wiertniczych, szczególnie wydobywczych z rurowym połączeniem gwintowym ułatwia stabilizację i łatwe skręcanie odcinków rur wiertniczych. Rurowe połączenie gwintowe oraz sposób wytwarzania rur wiertniczych umożliwiają niski poziom naprężeń po kontrolowanym skręcaniu. Odkształcenie w warunkach skręcenia maszynowego pozostaje w zakresie sprężystym, co powoduje, że po rozkręceniu elementy uszczelniające powracają do pierwotnego kształtu. Wytrzymałość połączenia zasadniczo przekracza wytrzymałość calizny rury. Szczelność gazowa połączenia jest utrzymana nawet w skrajnie niekorzystnych warunkach statycznych i dynamicznych ciśnień, zmian obciążeń rozciągających oraz niekorzystnych zmian temperaturowych. Połączenie jest w pełni funkcjonalne nawet po wielokrotnym skręcaniu i rozkręcaniu, w praktyce maksymalnie do 15 razy. Gładkie przejście między czopem odcinka rury, a wewnętrzną ścianką, (przegrodą) złączki rurowej zmniejsza, a w praktyce wyklucza turbulencję przepływających płynów (medium), opory przepływu, erozje, korozje połączenia oraz zapiekanie lub zatarcie połączenia gwintowego.

Rurowe połączenie gwintowe wykonane sposobem według wynalazku ma krzywoliniowy zarys - sferoidę powierzchni zewnętrznej czopa rury będącej w styku na skutek montażowego skręcania z powierzchnią wewnętrzna, złączki rurowej w pobliżu czoła oporowego nachylonego pod kątem 15°, co daje szczelne gniazdo stanowiące uszczelnienie metaliczne beczka/beczka. Podczas skręcania następuje liniowe przemieszczenie czopa wzdłuż osi i jego zacisk promieniowy w gnieździe złączki rurowej. Styk czół oporowych spełnia rolę pomocniczego uszczelnienia i równocześnie stanowi płaszczyznę oporową, przy skręcaniu montażowym wymaganym momentem skręcania.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 - przedstawia rurowe połączenie gwintowe rur wiertniczych wydobywczych (TPG) w półprzekroju podłużnym od góry i widoku z boku, fig. 2 - wycinek rurowego połączenia gwintowego w przekroju pionowym, fig. 3 - uszczelnienie gniazda rurowego połączenia gwintowego w przekroju pionowym, fig. 4 - powiększony fragment złączki rurowej rury wydobywczej z częściowo wsuniętym czopem rury stalowej w półprzekroju podłużnym i widoku z boku, fig. 5 - rurowe połączenie gwintowe rur wiertniczych okładzinowych (BPG) w półprzekroju podłużnym od góry i widoku z boku, fig. 6 - wycinek rurowego połączenia gwintowego rur wiertniczych okładzinowych (BPG) w przekroju pionowym, fig. 7 - uszczelnienie gniazda rurowego połączenia gwintowego rur wiertniczych okładzinowych w przekroju pionowym.

Rurowe połączenie gwintowe rur wiertniczych wydobywczych gazoszczelnych składa się ze złączki rurowej 1 mającej po jednej stronie odcinek 2 oraz z drugiej strony odcinek 3. Po wewnętrznym obwodzie odcinki 2 i 3 złączki rurowej 1 mają gwint trapezowy, niesymetryczny. Gwintowane odcinki 2 i 3 złączki rurowej 1 są symetrycznie rozdzielone cylindryczną przegrodą oporową 4. Gwintowane odcinki 2 i 3 złączki rurowej 1 połączone są rozłącznie z czopami 5 i 6 rur stalowych 7 i 8. Gwintowane czopy 5 i 6 rur stalowych 7 i 8 mają na zewnętrznej powierzchni gwint trapezowy, niesymetryczny na długości odcinka 2 i 3 gwintu złączki rurowej 1 do gniazda uszczelniania 9 i 10.

