Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ОБСАДНЫХ ТРУБ ДИАМЕТРОМ 508 ММ НА ТПУ 8-16'' С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ В ОБЫЧНОМ И ХЛАДОСТОЙКОМ ИСПОЛНЕНИИ

Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к способу прокатки бесшовных горячекатаных обсадных труб, и может быть использовано при производстве бесшовных горячекатаных обсадных труб диаметром 508 мм на трубопрокатной установке 8-16'' с пилигримовыми станами.

В трубном производстве России известны способы производства обсадных бесшовных труб диаметрами 114, 127, 140, 146, 168, 178, 194, 219, 245, 273, 299, 324, 340. 351, 377, 426, 473 и 508 мм с толщинами стенок от 5,2 до 16,1 мм, групп прочности от Д до Т, а труб диаметром 508 мм с толщинами стенок 11,1, 12,7 и 16,1 групп прочности Д и К, которые производятся на трубопрокатных установках с автоматическими станами (114-245) мм и на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами (219-426) мм (ГОСТ 632-80 "Трубы обсадные и муфты к ним", ТУ 14-3-1575-88 "Трубы обсадные наружным диаметром 351, 377, и 426 мм и муфты к ним".

Недостатком данных способов является то, что ГОСТ 632-80 предусматривает выпуск труб диаметром 473 и 508 мм групп прочности Д и К, но до настоящего времени они в России не производились из-за отсутствия оборудования и гарантированной технологии, а ТУ 14-3-1575-88 вообще не предусматривают их выпуск.

В трубной промышленности известны также способы производства бесшовных горячекатаных обсадных труб диаметром 114,30, 127,00, 139,70, 168,68, 177,80, 193,68, 219,08, 244,48, 273,05, 298,45, 339,72, 406,40, 473,08 и 508,00 мм с толщинами стенок от 5,21 до 16,1 мм классов Н40, К55 (J55), М65, L80 (С95), N80, T95^d, P110 и Q125^d групп прочности P, S, L, B и E (Спецификация на обсадные и насосно-компрессорные трубы. Спецификации API 5CT, седьмое издание, октябрь, 2001. ISO11960:2001, Нефтяная и газовая промышленности - Стальные трубы для исполнения в качестве обсадных и насосно-компрессорных труб для скважин) и стандарт на резьбовые соединения обсадных, насосно-компрессорных труб и труб трубопроводов диаметром 114,3, 127,0, 139,7, 146,1, 177,8, 193,7, 219,1, 244,5, 273,0, 298,4, 323,9, 339,7, 406,4, 473,1 и 508,0, применяемых в нефтяной и газовой промышленности (ГОСТ Р 51906-2002 "Соединения резьбовые обсадных, насосно-компрессорных труб и трубопроводов и резьбовые калибры для них. Общие технические требования").

Недостатком данных способов является то, что в них отсутствуют хладостойкие обсадные трубы диаметром 508 мм, которые необходимы для обустройства газовых и нефтяных скважин, в том числе и для Северных районов Российской Федерации.

В трубной промышленности известен также способ прокатки бесшовных горячекатаных обсадных труб диаметрами 244,5; 298,5; 323,9; 339,7 и 426 мм на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" групп прочности Д, К и Е и труб группы прочности Д_х, К_х и E_x, включающий отливку конусных слитков с прибылью размером 480/500×1700, 540/555×1700 и 570/585×1700 мм и без прибыльных размером 500/470×1700, 555/505×1700 и 585/540 мм, ремонт слитков, сверление центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев их до температуры пластичности, прошивку слитков в гильзы в стане косой прокатки с подъемом по диаметру, прокатку труб на пилигримовом стане с кантовкой гильз - труб на угол 90±10° и подачей гильзы в очаг деформации 18-22 мм, калибровку в калибровочном стане с суммарным обжатием по диаметру до 1,0%, правку на косовалковой правильной машине, электромагнитный контроль, маркировку, первичный контроль, обрезку концов, предварительную приемку, ультразвуковой контроль, ремонт поверхности, ультразвуковой контроль отремонтированных труб, нарезку резьбы, шаблонирование, навертку муфт, гидравлическое испытание, приемку, маркировку, взвешивание и покраску труб (ТУ 14-158-121-2005 "Трубы обсадные с упорной резьбой и муфты к ним" и ТИ 158-Тр.ТБ1-121-86-2007 "Изготовление бесшовных обсадных труб с упорной резьбой и муфты к ним по ТУ 14-158-121-2005".

Недостатком данного способа является то, что он не предусматривает производство труб диаметром 508 мм с толщинами стенок 11,1; 12,7 и 16,1 мм.

