Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ОБСАДНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 508×11,1, 508×12,7 И 508×16,1 мм НА ТПУ 8-16" С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ В ОБЫЧНОМ И ХЛАДОСТОЙКОМ ИСПОЛНЕНИЯХ

Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к способу производства бесшовных горячекатаных обсадных труб размером 508×11,1, 508×12,7 и 508×16,1 мм в обычном и хладостойком исполнениях, и может быть использовано при производстве бесшовных горячекатаных обсадных труб диаметром 508 мм на трубопрокатной установке 8-16" с пилигримовыми станами.

В трубном производстве известны способы производства обсадных бесшовных труб в обычном исполнении 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", ТУ14-3-1575-88 "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 в обычном исполнении, 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 не только в хладостойком исполнении, но и в обычном исполнении.

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, PI 10 и Q125^d групп прочности Р, S, L, В и Ε (Спецификация на обсадные и насосно-компрессорные трубы. Спецификации API 5СТ, седьмое издание, октябрь, 2001. IS011960:2001. 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 Ρ 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 обсадные трубы диаметром 508 мм в хладостойком исполнении, 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" в обычном исполнении групп прочности Д, К и Ε и в хладостойком исполнении группы прочности Д_х, К_х и Е_х, включающий отливку конусных слитков с прибылью размером 480/500×1700, 540/555×1700, 570/585×1700, 600/615×1700 мм и без прибыльных размером 500/470×1700, 555/505×1700 и 585/540×1700 мм, ремонт слитков, сверление центрального отверстия диаметром 100±5 мм на глубину 1100-1450 мм (1100-1200 мм до усадочной раковины в бесприбыльных слитках и 1350-1450 мм в прибыльных слитках), 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 не только в хладостойком, но и в обычном исполнении.

Наиболее близким техническим решением является способ прокатки бесшовных горячекатаных обсадных труб размером 425×10-12 мм под нарезку упорной резьбы "БАТТРЕСС", включающий отливку слитков с прибылью, без прибыли или непрерывно-литых заготовок, сверление центрального отверстия на глубину 1100-1450 мм в зависимости от вида слитков, нагрев их до температуры пластичности, прошивку в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатку труб на пилигримовом стане, калибровку в калибровочном стане и на прессах для калибровки концов, при этом при изготовлении обсадных труб размером 426×10-12 мм под нарезку упорной резьбы "БАТТРЕСС" для калибровки концов на номинальный наружный диаметр 426 мм в холодном состоянии с предельными отклонениями от номинального значения плюс 1,0%, минус 0,5% калибровку труб в калибровочном стане и на прессах для калибровки производят на минимальный наружный диаметр в холодном состоянии, значение которого больше номинального на 0,4 мм (Патент РФ №2303499 С2, В21В 21/00, 27.07.2007).

Однако, известный способ имеет следующие недостатки. Данный способ не предусматривает производство труб диаметром 508 мм и не решает технологические вопросы производства труб данного сортамента в обычном и хладостойком исполнениях из конусных слитков с прибылью. При прокатке труб размером 508×11,1, 508×12,7 и 508×16,1 мм на пилигримовом стане с подачами 18-22 мм 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 повышенной 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 размером 508×11,1, 508×12,7 и 508×16,1 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в обычном и хладостойком исполнениях с необходимыми геометрическими размерами для нарезки качественной резьбой.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных горячекатаных обсадных труб размером 508×11,1, 508×12,7 и 508×16,1 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в обычном и хладостойком исполнениях, включающем сверление в конусных прибыльных слитках размером 600/615×100×1500 с удаленной огневым способом или анодно-механической резкой прибылью сквозного центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев слитков до температуры пластичности, прошивку в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 500 мм в гильзы размером 670хвн. 515×2850 мм со средним подъемом диаметра до 10,3%, а по длине конусного слитка от 8,9 до 11,7%, и прокатку на пилигримовом стане в трубы размером 508×11,1×20500±250, 508×12,7×18500±250 и 506×16,1×13500±250 мм, при этом трубы размером 508×11,1×20500±250 и 508×12,7×18500±250 мм разрезают пилой горячей резки на две равные части, а прокатку обсадных труб на пилигримовом стане производят со скоростью вращения рабочих валков 32-36 оборотов в минуту. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства бесшовных горячекатаных обсадных труб размером 508×11,1, 508×12,7 и 508×16,1 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в обычном и хладостойком исполнениях отличается тем, что в конусных прибыльных слитках размером 600/615×100×1500 с удаленной огневым способом или анодно-механической резкой прибылью сверлят сквозное центральное отверстие диаметром 100±5 мм, нагрев слитков производят до температуры пластичности, прошивку в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 500 мм в гильзы размером 670хвн.515×2850 мм со средним подъемом диаметра до 10,3%, а по длине конусного слитка от 8,9 до 11,7%, и прокатку на пилигримовом стане в трубы размером 508×11,1×20500±250, 508×12,7×18500±250 и 506×16,1×13500±250 мм, при этом трубы размером 508×11,1×20500±250 и 508×12,7×18500±250 мм разрезают пилой горячей резки на две равные части, а прокатку обсадных труб на пилигримовом стане производят со скоростью вращения рабочих валков 32-36 оборотов в минуту. 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 впервые в 2008 г. была проведена опытно-промышленная прокатка труб размером 508×12,7 мм из стали марки 20ХГ2Б и изготовлены трубы группы прочности Е_х в хладостойком исполнении, на концы которых была нанесена резьба "БАТТРЕСС".