PL 215 749 B1

W rurowym połączeniu gwintowym rur wydobywczych złącze rurowe 1 o gwincie trapezowym, niesymetrycznym ma skok gwintu 3,18 mm, w którym występ (wierzchołek) 14 gwintu mierzony

0,000 w połowie wysokości ma szerokość 1,53 mm ± θ mm a bruzda 15 w połowie głębokości 1,65 mm _ . Występ 14 gwintu z jednej strony ma nachylenie 10° a z drugiej strony 3°. Czop 5 i 6

0,000 mm rury 7 i 8 w połączeniu gwintowym ma także gwint trapezowy, niesymetryczny o skoku 3,18 mm przy

0,000 mm czym występ 16 gwintu ma w połowie wysokości szerokość równą 1,59 mm ±-, a bruzda 17

0,075 mm

0, 075 mm

1,59 mm ±

0,075 mm 0,000 mm

Bruzda 17 z jednej strony ma nachylenie 10°, a z drugiej 3°. Wysokość występu 15 gwintu wynosi 1 cm ± 0,025 mm, a głębokość bruzdy 17 podobnie 1 cm ± 0,025 mm.

0,050 mm

Zaokrąglenie występu 16 gwintu wynosi 0,15 mm ± -, zaokrąglenie wgłębienia bruzdy 17

0,000 mm

0,15 mm ±

0,000 mm 0,050 mm

Zbieżność nagwintowania złączki rurowej 1 w stosunku do osi wynosi 1°17'24 oraz podobnie dla czopa 5 i 6 rury 7 i 8 - 1°17'24.

Wewnętrzne zaokrąglenie czoła oporowego 12 uszczelnienia 9 czopa 5 ma postać sferoidy i jest nachylone do linii prostej 13 przegrody 4 złączki rurowej 1 pod kątem 15°. Gwint wewnętrzny rurowej złączki 1 oraz gwint zewnętrzny czopa 5 i 6 rury 7 i 8 ma osiem zwojów na cal.

Gniazdo uszczelnienia 9 i 10 liczone od ostatniego występu 18 gwintu złączki rurowej 1 oraz występy 19 gwintu czopa 5 albo 6 rury stalowej 7 albo 8 ma w głębienie na nadwyżkę smaru a następnie przekrój powierzchni przechodzi w gniazdo uszczelnienia 9 albo 10 i ma przegięcie w dół do beczkowej wypukłości 20 wewnętrznej na odcinku 2 i 3 złączki rurowej 1 oraz na zewnętrznej wypukłości na czopie 5 albo 6 rury stalowej 7 albo 8, która przechodzi w zaokrąglenie w postaci sferoidy.

Rurowe połączenie gwintowe rur wiertniczych okładzinowych (BPG) składa się ze złączki rurowej 22 złożonej z odcinka 23 i odcinka 24. Po wewnętrznym obwodzie odcinki 23 i 24 złączki rurowej mają gwint trapezowy, niesymetryczny. Gwintowane odcinki 23 i 24 złączki rurowej 22 są symetrycznie rozdzielone przegrodą oporową 25. Gwintowane odcinki 23 i 24 złączki rurowej 22 połączone są rozłącznie z czopami 26 i 27 rur stalowych 28 i 29. Gwintowane czopy 26 i 27 rur stalowych 28 i 29 mają na zewnętrznej powierzchni gwint trapezowy, niesymetryczny na długości odcinka 23 i 24 gwintu złączki rurowej 22 do gniazda uszczelniania 30 i 31.