Наиболее близким техническим решением является способ прокатки бесшовных горячекатаных обсадных труб размером 426×10-12 мм с упорной резьбой "БАТТРЕСС" - "ОТБТ-426", включающий отливку слитков с прибылью или без прибыли, ремонт слитков, нагрев их до температуры пластичности, прошивку слитков в гильзы в стане косой прокатки со средним подъемом диаметра 10,2%, а по длине слитка от 6,0 до 14,8%, прокатку труб на пилигримовом стане диаметром 244,5; 273,1; 298,5; 323,9; 339,7; 406,4 и 473,1 мм с кантовкой гильз - труб на угол (90±10)°, порезку на пиле на мерные длины, подогрев в газовой роликовой печи, калибровку в калибровочном стане с суммарным обжатием до 1,0%, правку на косовалковой правильной машине, электромагнитный контроль, маркировку, первичный контроль, обрезку концов, предварительную приемку, ультразвуковой контроль, ремонт поверхности, ультразвуковой контроль отремонтированных труб, нарезку резьбы, шаблонирование, навертку муфт, гидравлическое испытание, приемку, маркировку, взвешивание и покраску, при этом прокатку труб производят из слитков стали группы прочности Д без прибыли размером 585/540×1700 мм и слитков с прибылью размером 585/570×1900 мм, конусные бесприбыльные и прибыльные слитки стали группы прочности Д нагревают в методических печах до температуры 1260-1280°С в течение 7,5-9,0 часов с кантовкой через 20-25 мин на угол 135≤α≤225° и выдерживают при данной температуре в течение 25-30 мин, бесприбыльные слитки прошивают в стане косой прокатки с подъемом по диаметру от 5 до 10%, прибыльные с подъемом по диаметру от 2,5 до 5,5%, обсадные трубы группы прочности Д прокатывают на пилигримовом стане с подачей гильзы в очаг деформации 15-20 мм, с коэффициентом полировки от 2,5 до 3,0 и кантовкой гильз - труб на угол (70±5)°, бесшовные горячекатаные обсадные трубы калибруют в калибровочном стане с суммарным обжатием по диаметру 2,4-2,8 мм (патент РФ №2311239, 2007.11.27).

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Данный способ не предусматривает производство труб диаметром 508 мм и не решает технологические вопросы производства труб данного сортамента из конусных слитков с прибылью, слитков ЭШП и кованых заготовок. При прокатке труб размером 508×11,1, 508×12,7 и 508×16,1 мм на пилигримовом стане с подачами 15-20 мм, коэффициенте полировки 2,2-2,5 и угле кантовки 90±10° при третьей кантовке "ус" попадает в "шпронт", т.е. в зазоры между валками и полностью не раскатывается, что приводит к разностенности труб. Так как, прокат труб данного размера на ТПУ 8-16'' будет производиться в калибре 516 мм, который врезан в валок диаметром 1045 мм, то путь отката подающего аппарата составит 1000-1050 мм, вместо 1250-1300 мм при прокатке труб диаметром 426 мм. Для возврата гильзы трубы в исходное положение необходимо снижать обороты двигателя пилигримового стана.