В сентябре 2008 г. на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" была прокатана опытно-промышленная партия труб размером 508×12,7 мм из стали марки 20ХГ2Б для изготовления обсадных труб с упорной резьбой "БАТРЕСС" по существующей и предлагаемой технологии (способу). В производство были заданы 32 прибыльных слитка (одна плавка) размером 600/615×1950 мм мартеновского производства ОАО "ЧТПЗ". От 16 слитков огневым способом по существующей технологии была удалена часть прибыли (высотой 250 мм), а от 16 слитков (по предлагаемой технологии) прибыль была удалена полностью. По существующей технологии с донного конца произвели сверление в центральной части слитка диаметром 100±5 мм на глубину 1350-1450 мм, а по предлагаемой технологии в слитках просверлили сквозное центральное отверстие диаметром 100±5 мм. Слитки были посажены в печь №2 (сначала 16 слитков размером 600/1650×1700 мм с глубиной сверления 1350-1450 мм, а затем 16 слитков размером 600/615×100×1500 мм со сквозным сверлением). Слитки в течении 8,5-9,5 часов были нагреты до температуры 1280-1290°С. Слитки в прошивной стан задавались донным (сверленым) концом вперед. По существующей технологии при прошивке слитков с конусной прибыльной частью на оправке диаметром 500 мм на гильзах образовываются треугольники. Поэтому процесс прошивки вели за две операции, т.е. прошивку на оправке диаметром 275 мм и повторную прошивку - раскатку на оправке диаметром 500 мм. По существующей технологи слитки размером 600/615×100×1700 мм сначала прошивались на оправке диаметром 275 мм в гильзы размером 620×290вн.×2000 мм, которые с горячего посада садились в печь №2. Общее время первой прошивки 16 слитков составило 1 час 36 минут, т.е. средняя скорость прошивки составила 10 слитков в час. В процессе прошивки оба пилигримовых стана простаивали. Общее время простоя пилигримовых станов составило 3,2 стано-часа. Гильзы в течение 5,5-6,0 часов повторно были нагреты до температуры 1280-1290°С и снова прошиты - раскатаны в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 500 мм в гильзы размером 660×515вн.×3400 мм. В процессе раскатки на двух гильзах наблюдалось образование треугольников. Гильзы были прошиты - дошиты на пониженных оборотах валков прошивного стана. Гильзы размером 660×515вн.×3400 мм были прокатаны на стане №2 в трубы размером 508×12,7×20000±250 мм. В процессе повторной прошивки и прокатки из печи №1 выдавались заготовки размером 630×100×1500 мм из стали марки 20, которые прошивались в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 500 мм в гильзы размером 660хвн.515×3300 мм и прокатывались на стане №1 в котельные трубы размером 530×25 мм по ТУ10-3Р-55-2001, т.е. простои пилигримовых станов отсутствовали.

