Xreferat.com » Рефераты по металлургии » Термическая обработка и термомеханическая обработка обсадных труб из стали 36Г2С

А сколько
стоит написать твою работу?

цену

Вместе с оценкой стоимости вы получите бесплатно
БОНУС: спец доступ к платной базе работ!

и получить бонус

Спасибо, вам отправлено письмо. Проверьте почту.

Если в течение 5 минут не придет письмо, возможно, допущена ошибка в адресе.

В таком случае, пожалуйста, повторите заявку.

Термическая обработка и термомеханическая обработка обсадных труб из стали 36Г2С

Министерство Образования и Науки Украины


Национальная Металлургическая Академия Украины


Кафедра термической обработки металлов


Реферат


на тему:


˝Термическая обработка и термомеханическая обработка обсадных труб из стали 36Г2С ˝


Подготовила ст.гр. МТ-97-2 Черных Е.С.


Проверил преподаватель Прядко Е.И.


г.Днепропетровск

2001г.

Содержание:

Стр.

Введение………………………………………………………………..3

1.Назначение обсадных труб...………………………………..……...4

2.Сортамент и технические требования, предъявляемые к

обсадным трубам………………………………………………………5

3.Материал обсадных труб……..……………………………….…….6

4.Технологическая схема производства обсадных труб…………….7

5.Термическая обработка обсадных труб из стали 36Г2С…………..8

5.1.Нормализация труб………………………………………………...8

5.2.Закалка и отпуск труб……………………………………………..12

5.3.Термическая обработка концов труб……………………………..16

6.Термомеханическая обработка обсадных труб……………………16

7.Контроль качества труб после термической и

термомеханической обработки……………………………………….18

Литература……………………………………………………………..19


Введение


В отличие от других видов металлопродукции для труб характерны развитая поверхность (наибольшее отношение площади поверхности к массе), наличие внутренней полости, значительный сортамент по геометрическим размерам, способам производства и назначению.

По способу производства трубы подразделяют на литые, бесшовные и сварные. Основной объём производства составляют бесшовные и сварные. По назначению трубы подразделяют: на трубы для нефте- и газодобывающей промышленности, теплоэнергетики, магистральных газо- и нефтепроводов, трубы для производства подшипников, химической промышленности, строительства и т.д.

Условия эксплуатации труб различного назначения позволяют сформулировать основные требования, предъявляемые к материалу для их производства. Так, для труб нефтяного сортамента условия эксплуатации весьма разнообразны: интервал рабочих температур от –60 до 150-200єC, знакопеременные нагрузки (бурильные и насосно-компрессорные трубы), коррозия под напряжением в среде сероводорода. В этой связи трубы для добычи нефти и газа должны обладать высокой прочностью и пластичностью, сопротивлением усталостному и хрупкому разрушению. Для северных районов требуется высокая хладостойкость металла труб.[1]


1.Назначение обсадных труб

При бурении нефтяных скважин стальные трубы используют для передачи вращения породоразрушающему инструменту, для крепления стенок скважин в процессе бурения и эксплуатации, для транспортировки нефтепродуктов на поверхность и других целей. Стоимость труб в общей стоимости бурового оборудования составляет около 60%.

По своему назначению трубы нефтяного сортамента разделяют на бурильные, утяжелённые бурильные, рабочие (или ведущие) бурильные, обсадные и насосно-компрессорные трубы.

При бурении и эксплуатации скважин из труб этих видов составляют бурильные, обсадные и насосные колонны, в которых отдельные трубы соединяют между собой с помощью специальных резьбовых соединений.

Передачу вращения породоразрушающему инструменту (в случае роторного способа), транспортировку жидкости или газа для очистки забоя скважины от разрушенной породы осуществляют с помощью бурильной колонны.

Для предохранения скважин от обрушения в скважину опускают колонну обсадных труб. Обычно обсадная колонна состоит из следующих элементов (рис.1):

Направление (а) служит для крепления устья
скважин и направления потока промывочной
жидкости. Направление опускается на глуби-
ны порядка 4-6 м.

