Легкосплавные бурильные трубы

Основным легирующим элементом нержавеющих сталей является хром, который облагораживает электродный потенциал стали и повышает ее коррозионную стойкость. Повышение коррозионной стойкости при увеличении содержания хрома в стали происходит скачкообразно. Первый -порог коррозионной устойчивости достигается при концентрации хрома, равной 12,8%, что соответствует 1/8 атомной доли хрома в составе стали. Для обеспечения коррозионной стойкости стали это количество хрома должно находиться в твердом растворе железа и "е образовывать карбидов. При увеличении его содержания до 18% или до 25--'28% достигается второй порог и наблюдается дальнейшее повышение коррозионной стойкости стали. Однако увеличение содержания хрома приводит к понижению механических свойств стали, особенно ударной вязкости, а также затрудняет сварку, вызывая хрупкость сварного шва. Поэтому стали с высоким содержанием хрома после сварки требуют термической обработки.

Для обеспечения высокого качества и эксплуатационных свойств в ряде случаев металл шва отличается от основного металла, в частности по содержанию различных легирующих элементов. Легирование наплавленного металла проводится при соблюдении двух важных требований: в качестве раскислений необходимо применять элементы, сродство которых к кислороду больше, чем у легирующего элемента; вместе с легирующим элементом целесообразно вносить в зону сварки и его окисел, который сохраняет легирующий элемент от выгорания.

Основным легирующим элементом нержавеющих сталей является хром, который облагораживает электродный потенциал стали и повышает ее коррозионную стойкость. Повышение коррозионной стойкости при увеличении содержания хрома в стали 'происходит скачкообразно. Первый порог коррозионной устойчивости достигается при концентрации хрома, равной 12,8%, что соответствует 1/8 атомной доли хрома в составе стали. Для обеспечения коррозионной стойкости стали это количество хрома должно находиться в твердом растворе железа и <не образовывать карбидов. При увеличении его содержания до 18% или до 25--'28% достигается второй порог и наблюдается дальнейшее повышение коррозионной стойкости стали. Однако увеличение содержания хрома приводит к понижению механических свойств стали, особенно ударной вязкости, а также затрудняет сварку, вызывая хрупкость сварного шва. Поэтому стали с высоким содержанием хрома после сварки требуют термической обработки.

Марганец Mn, растворяясь в феррите и цементите, повышает прочность стали (рис. 25). При содержании его свыше 1 % наблюдается снижение пластичности и вязкости стали наряду с повышением прочности, так как образуются карбиды марганца. Поэтому в углеродистых сталях допускается содержание марганца не более 0,8 %. В низколегированных строительных сталях, в которых марганец является легирующим элементом, его максимальное содержание составляет менее 2 %. Увеличение содержания марганца приводит к повышению анизотропии свойств стали, склонности к росту зерна наряду с положительным его влиянием на ее прочность.

Кремний Si не обнаруживается в структуре стали, так как полностью растворяется в феррите, не образуя карбидов. Но часть кремния, который при выплавке стали присутствует в виде оксида кремния и не успевает всплыть в шлак, может остаться в стали в виде неметаллических включений Si02, что нежелательно. Растворяясь в феррите, кремний увеличивает прочность, но, в отличие от марганца, уменьшает пластичность и вязкость стали. При содержании кремния свыше 1 % резко снижается вязкость стали, повышается антикоррозионность и вместе с тем увеличивается склонность к графитизации и ликвации, а также ухудшается свариваемость. Поэтому в низколегированных строительных сталях, в которых кремний является легирующим элементом, максимальное содержание его составляет не более 1,2 %.

В настоящее время марганец и кремний - основные легирующие элементы строительной стали. Другим легирующим элементом, наиболее часто вводимым в строительную сталь для повышения ее прочности, служит хром Cr (до 1 %), а также никель Ni (до 2 %); увеличивая прочность стали, хром и никель повышают также ее пластичность и вязкость (см, рис. 25). Кроме того, хром, никель и медь повышают антикоррозионность стали. Вольфрам W повышает прочность стали менее интенсивно, чем марганец и кремний, но резко снижает ее вязкость и пластичность при любом содержании, поэтому для строительных сталей его не применяют.

в виде твердой мелкодисперсной фазы -- нитридов упрочняет сталь, измельчает ее структуру. Поэтому азот в стали может быть и легирующим элементом. Тогда в состав стали вводят специальные элементы, например алюминий, образующий с азотом нитриды.

В материалах Международного симпозиума по сварке труб, проходившего в ноябре 1969 г. в Лондоне, указывается, что обеспечение хорошей свариваемости возможно при содержании углерода не более 0,22% и суммарном количестве легирующих элементов -- ванадия, ниобия и тигана -- в пределах 0,18%. Однако содержание ванадия не должно превышать 0,12% даже в том случае, когда он является основным легирующим элементом.