W rurowym połączeniu gwintowym rur okładzinowych złączka rurowa 22 o gwincie trapezowym, niesymetrycznym ma skok gwintu 5,080 mm, w którym występ (wierzchołek) 35 gwintu umieszczony

0,00

008 a bruzda 36 w połowie na przecięciu z linią w połowie na linii podziałowej ma szerokość 2,51 ±

0,00 podziału 2,57 ± —— . Występ 35 gwintu z jednej strony ma nachylenie 10° a z drugiej strony 3°. Czop

0,08 i 27 rury 28 i 29 w połączeniu gwintowym ma gwint trapezowy, niesymetryczny o skoku 5,080 mm,

0,00 0,00 przy czym występ 37 gwintu ma na przecięciu z linią podziałową 2,54 ± —— a bruzda 38 2,54 ± ——-.

0,08 0,08

Występ 37 gwintu z jednej strony ma nachylenie 10° a z drugiej strony 3°. Wysokość występu 37 gwintu wynosi 1,575 ± 0,025, a głębokość bruzdy 38 podobnie 1,575 ± 0,025. Zaokrąglenie występu gwintu dla złączki 22 wynosi 0,20 mm ±

0,050 mm 0,000 mm a dla czopa 26 i 27 od strony nachylenia 3°

0,050 mm 0,050 mm

0,20 mm ± ,,,,,,,,-a od strony nachylenia 10° - 0,76 mm ± -. Zbieżność nagwintowania

0,000 mm ₃ wynosi 1:16 (³/4 cala na stopę).

0,000 mm

PL 215 749 B1

Wewnętrzne zaokrąglenie czoła oporowego 33 uszczelnienia czopa 26 i 27 ma postać sferoidy i jest nachylone do linii prostej 34 przegrody 25 złączki rurowej 22 pod kątem 15°. Gwint wewnętrzny rurowej złączki 22 oraz gwint zewnętrzny czopa 26 i 27 rury 28 i 29 ma 5 zwojów na cal.

Gniazdo uszczelniania 30 i 31 liczone od ostatniego występu 35 gwintu złączki rurowej 22 oraz ostatniego występu 37 gwintu czopa 26 albo 27 rury stalowej 28 albo 39 ma wgłębienie na nadwyżkę smaru a następnie przekrój powierzchni gniazd uszczelniania 30 i 31 ma przegięcie w dół do beczkowej wypukłości wewnętrznej na odcinku 23 i 24 złączki rurowej 22 oraz na zewnętrznej powierzchni przechodzącej w beczkowatą wypukłość na czopie 26 albo 27 rury stalowej 28, 29, która przechodzi w zaokrąglenie w postaci sferoidy.

Sposób wytwarzania rur wiertniczych z rurowym połączeniem gwintowym rozpoczyna się od dodatkowej obróbki wykańczającej walcowanych rur stalowych bez szwu. Rury stalowe bez szwu nabyte z zewnątrz lub własnej produkcji poddaje się cięciu na odcinki na wymaganą długość, obcinaniu końców rur, obrabianiu końcówek oraz ich prostowaniu.

Rury powinny być proste a dopuszczalne odchyłki prostości nie powinny przekraczać 0,2% całkowitej długości rury, a na końcach na odcinku około 1/3 długości rury odchyłki nie powinny przekraczać 1 mm/m, a w obszarze gwintu maksymalnie 0,3 mm.

Tak przygotowane rury przekazuje się następnie do dalszej obróbki na oddziale rur wiertniczych, dotyczy to rur wykonywanych bezpośrednio oraz rur od innych wykonawców.

Wykonane odcinki rur łączone są z złączkami rurowymi połączeniem gwintowym, które to operacje są wykonywane u użytkowników tych rur w miejscu ich eksploatacji, przy czym u wytwórcy rur nakręca się złączkę tylko na jeden odcinek rury.

Połączenia odcinków rur wydobywczych i okładzinowych przy pomocy złączki przedstawione na fig. 1 i 5.

Złączki do rur wydobywczych i okładzinowych wykonywane są z tych samych rur bez szwu wykonanych ze stali o tych samych odmianach wytrzymałościowych, z których wykonane są rury, które połączone są tymi złączkami.