По существующей технологии среднее время прокатки гильз размером 660хвн.515×3400 мм в трубы размером 508×12,7×20000±250 мм при средней подачи гильзы в очаг деформации 17 мм и 38 оборотов валков в минуту составило 358 секунд - 5 мин 58 сек (время на затравку - 30 сек + установившее время прокатки - 316 сек + время обкатки пилигримовой головки - 12 сек). За данный период времени температура гильзы с толщиной стенки 72,5 мм снижается с 1200°С до 800°С и ниже. Повышение величины подачи приводит к увеличению поперечной и продольной разностенности, а увеличение времени прокатки, т.е. прокатка труб при температуре 800°С и ниже приводит к продольной разностенности труб, что, в свою очередь, приводит к повышенному количеству перерезов труб по разностенности в отделке. Увеличение количества оборотов валков невозможно из-за малого пути отката подающего аппарата 1000-1050 мм при прокатке труб диаметром 508 мм в калибре 516 мм в валках с диаметром бочки 1045 мм. Поэтому прокатку труб на пилигримовом стане производили при 38 оборотах валков в минуту. Количество перерезов (отрезов) по толщине стенки (повышенной разностенности) составило 18, в результате которых в отходы по поперечной разностенности отрезано 5,6 м труб. Из данной партии труб в отделочной части цеха принято в соответствии с ГОСТ 632-80 -267,7 м труб общей массой 41,5 тн. Расходный коэффициент металла составил 1,381.

По предлагаемой технологии слитки размером 600/615×100×1500 мм прошивали в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 500 мм в гильзы размером 670×515вн.×2850 мм без образования треугольников. Прокатку труб производили на стане №2, а на стане №1 продолжали прокатку котельных труб из стали марки 20 размером 530×25 мм из гильз размером 670×515×3070 мм. По предлагаемой технологии, при средней подачи гильзы в очаг деформации 15 мм и 36 оборотов валков в минуту, общее среднее время прокатки одной гильзы в трубу размером 508×12,7×18500±250 мм составило 348 секунды - 5 мин 48 сек (время на затравку - 25 сек + установившее время прокатки - 316 се. + время обкатки пилигримовой головки - 7 сек). За данный период времени температура гильзы с толщиной стенки 77,5 мм снижалась с 1200 до 800-850°С, т.е. процесс докатки (обкатки) пилигримовых головок проходил при более высокой температуре. Поэтому для стабилизации пути отката прокатку труб на пилигримовом стане производили при 36 оборотах валков в минуту. В отделочной части от 32 труб по поперечной разностенности было произведено 3 перереза. Из данной партии труб принято в соответствии с ГОСТ 632-80 - 273,3 м труб общей массой 42,4 тн. Расходный коэффициент металла составил 1,352. Данные по опытно-промышленной прокатке обсадных труб размером 508×12,7 из слитков стали марки 20ХГ2Б приведены в таблице 1. Из таблицы видно, что в процессе прокатки по предлагаемой технологии из слитков мартеновского производства ОАО "ЧТПЗ" размером 600/615×100×1500 мм со сквозным сверлением получены за одну прошивку качественные гильзы размером 670×515вн.×2850 мм, из которых на пилигримовом стане прокатаны трубы размером 508×12,7×18500±250 мм. Из-за снижения обрези по разностенности труб получено снижение расходного коэффициента металла на 29 кг на каждой тонне труб. 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 удовлетворяла 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 5СТ 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 5СТ и ТУ14-158-121-2005.

Таким образом, впервые в РФ и мировой практике из слитков размером 600/615×100×1500 мм стали марки 20ХГ2Б производства ОАО "ЧТПЗ" за одну прошивку в стане поперечно-винтовой прокатки получены качественные гильзы размером 670×515вн.×2850 мм, из которых на ТПУ с пилигримовыми станами получены качественные трубы размером 508×12,7×18500±2500 мм группы прочности Е_х. Получено снижение расходного коэффициента металла на 29 кг на каждой тонне труб. На трубах бала нарезана резьба "БАТРЕСС", а результаты проведенного эксперимента подтвердили теоретические обоснования и правомерность формулы изобретения "Способ производства бесшовных горячекатаных обсадных труб размером 508×11,1, 508×12,7 и 508×16,1 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в обычном и хладостойком исполнениях" за счет рационального выбора технологических параметров слитков, технологии прошивки их в гильзы в стане поперечно-винтовой прокатки, прокатки труб на пилигримовом стане, калибровке труб в пяти клетевом калибровочном стане и режимов термической обработки.

Использование предложенного способа производства бесшовных горячекатаных обсадных труб размером 508×11,1, 508×12,7 и 508×16,1 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в обычном и хладостойком исполнениях позволит освоить производство необходимых труб для нефтяной и газовой промышленности России из слитков размером 600/615×100×1500 мм, значительно снизить трудоемкость их производства, снизить расходный коэффициент металла, снизить стоимость передела, а следовательно, снизить стоимость труб.