Кондуктор (б) служит для перекрытия верх

них слабых слоёв пород, для изоляции сква-

жин от возможного притока грунтовых вод и

обеспечения вертикального направления

стволу скважины. Кондуктор обычно опуска

ется на глубину 40-60 м, а в глубоких сква-

жинах – до 600 м.

Промежуточные колонны (в) опускают в за-

висимости от общей глубины скважины на

2000-3000 м, они в основном служат для ра

зобщения пластов.

Эксплуатационная колонна (г) служит для

изоляции продуктивного горизонта от дру-

гих и обеспечивает доступ к нему. Иногда

её используют для извлечения нефти и газа

на поверхность.

Обсадные трубы испытывают три вида нагрузок – растяжение, наружное (сминающее) и внутреннее давление. Растягивающие нагрузки вызываются собственным весом колонны обсадных труб. Обычно напряжения в обсадных трубах соответствуют разности наружного и внутреннего давлений. Но в некоторых случаях трубы могут оказаться под действием только наружного или только внутреннего давления. В этом случае трубы находятся в наиболее тяжёлых условиях работы.

Для транспортировки нефтепродуктов на поверхность используют колонны, составленные из насосно-компрессорных труб.[2]


2. Сортамент и технические требования, предъявляемые

к обсадным трубам

Изготовление труб для нефтяной и газовой промышленности производится по специальным стандартам или техническим условиями, в которых строго регламентированы: размеры труб по диаметру и толщине стенки, длина труб, размеры соединений, категория прочности материала, а также точность изготовления труб и резьб, виды и методы испытаний.

В СНГ обсадные трубы изготавливают по ГОСТ-632-57 только бесшовными диаметром 114-426 мм с толщиной стенки 6-14 мм. Длина резьбы на трубах увеличивается с 79,5 до 98,5 мм по мере роста диаметра независимо от толщины стенки. Проект стандарта на обсадные трубы, взамен ГОСТ 632- 57, включает размеры труб по диаметрам (как принятые в практике СНГ, так и за рубежом) с толщиной стенки 6-14 мм. Аналогично APIstd5A в проекте предусмотрено изготовление труб с длинной и нормальной (короткой) резьбой. Причём длина резьбы такая же, как и в зарубежных стандартах. Для труб диаметром 127; 139,7; 177,8-298 мм с толщиной стенки 6-8 мм предусмотрена укороченная нормальная резьба.

В СНГ разработан проект специального государственного стандарта на сварные обсадные трубы диаметром 426-530 мм с толщиной стенки 8-12 мм. Для крепления неглубоких скважин более экономично применение сварных тонкостенных труб вместо бесшовных. Поэтому необходима организация производства таких труб диаметрами 114-426 мм с толщиной стенки 4-6 мм для скважин неответственного назначения.

Стандарты на трубы нефтяного сортамента не определяют применяемый материал, а задают только минимальные значения показателей механических свойств (σb, σs, δ, ψ, ak).

Таблица 1

Механические свойства материала обсадных труб
Категория прочности
Предел прочности, Мн/мІ(кг/ммІ) Предел текучести, Мн/мІ(кг/ммІ)
Удлинение, %
А 411,9 (42) 245,2 (25) 25
С 539,4 (55) 313,8 (32) 18
Д 637,4 (65) 372,6 (38) 16
К 686,5 (70) 490,3 (50) 12
Е

635,5 (75)

539,4 (55) 12
Л 931,6 (95) 637,4 (65) 12
М 980,6 (100) 735,5 (75) 12

Обсадные трубы в обязательном порядке подвергают гидравлическим испытаниям для проверки прочности тела трубы и герметичности резьбового соединения. Стандартом API предусмотрено испытание внутренним гидравлическим давлением обсадных труб диаметром до 245мм, вызывающим в теле трубы напряжения, равные 80% от предела текучести материала, а труб большого диаметра – 60%. Для высокопрочных труб, идущих на глубокие скважины, рекомендуют доводить напряжения в теле трубы до 95% от предела текучести материала [3].