Dopuszcza się wykonanie i zastosowanie złączki wykonanej z stali o następnej wyższej odmianie wytrzymałościowej niż wykonane są odcinki rur łączonych.

Rury okładzinowe i wydobywcze z końcami prostymi pochodzące od dostawców zewnętrznych poddawane są operacji kalibrowania średnicy zewnętrznej na końcach rur oraz lekkim zawinięciu na zimno czoła rury do wewnątrz.

Uzyskuje się w ten sposób bardziej dokładny wymiar średnicy zewnętrznej, zmniejszenie opalizacji, co wraz z zawinięciem czoła ułatwia wykonanie gwintu do łączenia rur. Zawinięcie czoła eliminuje się w operacji gwintowania.

Operacje kalibrowania wykonuje się na kuźniarce na zimno, przy użyciu trzpienia i matrycy.

W przypadku braku możliwości uzyskania wymaganych wymiarów bądź też powstania wad powierzchniowych na końcu, a długość rury mieści się w granicach tolerancji wymiarowych wadliwy koniec się odcina i ponownie poddaje operacji kalibrowania.

Średnicę wewnętrzną rury sprawdza się przy użyciu trzpienia wzorcowego, który powinien dać się swobodnie przesuwać ręcznie.

Odcinki rur poddaje się także próbie szczelności metodą hydrauliczną. Maksymalne ciśnienia w próbie hydraulicznej są różne i zależne są od gatunku stali z której rury są wykonane.

Dla rur wydobywczych ciśnienie to kształtuje się w zakresie od 20,7 MPa dla odmian wytrzymałościowych J-55 i do 62,1 MPa dla odmian wytrzymałościowych N-80 i L-80-1.

Dla rur okładzinowych ciśnienie to kształtuje się w zakresie od 19,3 do 20,0 MPa dla odmian wytrzymałościowych J-55 do 66,9 MPa dla odmian wytrzymałościowych N-80 i L-80-1.

Na końcówkach rur oraz w złączkach wykonuje się gwinty na przystosowanych do tego celu gwinciarkach - urządzeniach gwintujących.

Partię rur przeznaczoną do gwintowania układa się na stole podawczym i pojedynczo wprowadza się rury na urządzenie doprowadzające rury do gwinciarki. Następnie odcinek rury wprowadza się do gwinciarki, ustawia w wybranym położeniu mocując ją w uchwytach zaciskowych i centruje szczękami centrującymi. Po opuszczeniu rolek transportowych i podniesieniu górnych rolek podtrzymujących, odcinek rury wprowadzony jest w ruch obrotowy przez wrzeciono główne, a suporty zajmują pozycję roboczą i rozpoczyna się obróbka końca rury to jest nacinanie gwintu. Po ukończonej obróbce, suporty cofają się na miejsce wyczekiwania, a wrzeciono główne jest hamowane i zatrzymane.

PL 215 749 B1

Z kolei następuje podniesienie rolek transportowych opuszczenie rolek podtrzymujących, oraz otwarcie uchwytów zaciskowych urządzenia i rura zostaje wyprowadzona z gwinciarki na ruszt pośredni.

Z rusztu pośredniego rura przemieszczana jest na stanowisko kontrolne, gdzie zostaje sprawdzona, a następnie przemieszczona jest na ruszt doprowadzający do kolejnej gwinciarki, gdzie dokonywana jest obróbka (nacięcie gwintu) drugiego końca rury. W identycznym postępowaniu dokonuje się obróbkę kolejnych rur oraz złączki rurowej łączącej odcinki rur. Obróbkę prowadzi się przy stosowaniu płytek wieloostrzowych z węglików spiekanych.

Nakręcenie gwintu czopa 5, 6 odcinka rury stalowej 7, 8 wydobywczej (TPG) na odcinek 2, 3 złączki rurowej 1 oraz podobnie gwintu czopa 26, 27 rury stalowej 28, 29 wydobywczej (BPG) na odcinek 23, 24 złączki rurowej 22 pozwala na uzyskanie sprężystego uszczelnienia typu metal-metal w gnieździe uszczelniania 9, 10 albo 30, 31 w złączce 1, 22.