Листы из сталей 08Х18Н10Т, 08Х18Н10 и 12Х18Н9Т рекомендуются для изготовления деталей сосудов, работающих при температуре стенки от --253 до +600° С. Никель способствует сохранению вязкости стали при низких температурах. Он является относительно дорогим и дефицитным легирующим элементом.

Бронзы -- сплавы меди, в которых основным легирующим компонентом является любой металл, кроме цинка. Цинк также может входить в состав бронз, но он не является основным легирующим элементом. Его вводят для снижения стоимости сплава. Содержание цинка в бронзах относительно невелико.

Легкосплавные бурильные трубы (ЛБТ) применяются в структурном, разведочном и эксплуатационном бурении, а также при капитальном ремонте скважин.

Замки на легкосплавные бурильные трубы навинчиваются в холодном виде на специальном стенде. После очистки и промывки резьб у трубы и замка на 3/4 длины резьбы труб наносится уплрт-нительная смазка К.НИИНП-2 или УС-1. Детали замков подбираются по натягам, замеренным при навинчивании резьбовых калибров. Рекомендуемые суммарные натяги для 147-мм труб 19--21 мм, для труб всех остальных диаметров 15--17 мм.

Легкосплавные бурильные трубы................ 55

С каждым годом объем бурения с применением ЛБТ возрастает. В районах с малоосложненными условиями бурения, где забойные температуры сравнительно невелики и применяются пресные буровые растворы с щелочностью рН<8,5, легкосплавные бурильные трубы показали высокие эксплуатационные качества. Отдельные комплекты ЛБТ работают по 7--8 лёт. Однако в условиях, где применяются высокощелочные и минерализованные буровые растворы, при наличии высоких забойных температур, коррозионная стойкость материала ЛБТ существенно снижается. В этих случаях требуется применение специальных мер для защиты труб от агрессивной среды.

В СССР легкосплавные бурильные трубы изготовляются из дюралюминия повышенной прочности марки Д16Т (ГОСТ 4784--74). Этот сплав относится к системе А1--Си--Mg. Основой его является система А1--Си. Сплавы этой системы восприимчивы к закалке и последующему старению. Упрочнение достигается при содержании 3,8--4,9% Си.

В настоящее время в СССР исследуют применение легкосплавных бурильных труб из титана в высокотемпературных скважинах [137, 152]. Так как 1 т труб из титана стоит 25000 руб., то эти трубы, вероятно, найдут ограниченное применение для комплектования нижних секций бурильной колонны на сверхглубоких скважинах. Легкосплавные бурильные трубы из алюминиевых сплавов применяют также за рубежом: в США, Англии, Франции, ФРГ, Швеции и ЧССР. Американские фирмы "Рейнолдз Металз Компани" и "Алюминиум комяани-оф-Америка" ("Алкоа") изготовляют из сплавов 2014-Тв и 7075-Тв. Сплав 2014-Тв относится к системе А1--Си--Mg (аналогичен Д16Т). Сплав 7075-Тв относится к системе Al--Zn--Mg и имеет более высокую прочность. Фирмой "Рейнолдз Металз Компани" созданы антикоррозионные синтетические покрытия для внутренней поверхности ЛБТ.

Осевая нагрузка создается весом секций утяжеленных бурильных труб, а в отдельных случаях, при турбинном бурении, весом стальных бурильных труб. Легкосплавные бурильные трубы, как правило, в создании осевой нагрузки не участвуют.

Легкосплавные бурильные трубы работают практически в одинаковых условиях со стальными. Отличием является несколько увеличенный наддолотный комплект, который состоит из обычной компоновки УБТ и комплекта стальных бурильных труб длиной 300--500 м. Таким образом, наиболее опасные переменные нагрузки частично приходятся на стальные бурильные трубы.

Второе направление -- это придание среде, в которой работают легкосплавные бурильные трубы, таких свойств, при которых процессы коррозионного разрушения будут резко замедлены, что сможет обеспечить эффективное применение существующих конструкций ЛБТ в жестких условиях скважины. Применение ингибиторов коррозии, при достаточном их ассортименте для различных условий бурения, является довольно эффективным средством, удовлетворяющим этим требованиям.

91. Легкосплавные бурильные трубы. "Нефте- и газодобывающая промышленность", 1968, № 38, 24 с. с ил.

Следует полагать, что по крайней мере в ближайшие 10- 15 ;кт сохранится достаточно большой объем бурения коронками диаметрами 7(1, 93 и 112 мм. На бурильную колонну в этих УСЛОВИЯХ действуют больниц- изгибающие нагрузки и в случае применения гладкоствольной колонны ниппельного соединения прочность <<* будет недостаточной. Для бурения таких скважин необходимо использовать стальные и легкосплавные бурильные трубы муфтопо-замкового соединения диаметром преимущественно 50 и 54 \:м с включением в состав бурильной колонны УБ'Г, диаметр которых должеч быть максимально близок к диаметру скважины.