3.Материал обсадных труб

Техническими условиями на трубы нефтяного сортамента химический состав сталей, за исключением серы и фосфора, не оговаривается и марка стали выбирается изготовителем по технико-экономическим соображениям и регламентируется в технологической документации. Максимальное содержание элементов определяется применяемым исходным сырьём и способом выплавки стали и находится в пределах 0,030-0,065% для серы и 0,035-0,110% для фосфора.

Таблица 2

Химический состав сталей для обсадных труб, применяемых в СНГ

Категория прочности (марка стали)

Химический состав, %

С

Mn

Si

Cr

Ni

Mo

W

S

макс

Р

макс

А

0,18-0,25 0,3-0,6 0,15-0,23 - - - - 0,045 0,045

С

0,3-0,37 0,65-0,9 0,2-0,35 - - - - 0,045 0,045

Д

0,43-0,53 0,7-0,9 0,15-0,3 - - - - 0,045 0,045

К

0,32-0,43 1,5-1,6 0,4-0,7 - - - - 0,045 0,045


Е

0,33-0,43

0,75-1,05 0,17-0,37 0,4-0,7 0,4-0,7 0,3-0,4 - 0,045 0,045
0,43-0,48 1,15-1,4 0,25-0,35 0,4-0,7 0,3-0,7 0,05-0,15 - 0,045 0,045
0,35-0,42 0,7-0,9 0,15-0,3 - - - - 0,045 0,045

Л

0,32-0,38 1,4-1,8 0,4-0,7 - - - 0,25-0,4 0,045 0,045
0,3-0,43

1,25-1,6

0,4-0,7 - - - - 0,045 0,045

М

0,32-0,43 1,5-1,8 0,4-0,7 - - - - 0,045 0,045

Для получения труб более высоких категорий прочности возможны два пути [4]:

1)применение легированных сталей с последующей сравнительно простой термической обработкой (нормализация или нормализация и отпуск);

2)применение простых углеродистых или низколегированных сталей с последующей закалкой и отпуском.


4.Технологическая схема производства обсадных труб

Технология производства труб нефтяного сортамента определяется видом труб, категорией прочности и применяемым для их изготовления материалом. По категории прочности трубы нефтяного сортамента можно разделить на три группы:

обычной прочности с пределом текучести до 490,3 Мн/мІ (50 кг/ммІ),

высокой прочности с пределом текучести 539,3-735,5 Мн/мІ (55-75 кг/ммІ),

особо высокой прочности – более 735,5 Мн/мІ(75 кг/ммІ).


Рисунок 2.- Технологическая схема производства обсадных труб

Обсадные трубы обычной прочности с минимальным пределом текучести до 490,3 Мн/мІ (50 кг/ммІ) изготавливают по следующей технологической схеме (рис.2). Горячая прокатка 1, обрезка концов и снятие фасок 2, нарезка резьбы 9, навёртка муфт 10, гидроиспытание 11 и покраска 12. Термическая обработка этих труб (нормализация) производится только в случае получения неудовлетворительных механических свойств. Опыт эксплуатации труб категории прочности К (минимальный предел текучести 490,3 Мн/мІ (50 кг/ммІ) )показывает, что трубы этой категории необходимо подвергать нормализации, так как эти трубы имеют неравномерные механические свойства по длине вследствие местной подкалки при прокатке.

Обсадные трубы высокой прочности в зависимости от применяемого материала могут изготавливаться по двум технологическим схемам. Для легированных сталей технологическая схема следующая: после прокатки 1 и обрезки концов 2 трубы подвергают нормализации в печи 3 и отпуску в печи 5. Иногда для труб категории прочности Е применяют нормализацию с прокатного нагрева. После термической обработки трубы калибруют по наружному диаметру 6. Однако в этом случае операцию калибровки опускают вследствие отсутствия калибровочных станов в потоке печей и после термообработки трубы направляют прямо на правильные станы 7. После правки контролируют состояние наружной поверхности труб 8, нарезают резьбу 9 и навинчивают муфты 10. Трубы с муфтой проверяют на прочность и герметичность резьбового соединения путём гидравлических испытаний на прессах 11. После гидроиспытаний трубы окрашивают, маркируют и направляют на склад готовой продукции.