Gniazdo uszczelniania 9, 10 oraz 30, 31 utworzone jest przed przegrodą oporową 4, 25 złączki rurowej 1, 22 między powierzchnią wewnętrzną złączki rurowej 1, 22 w środkowej części złączki rurowej 1, 22, a zewnętrzna powierzchnia czopa 5, 6 odcinka rury stalowej 7, 8 oraz podobnie dla rur okładzinowych.

Szczelność połączenia uzyskuje się w dwu strefach stykowych w gnieździe uszczelniania 9, 10 oraz 30, 31 poprzez styk sprężysty beczkowatej wypukłości 20 wewnętrznej złączki rurowej 1 beczkowatej wypukłości 21 zewnętrznej czopa 5, 6 rury stalowej 26, 27 wydobywczej i podobnie dla rur okładzinowych przez wzajemny docisk czoła oporowego 12 czopa 5, 6 do linii prostej 13 przegrody oporowej 4 dla rury wydobywczej, przy czym kąt nachylenia wewnętrznego czoła oporowego 12 do linii prostej 13 przegrody oporowej wynosi 15°. Beczkowata wypukłość zewnętrzna 20 odcinka 2, 3 złączki rurowej oraz beczkowata wypukłość zewnętrzna czopa 6, 7 rury stalowej 7, 8 stanowi główną powierzchnię uszczelniającą.

Warunkiem uzyskania wymaganej szczelności jest stosowanie właściwego momentu skręcania rury ze złączką. Wielkość tego momentu uzależniona jest od średnicy rury i gatunku materiału, z którego rura i złączka są wykonane.

Opisane połączenie jest połączeniem gazoszczelnym stosowanym zarówno do łączenia odcinków rur wydobywczych i okładzinowych. Połączenia te charakteryzują się krzywoliniowym zarysem (sferoidą) powierzchni zewnętrznej nagwintowanego czopa rury będącej w styku w wyniku montażowego skręcenia właściwym momentem z powierzchnią wewnętrzną na linii prostej 13 przegrody oporowej 4 złączki rurowej 1 w pobliżu czoła oporowego 12 czopa 5, 6, które nachylone jest pod kątem 15°.

Podczas skręcania następuje liniowe przemieszczenie czopa 4 wzdłuż osi i jego zacisk promieniowy w gnieździe uszczelniania 9, 10. Styk czoła oporowego 12 z linia prostą 13 przegrody 4 spełnia rolę uszczelnienia pomocniczego oraz równocześnie stanowi płaszczyznę oporową przy skręcaniu montażowym wymaganym momentem.

Stan techniczny sferoidy i stykającej się z nią powierzchni wewnętrznej gniazda uszczelniania złączki rurowej 1 oraz czoła oporowego 12 posiada bardzo duży wpływ na uzyskiwany stopień uszczelnienia.

Szczególną uwagę zwraca się na gładkość współpracujących powierzchni, którą wyraża się wskaźnikiem chropowatości (nierówności) Rz, która to wielkość w gnieździe uszczelniania winna kształtować się w granicach poniżej 3,0 Rz.

Gniazdo uszczelniania od strony złączki rurowej 1 posiada wewnętrzną beczkowatą wypukłość 20 oraz naprzeciw tej wypukłości na czopie rury 5, 6 zewnętrzną beczkowatą wypukłość 21, co daje szczelne gniazdo beczka/beczka.

Wykonane gwinty na końcach odcinków rur oraz złączkach rurowych podlegają procesowi sprawdzania wizualnego i pomiarów.

Sprawdzenie obejmuje, kontrolę powierzchni gwintu, główne wymiary gwintu takie jak: wysokość, kat zarysu, promienie zaokrągleń, zbieżność, średnicy podziałowej gwintu i długość gwintu.