Задачей предложенного способа является производство бесшовных горячекатаных обсадных труб диаметром 508 мм на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами с необходимыми геометрическими размерами для нарезки качественной резьбой.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных горячекатаных обсадных труб диаметром 508 мм на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами, включающем прокатку труб из конусных слитков с прибылью, слитков электрошлакового переплава (ЭШП) и кованых заготовок групп прочности от Д до Т_х, сверление центрального отверстия, нагрев их до температуры пластичности, прошивку их в гильзы в стане косой прокатки, прокатку труб-плетей на пилигримовом стане с кантовкой гильз-труб на угол 90±10°, порезку их пилой горячей резки на мерные длины, подогрев в газовой роликовой печи, калибровку труб в калибровочном стане с суммарным обжатием по диаметру до 1,0%, правку на косовалковой правильной машине, электромагнитный контроль, маркировку, первичный контроль, обрезку концов, предварительную приемку, ультразвуковой контроль отремонтированных труб, нарезку резьбы, шаблонирование, навертку муфт, гидравлическое испытание, приемку, маркировку, взвешивание и покраску, прокатку труб размером 508×11,1 и 508×12,7 мм производят из конусных прибыльных сверленых слитков размером 600-615×100×1650 мм, которые прошивают в стане косой прокатки на оправке диаметром 500 мм в гильзы размером 660×515вн.×3370 мм со средним подъемом диаметра до 8,6%, а по длине конусного слитка от 7,3 до 10%, и прокатывают на пилигримовом стане в трубы размером 508×11,1×23000±250 и 508×12,7×20000±250 мм, разрезают пилой на две равные части, прокатку хладостойких труб размером 508×11,1 и 508×12,7 мм производят из конусных прибыльных сверленых слитков размером 600/615×100×1650 мм, сверленых слитков ЭШП и кованых заготовок размером 600×100×1700 мм, которые прошивают в стане косой прокатки в гильзы размером 660×515вн.×3400 мм с подъемом по диаметру 10% и прокатывают на пилигримовом стане в трубы размером 508×11,1×23000±250 мм и 508×12,7×20000±250 мм, разрезают на две равные части, а прокатку труб размером 508×16,1 мм производят из сверленых слитков ЭШП и кованых заготовок размером 600×100×1325±25 мм, которые прошивают в стане косой прокатки в гильзы размером 660×515вн.×2640±50 мм и прокатывают на пилигримовом стане в трубы размером 508×16,1×12000±300 мм, обсадные трубы размером 508×11,1 и 508×12,7 мм прокатывают на пилигримовом стане с подачей гильзы в очаг деформации 12-14 мм с коэффициентом полировки 2,2-2,5, а хладостойкие обсадные трубы - с подачей 11-13 мм с коэффициентом полировки 2,3-2,6 и скоростью вращения рабочих валков 35-36 об./мин, обсадные трубы размером 508×16,1 мм прокатывают на пилигримовом стане с подачей гильзы в очаг деформации 13-15 мм с коэффициентом полировки 2,5-2,7, а хладостойкие обсадные трубы - с подачей 12-14 мм с коэффициентом полировки 2,6-2,8 со скоростью вращения рабочих валков 35-36 об./мин, прокатку труб размером 508×11,1 мм на пилигримовом стане производят с вытяжкой не более 7,8, труб размером 508×12,7 мм с вытяжкой не более 6,8, а труб размером 508×16,1 с вытяжкой не более 5,4 и с кантовкой гильз - труб на угол 70±5,0°.

Сущность способа заключается в том, что предлагается технологический процесс производства бесшовных горячекатаных обсадных труб размером 508×11,1-16,1 мм на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами, который позволил за счет изменения технологических параметров исходных заготовок, процесса прошивки и прокатки труб на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами впервые в России прокатать обсадные трубы размером 508×11,1, 508×12,7 и 508×16,1 мм не только в обычном, но и в хладостойком исполнении.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства бесшовных горячекатаных обсадных труб диаметром 508 мм на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами, отличается тем, что прокатку труб размером 508×11,1 и 508×12,7 мм производят из конусных прибыльных сверленых слитков размером 600-615×100×1650 мм, которые прошивают в стане косой прокатки на оправке диаметром 500 мм в гильзы размером 660×515вн.×3370 мм со средним подъемом диаметра до 8,6%, а по длине конусного слитка от 7,3 до 10%, и прокатывают на пилигримовом стане в трубы размером 508×11,1×23000±250 и 508×12,7×20000±250 мм, разрезают пилой на две равные части, прокатку хладостойких труб размером 508×11,1 и 508×12,7 мм производят из конусных прибыльных сверленых слитков размером 600-615×100×1650 мм, сверленых слитков ЭШП и кованых заготовок размером 600×100×1700 мм, которые прошивают в стане косой прокатки в гильзы размером 660×515вн.× 3400 мм с подъемом по диаметру 10% и прокатывают на пилигримовом стане в трубы размером 508×11,1×23000±250 мм и 508×12,7×20000±250 мм, разрезают на две равные части, а прокатку труб размером 508×16,1 мм производят из сверленых слитков ЭШП и кованых заготовок размером 600×100×1325±25 мм, которые прошивают в стане косой прокатки в гильзы размером 660×515вн.×2640±50 мм и прокатывают на пилигримовом стане в трубы размером 508×16,1×12000±300 мм, обсадные трубы размером 508×11,1 и 508×12,7 мм прокатывают на пилигримовом стане с подачей гильзы в очаг деформации 12-14 мм с коэффициентом полировки 2,2-2,5, а хладостойкие обсадные трубы - с подачей 11-13 мм с коэффициентом полировки 2,3-2,6 и скоростью вращения рабочих валков 35-36 об./мин, обсадные трубы размером 508×16,1 мм прокатывают на пилигримовом стане с подачей гильзы в очаг деформации 13-15 мм с коэффициентом полировки 2,5-2,7, а хладостойкие обсадные трубы - с подачей 12-14 мм с коэффициентом полировки 2,6-2,8 со скоростью вращения рабочих валков 35-36 об./мин, прокатку труб размером 508×11,1 мм на пилигримовом стане производят с вытяжкой не более 7,8, труб размером 508×12,7 мм с вытяжкой не более 6,8, а труб размером 508×16,1 с вытяжкой не более 5,4 и с кантовкой гильз - труб на угол 70±5,0°. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сравнение заявляемого способа не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что соответствует патентоспособности "изобретательский уровень".

