Труба для скважин

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к конструкциям труб для бурения и обсадки скважин, для закачки и откачки газообразных и жидких веществ, в частности нефти, газа, воды, выщелачивающего и продуктивных растворов. Сущность полезной модели заключается в том, что у трубы для скважин, содержащей на резьбовых концах соединительные элементы, на резьбовых поверхностях которых выполнено диффузионное цинкование, толщина диффузионного покрытия на резьбовой поверхности соединительных элементов составляет 31-60 мкм, при этом среднее отклонение толщины покрытия не превышает 20%. Реализация полезной модели позволяет повысить герметичность и коррозионную стойкость резьбовых соединений труб.

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к конструкциям труб для бурения и обсадки скважин, для закачки и откачки газообразных и жидких веществ, в частности нефти, газа, воды, выщелачивающего и продуктивных растворов.

Известно, что при эксплуатации нефтяных и газовых скважин трубы подвергаются одновременному воздействию целого ряда различных факторов, оказывающих влияние на эксплуатационные свойства труб и их срок службы. Трубы испытывают значительные комплексные знакопеременные механические нагрузки статического и динамического характера, действие высокого градиента температур, воздействие агрессивных коррозионно-эрозионных сред и др. факторов. При этом в результате действия указанных нагрузок более 50% аварий на нефтяных и газовых скважинах происходит по вине резьбовых соединений труб. Распространенными видами повреждения резьбовых соединений являются износ резьбовых поверхностей, промывы резьбы, потеря резьбовыми соединениями герметичности, их разобщение, снижение усталостной прочности и разрушение от внутреннего давления.

В качестве прототипа выбрана труба насосно-компрессорной или буровой колонны (патент РФ 27664), содержащая на резьбовых концах соединительные элементы - муфту и переходник, на резьбовых поверхностях которых выполнено диффузионное цинкование толщиной 15-30 мкм.

Недостатками указанной трубы является то, что покрытие толщиной 15-30 мкм обеспечивает перекрытие резьбовых зазоров труб на отдельных участках только на 20-40%. Таким образом, в резьбовых соединениях труб с муфтами, на которых выполнено диффузионное порошковое цинкование толщиной 15-30 мкм, могут присутствовать зазоры величиной 45-60 мкм, что не гарантирует герметичности резьбовых соединений колонн труб как при их сборке, так и при их последующей эксплуатации.

Коррозионная стойкость также ограничена толщиной цинкового покрытия.

Задачами, на решение которых направлена заявляемая полезная модель являются повышение герметичности и коррозионной стойкости резьбовых соединений труб.

Указанные технические задачи решаются тем, что у трубы для скважин, содержащей на резьбовых концах соединительные элементы, на резьбовых поверхностях которых выполнено диффузионное цинкование, толщина диффузионного покрытия на резьбовой поверхности соединительных элементов составляет 31-60 мкм, при этом среднее отклонение толщины покрытия не превышает 20%.

В качестве соединительных элементов используются непосредственно муфты или муфты в комбинации с переходными или другими деталями.

Исследование трещиностойкости цинкового покрытия показало, что при толщине в пределах 31-60 мкм покрытие выдерживает нагрузки силой 20Н и сохраняет при этом сплошность и адгезию к металлу основы. Изучение структуры покрытия выявило, что покрытие в основном однофазное и состоит из ₁-фазы. Традиционно присутствующая в диффузионных цинковых покрытиях твердая хрупкая г-фаза либо отсутствует, либо ее толщина не превышает 1-2 мкм. Практическое отсутствие г-фазы, располагающейся на границе металл - покрытие, обеспечивает высокую адгезию цинкового покрытия к поверхности муфты или переходника.

С увеличением толщины резьбового покрытия повышается и его коррозионная стойкость. Испытания на коррозионную стойкость в камере нейтрального соляного тумана по ГОСТ 9.308 показали, что при толщине покрытия 15-20 мкм время до появления продуктов коррозии основного металла составило 152 часа, а при толщине покрытия 45-50 мкм - не менее 250 часов.

При увеличении толщины цинкового покрытия необходимо повышать требования к его равномерности. Металлографические исследования показали, что при среднем отклонении толщины покрытия более 20% требуемая герметичность резьбового соединения не гарантирована.

На фигуре 1 изображена труба в сборе с соединительными элементами.

Устройство содержит трубу 1, переходник 2 и муфту 3. Резьбовые поверхности муфты 3 подвергнуты диффузионному цинкованию с толщиной цинкового покрытия 31-60 мкм. Среднее отклонение толщины покрытия не превышает 20%.

Устройство работает следующим образом, трубы 1 с помощью переходников 2 и муфт 3 собираются в колонну для осуществления своих функций - бурения, крепления стенок скважин, закачки - откачки веществ и др.

Заявленные параметры цинкового покрытия обеспечивают требуемую герметичность и коррозионную стойкость резьбовых соединений труб.

Труба для скважин, содержащая на резьбовых концах соединительные элементы, на резьбовых поверхностях которых выполнено диффузионное цинкование, отличающаяся тем, что толщина диффузионного покрытия на резьбовой поверхности соединительных элементов составляет 31-60 мкм, при этом среднее отклонение толщины покрытия не превышает 20%.