Sprawdzeniu i pomiarom podlegają wszystkie wykonane gwinty zarówno na czopie odcinka rury jak i w złączce rurowej. Dla dokładnego sprawdzenia wymiarów zarysu gwintu, zwłaszcza w przypadku gwintów wykonywanych na rurach wydobywczych (TPG) wykonuje się na odlew gipsowo-siarkowografitowy na gwincie i na siedlisku uszczelniającym, który następnie bada się pod mikroskopem przy powiększeniu 50 - krotnym

PL 215 749 B1

Złączki rurowe odcinków rur stosowane zwłaszcza do łączenia odcinków rur wydobywczych (TPG) pokrywa się warstwą fosforanu manganowego celem niedopuszczenia do tak zwanego „zimnego zespawania” gwintów czopa rury i złączki przy silnym skręcaniu czopa rury ze złączką.

Powierzchnia gwintu złączki pokryta fosforanem manganowym charakteryzuje się lepszą przyczepnością środka smarnego, a ponadto zapewnia wielokrotne nakręcenie złączki na czop rury. Czop rury nie podlega fosforowaniu.

Proces fosforowania złączek prowadzony jest metodą zanurzeniową w roztworze fosforanu manganowego. W pierwszej kolejności złączki poddaje się procesowi oczyszczenia powierzchniowego w odczynniku alkalicznym o temperaturze 75°C, a czas obróbki wynosi 25 min.

Po czyszczeniu alkalicznym prowadzi się proces płukania, który dokonuje się w dwóch etapach:

- w kąpieli w wodzie zimnej - czas płukania 2 min

- w kąpieli w wodzie ciepłej o temperaturze 70-80°C - czas 2 min

Fosforanowanie prowadzi się w kąpieli roztworu fosforanu manganu (Thermoil Granodine - 112kg/10001) o temperaturze - 96°C przez okres 25 min. Roztwór posiada kwasowość: 60-70 punktów a kwas wolny: 9,5-12,5 punktów. Po naniesieniu warstwy przynajmniej o grubości 0,002 mm, po zakończeniu tego procesu poddaje się obrabiane części operacji płukania dwustopniowego:

- kąpielą płuczącą w wodzie zimnej - czas płukania - 2 min

- kąpielą płuczącą w wodzie ciepłej w temperaturze 70-80°C - czas płukania - 2 min.

Po wysuszeniu naniesioną warstwę fosforanu manganu poddaje się kontroli wizualnej w zakresie struktury powłoki i jej barwy, po czym obrabiane elementy pokrywa się warstwą oleju antykorozyjnego.

Po ukończeniu procesu fosforowania złączki rurowej na nagwintowany czop odcinka rury nakręca się złączkę rurową po uprzednim pokryciu powierzchni gwintu złączki rurowej smarem przeciwzatarciowym (Bestolife), co dodatkowo zwiększa szczelność połączenia gwintowego. Smar nanosi się w złączce rurowej na całej długości gwintu oraz w strefie gniazda uszczelniania złączki rurowej. Smar ten zawiera ponadto inhibitory korozji i zabezpiecza przed nieszczelnościami i wytrzymuje ciśnienie do 70 MPa.

Gwint na czopie odcinka rury w strefie wyjścia gwintu pokrywa się smarem klejowym zapewniający długotrwałą ochronę przed korozją wyrobów metalowych.

Smar ten posiada zdolność do pełzania po naniesieniu go na chronioną warstwę metaliczną, powoduje wypieranie wilgoci i dobrze wiąże się ze stałą rdzą i zmniejsza szybkość dalszego rdzewienia. Smar ten jest kompatybilny z rozpuszczalnikami na bazie ropy naftowej, olejami i smarami.

Warstwa tego smaru jest zmywana na stanowisku skręcania odcinków rur i tworzeniu słupa rurowego.