Способ был опробован на трубопрокатной установке 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ". По данному способу были впервые в 2007 г. прокатаны опытно-промышленные прокатки труб размером 508×12,7 и 508×16,1 мм из стали марки 20ХГ2Б и изготовлены трубы группы прочности E_x в хладостойком исполнении, на концы которых была нанесена резьба "БАТТРЕСС".

В июле 2007 г. на ТПА 8-16'' с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" была прокатана опытно-промышленная партия труб размером 508×12,7 и 508×16,1 мм стали марки 20ХГ2Б для изготовления обсадных труб с упорной резьбой "БАТРЕСС" по предлагаемому способу (технологии). В производство были заданы по две заготовки размером 600×100×1700 и 600×100×1350 мм. Для изготовления заготовок использовались поковки размером 630×1700 и 630×1350 мм из стали марки 20ХГ2Б пл. №156600 и 156601, поставленных ОАО "ЧМК" по протоколу №1951. Поковки на ОАО "ЧТПЗ" были обточены и просверлены в заготовки размером 600×100×1700 и 600×100×1350 мм. Одна поковка размером 630х1350 мм была поставлена для прокатки трубы размером 535×30 мм для изготовления муфт наружным диаметром 533,4 длиной 228 мм. По загрязненности поковки соответствовали протоколу №1951, ТУ 14-158-121-2005 и API 5CT. Четыре заготовки под прокатку обсадных труб нагревались в методической печи №1. Температура центра заготовок на выдаче из печи составила 1280-1290°С. Заготовки в соответствии с п.1 формулы изобретения были прошиты в гильзы, а затем в соответствии с п.п.2-4 формулы изобретения прокатаны на пилигримовом стане в трубы диаметром 513-514 мм (в горячем состоянии), которые были подогреты в газовой роликовой печи и прокалиброваны в 5-ти клетевом стане в трубы диаметром 508 мм. Данные по опытно-промышленной прокатки обсадных труб размером 508×12,7 и 508×16,1 мм из кованых заготовок стали марки 20ХГ2Б приведены в таблице. Из таблицы видно, что в процессе прокатки получены 4 трубы размером 508×12,7×10075-10125 мм и две трубы размером 508×16,1×12150-12300 мм. После прокатки трубы прошли все стадии технологического процесса и направлены на термообработку. Нормализация в секционной печи при температуре 920-950°С, выдержка в течение 20 минут, охлаждение на воздухе. Закалка и отпуск труб на индукционной установке по двухпроходному маршруту по режиму: закалка от 830±30°С в спрейере с давлением воды 5-8 атм; отпуск при температуре 650±30°С и охлаждением в спрейере с давлением воды 1-3 атм; скорость движения труб 0,4-1,0 м/мин (фактическая скорость составила 0,8 м/мин). Охлаждение труб в воде после отпуска применялось для исключения проявления обратимой отпускной хрупкости стали (ООХ).

Микроструктура металла труб в закаленном и отпускном состоянии представляла собой феррит и сорбит с зерном 10-8,0 балла и удовлетворяло требованиям ТУ 14-158-121-2005. После термической обработки и предварительной приемки трубы были направлены на нарезку резьбы. Резьбу нарезали на станках фирмы "Берарди" по специально разработанным программам ЧПУ в соответствии с требованиями API 5CT и ТУ 14-158-121-2005, после нарезки резьбы трубы прошли шаблонирование, навертку муфт, гидроиспытание, взвешивание и приемку. Трубы по всем показателям отвечали требованиям API 5CT и ТУ 14-158-121-2005.

Таким образом, впервые в РФ и мировой практике, на ТПУ с пилигримовыми станами получены трубы размером 508×12,7 и 508×16,1 мм, на которые была нарезана резьба "БАТРЕСС", а результаты проведенного эксперимента подтвердили теоретические обоснования и правомерность формулы изобретения "Способ производства бесшовных горячекатаных обсадных труб диаметром 508 мм на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами" за счет рационального применения технологических параметров слитков и заготовок, прошивки их в гильзы в станах косой прокатки, прокатки труб на пилигримовом стане, калибровке труб в пятиклетевом калибровочном стане и режимов термической обработки.

Использование предложенного способа производства бесшовных горячекатаных обсадных труб диаметром 508 мм на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами позволит освоить производство необходимых труб для нефтяной и газовой промышленности России.