Технологическая схема изготовления высокопрочных труб из углеродистых и низколегированных сталей отличается от описанной выше только термической обработкой. После обрезки концов на станках 2 трубы нагревают до температур закалки в печи 3, охлаждают в специальных устройствах 4 и затем подвергают отпуску в печи 5. При применении закалки и отпуска вследствие искажения точности поперечного сечения и увеличения кривизны операции калибровки и правки обязательны. Для снижения прочности материала труб при калибровке и правке эти операции должны выполняться при температурах 200-500єC. После правки труб выполняют операции, обозначенные на рис.2 позициями 8-12.[2]


5.Термическая обработка обсадных труб из стали 36Г2С

Термическая обработка – важнейшая составная часть технологии производства различных видов стальных труб.

Основные цели термической обработки труб следующие:

обеспечение различных эксплуатационных свойств (трубы для добычи нефти и газа, трубы для котлов теплоэнергетических установок и др.);

подготовка структуры и свойств для дальнейшей обработки в различных областях машиностроения (трубы для подшипников);

восстановление пластичности металла для возможности дальнейшего деформирования в процессе передела (трубы промежуточных размеров);

создание диффузионной связи между различными слоями в биметаллических, многослойных и свертных паяных трубах;

выравнивание структуры и свойств металла сварных и литых труб переменной геометрии по длине (например, бурильных труб с высаженными концами).[5]

5.1.Нормализация труб

При производстве труб нефтяного сортамента нормализацию как термическую операцию применяют в тех случаях, когда требуемые механические свойства металла труб (предел текучести до 539,4 Мн/мІ (55 кг/ммІ) можно получить из стали простой, дешёвой марки типа 36Г2С).

Нормализацию труб следует производить после полного их потемнения после прокатки. В этом случае крупнозернистая и неоднородная структура стали, полученная в результате высокого нагрева перед прокаткой, подвергается по существу перекристаллизации в процессе охлаждения и последующего нагрева под нормализацию.

Температура нормализации труб марки 36Г2С находится в пределах 830-890єC. Если после нормализации предел текучести или предел прочности ниже обусловленных ГОСТом норм, то температуру повторной нормализации следует повысить на 20-30єC. Неудовлетворительные результаты испытаний по относительному удлинению, относительному сужению или ударной вязкости можно исправить снижением температуры на 20-30єC.

Заметное влияние на изменение механических свойств оказывает скорость охлаждения труб. Для труб из стали 36Г2С применение ускоренного охлаждения обдувкой воздухом повышает предел прочности высаженных концов на 4,5%, предел текучести на 5,4%, ударную вязкость на 13,7%, относительное удлинение практически остаётся без изменения.

Точные режимы термической обработки устанавливают при помощи лабораторных и цеховых экспериментов с учётом термической характеристики печи, условий охлаждения и специфичности свойств данной стали. Температура нормализации для стали данной марки должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить получение гомогенно-бейнитной структуры, являющейся основой для получения после отпуска высоких прочностных и пластических свойств.

Если температура нормализации является универсальной для стали данной марки, то температуру отпуска часто устанавливают индивидуально для отдельной плавки в зависимости от её химсостава.

Контроль температуры труб при нагреве и выдержке в методических печах производят термопарой, вставляемой в трубу. Температура печи контролируется по боковым и сводовым термопарам, а температура выдаваемых труб – с помощью оптического пирометра или других приборов. Боковые термопары устанавливают так, чтобы их показания были выше температуры металла на 20-30єC.

На величину зерна и механические свойства нормализуемых труб, кроме температуры нагрева металла и скорости охлаждения, оказывает также влияние время нагрева и выдержки металла в