Złączkę rurową nakręca się na czop odcinka rury na skręcarce momentem obrotowym, którego wielkość uzależniona jest od średnicy rury i gatunku materiału, z którego rura i złączka są wykonane.

Skręcanie dokonuje się po uprzednim współosiowym ustawieniu złączki rurowej i rury początkowo z dużą prędkością obrotową a na koniec powolnym nakręcaniem dobranym momentem obrotowym. Na każdy odcinek rury nakręca się jedną złączkę rurową.

Odcinki rur z nakręconą złączką poddaje się sprawdzeniu średnicy zewnętrznej i przelotowości. Próbę prowadzi się przy pomocy trzpienia kontrolnego przesuwanego w rurze pneumatycznie. Rury z nakręconymi złączkami rurowymi i sprawdzone wymiarowo pokrywa się na zewnętrznych powierzchniach środkiem antykorozyjnym w całości, a na wolne powierzchnie gwintu zarówno na rurze i w złączce nakręca się osłony ochronne z tworzywa sztucznego.

Claims

1. Rurowe połączenie gwintowe rur wiertniczych, zwłaszcza gazoszczelnych zawierające złączkę rurową, mającą po jednej stronie człon wewnętrznie nagwintowany oraz rozdzielony przegrodą oporową, po drugiej stronie człon wewnątrz nagwintowany, odcinki nagwintowane złączki rurowej połączone są z obu stron rozłącznie z czopami rur stalowych po zewnętrznej stronie nagwintowanymi, przy czym złączka rurowa ma wewnętrzny gwint trapezowy, niesymetryczny oraz podobnie czopy rur stalowych z jednej i drugiej strony członu złączki rurowej, a wewnętrzny gwint złączki rurowej przed przegrodą oporową oraz zewnętrzny gwint czoła czopa rury tworzą gniazdo uszczelnienia, przy czym średnica wewnętrzna przegrody oporowej złączki rurowej jest równa średnicy wewnętrznej rury

PL 215 749 B1 stalowej, znamienne tym, że gniazdo uszczelnienia (9, 10 oraz 30, 31) ma długość w stosunku do długości odcinka czopa (5, 6) rury stalowej (7 i 8) oraz długości odcinka czopa (26, 27) rury stalowej (28, 29) liczonej od trójkąta dociągowego (11 oraz 32) na powierzchni obwodowej do początku czoła oporowego (12 oraz 33) czopa (5, 6 oraz 27, 28) na linii prostej (13 oraz 34) na powierzchni przegrody oporowej (4 oraz 25) złączki rurowej (1 oraz 22), która mieści się w granicach od 0,06-0,14.

2. Rurowe połączenie gwintowe rur wiertniczych według zastrz. 1, znamienne tym, że długość czopa (5, 6) rury stalowej (7, 8) wydobywczej stanowi wielokrotność długości gniazda uszczelniania (9, 10) w granicach od 10,5 do 15,0.

3. Rurowe połączenie gwintowe rur wiertniczych według zastrz. 1, znamienne tym, że długość czopa (26, 27) rury stalowej (28, 29) okładzinowej stanowi wielokrotność długości gniazda uszczelniania (30, 11) w granicach od 7,10 do 7,80.

4. Rurowe połączenie gwintowe rur wiertniczych według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że gniazdo uszczelniania (9, 10) od strony ostatniego występu (18) gwintu złączki rurowej (1) oraz od strony ostatniego występu (19) gwintu czopa (5, 6) rury stalowej (7, 8) ma wgłębienie na nadwyżkę smaru, następnie przekrój powierzchni uszczelniania wchodzi na przegięcie w dół na złączce rurowej (1), a na czopie (5, 6) w górę w beczkowatą wypukłość (20, 21), która na czopie (5, 6) przechodzi w zaokrąglenie w postaci sferoidy, a czoło oporowe (12) czopa (5, 6) wchodzi na linię prostą (13) powierzchni bocznej przegrody oporowej (4) złączki rurowej (1).

5. Rurowe połączenie gwintowe rur wiertniczych, według zastrz. 1 albo 3, znamienne tym, że gniazdo uszczelniania (30, 31) liczone od ostatniego występu (35) gwintu odcinka (23, 24) złączki rurowej (22) oraz ostatniego występu (37) gwintu czopa (26, 27) rury stalowej (28, 29) ma wgłębienie na nadwyżkę smaru, a następnie przekrój powierzchni gniazda uszczelniania (30, 31) ma przegięcie w dół do beczkowej wypukłości wewnętrznej na odcinku (23, 24) złączki rurowej (22) oraz przegięcie w górę na zewnętrznej powierzchni przechodzącej w beczkowatą wypukłość na czopie (26, 27) rury stalowej (28, 29), która przechodzi w zaokrąglenie w postaci sferoidy, a czoło oporowe (33) czopa (26, 27) wchodzi na linię prostą (34) powierzchni bocznej przegrody oporowej (25) złączki rurowej (22).

6. Sposób wytwarzania rur wiertniczych, szczególnie wydobywczych z rurowym połączeniem gwintowym z walcowanych rur stalowych bez szwu, po dodatkowej obróbce wykończeniowej, w których złączki rurowe dla rur wiertniczych wykonywane z tych samych rur bez szwu ze stali a rury stalowe na rury wiertnicze poddaje się kalibrowaniu na końcach rur, następnie na końcach rur oraz w złączkach rurowych wykonuje się gwinty w urządzeniach gwintujących, wykonane gwinty poddaje się sprawdzeniu wizualnemu i pomiarom, gwintowane czopy odcinków rur stalowych łączone w miejscu ich eksploatacji pokrywa się smarem, a wewnętrzne nagwintowania złączki rurowej pokrywa się warstwą fosforanu w celu ułatwienia skręcania i rozkręcania połączenia gwintowego czopa rury i złączki rurowej, znamienny tym, że po wykonaniu zewnętrznego gwintu na czopach rur oraz wewnętrznego gwintu na odcinkach złączki rurowej o zarysie trapezowym, niesymetrycznym, powierzchnię wewnętrzną złączki rurowej na długości gniazda uszczelniania przed przegrodą oporową oraz powierzchnię gniazda uszczelniania czopa rury sięgającą do czoła oporowego rury poddaje się obróbce powierzchniowej, zwłaszcza na odcinku beczkowatej wypukłości szczególnie czopa rury aż do uzyskania wskaźnika chropowatości poniżej 3,0 Rz, po czym powierzchnię złączki rurowej pokrywa się w kąpieli warstwą fosforanu korzystnie do 0,002 mm, następnie na pokryty warstwą odcinek złączki rurowej nakłada się smar przeciwzatarciowy, skręca się odcinek złączki rurowej z jednym czopem rury stalowej a na wolną powierzchnię gwintowaną złączki rurowej oraz na czopie rury stalowej po nałożeniu smaru antykorozyjnego nakręca się osłony ochronne z tworzywa sztucznego.

7. Sposób wytwarzania rur wiertniczych według zastrz. 6, znamienny tym, że powierzchnię gwintu złączki rurowej, po oczyszczeniu jej powierzchni w roztworze alkalicznym w temperaturze 75°C oraz płukaniu w wodzie zimnej i ciepłej poddaje się fosforowaniu w roztworze fosforanu manganowego w temperaturze 96°C przez okres 25 minut, po czym złączki rurowe poddaje się operacji płukania w wodzie zimnej i wodzie ciepłej w temperaturze 70-80°C w ciągu 2 minut.

8. Sposób wytwarzania rur wiertniczych według zastrz. 6, znamienny tym, że skręcanie czopa rury stalowej z odcinkiem złączki rurowej dokonuje się momentem o wielkości od 1080 Nm do 7150 Nm.