AKADEMIA GÓRNICZO –
HUTNICZA
WYDZIAŁ WIERTNICTWA, NAFTY I GAZU
AKADEMIA GÓRNICZO –
HUTNICZA
WYDZIAŁ WIERTNICTWA, NAFTY I GAZU
RURY
OKŁADZINOWE
RURY
OKŁADZINOWE
Przygotował:
prof. dr hab. inż. Stanisław
Stryczek
Przygotował:
prof. dr hab. inż. Stanisław
Stryczek
RURY
OKŁADZINOWE
TEZY WYKŁADU
1. Charakterystyka rur okładzinowych,
2. Stale do produkcji rur okładzinowych,
3. Typy połączeń rur okładzinowych,
3.1. połączenia gwintowe rur okładzinowych,
3.2. rury okładzinowe łączone przez spawanie
RURY
OKŁADZINOWE
CHARAKTERYSTYKA RUR OKŁADZINOWYCH
W zależności od sposobu wytwarzania rur
okładzinowych rozróżnia się rury:
walcowane
(
bez szwu
)
spawane
Rury walcowane
stanowią większość rur
przeznaczonych do wierceń prowadzonych w
poszukiwania złóż ropy naftowej i gazu. Wykonuje się
je techniką obróbki plastycznej na gorąco. W celu
uzyskania dużych dokładności kształtów i wymiarów
oraz odpowiednich właściwości mechanicznych, rury te
poddawane są dodatkowo obróbce na zimno.
RURY
OKŁADZINOWE
CHARAKTERYSTYKA RUR OKŁADZINOWYCH –
c.d.
Rury spawane
(
w zasadzie tylko rury o dużych
średnicach
) wykonuje się stosując:
spawanie przez prasowanie na gorąco brzegów
wzdłuż rury. Tak wykonane rury przechodzą przez
odpowiednie walce, gdzie wraz z przemieszczaniem
trzpienia wewnętrznego wygładzona zostaje ich
powierzchnia wewnętrzna i zewnętrzna;
spawanie elektryczne, tj. kontaktowe, pod dociskiem
lub przez zgrzewanie bez użycia obcego materiału
łączącego. Wykonane w ten sposób rury mogą być
poddawane obciążeniom porównywalnym z
dopuszczalnymi obciążeniami rur walcowanych.
RURY
OKŁADZINOWE
CHARAKTERYSTYKA RUR OKŁADZINOWYCH –
c.d.
Normy
API
i
PN
obejmujące stale do produkcji rur
okładzinowych, szczególnie stale o wyższej
jakości (
granicy plastyczności wyższa niż 568
MPa
), podają jedynie wymagania co do
właściwości mechanicznych
materiału.
Oznaczenia stali (
marki stali
) stosowane w tych
normach nie są więc symbolami gatunków stali,
lecz tylko ich
odmian wytrzymałościowych
.
Rury używane w tych wierceniach powinny
odznaczać się wysoką wytrzymałością na
rozciąganie, co zależy od twardości stali i granicy
jej plastyczności.
RURY
OKŁADZINOWE
STALE DO PRODUKCJI RUR OKŁADZINOWYCH
Odmian
a
wytrzy
m. stali
Kod paskowy
Granica
plastyczności
Re
Granica
wytrzymałoś
ci
na
rozciąganie
Rm
Specyfikacj
a
API
min
max
MPa/PSI
MPa/PSI
MPa/PSI
J-55
zielony
380/55000
550/80000
520/75000
5CT
K-55
zielony/zielony
380/55000
550/80000
660/95000
C-75
niebieski
515/75000
620/90000
660/95000
L-80
czerwony/brązowy/czer
wony
550/80000
655/95000
660/95000
N-80
czerwony
550/80000
760/110000
690/100000
MW-C-90
liliowy
620/90000
725/105000
690/100000
C-95
brązowy
655/95000
760/110000
720/105000
MW-C-95
brązowy/czerwony/brąz
owy
655/95000
760/110000
760/110000
P-110
biały
760/110000
965/140000
860/125000
MW-125
biały/zielony/biały
860/125000
1030/15000
0
930/135000
MW-140
biały/niebieski/biały
965/140000
1140/16500
0
1030/150000
V-150
biały/biały
1035/15000
0
1240/18000
0
1100/160000
MW-155
biały/czerwony/biały
1070/15500
0
1240/18500
0
1140/165000
RURY
OKŁADZINOWE
STALE DO PRODUKCJI RUR OKŁADZINOWYCH –
c.d.
Istotnym udogodnieniem
w identyfikacji rur,
szczególnie w warunkach
terenowych, jest
barwny kod
paskowy
, sporządzony dla
różnych odmian
wytrzymałościowych rur
okładzinowych.
Pozwala on bardzo łatwo i
szybko zidentyfikować daną
rurę, uniknąć ewentualnej
pomyłki oraz skrócić czas
zestawiania kolumny rur
okładzinowych.
RURY
OKŁADZINOWE
STALE DO PRODUKCJI RUR OKŁADZINOWYCH –
c.d.
Physical
Properties of
API – and MW -
Grades
RURY
OKŁADZINOWE
STALE DO PRODUKCJI RUR OKŁADZINOWYCH –
c.d.
Rury okładzinowe ze stali odmiany
H-40 i J-55
wykonuje się ze
stali węglowych
. Ich właściwości
mechaniczne wynikają głównie ze składu chemicznego,
a nie obróbki cieplnej.
Do produkcji rur ze stali
C, N i P
można stosować:
1.
Stale stopowe
oraz obróbkę cieplną (
normalizowanie
lub normalizowanie z odpuszczaniem
)
2.
Stale węglowe
lub niskostopowe oraz ulepszane
cieplnie (
hartowane i odpuszczane
)
Wymagane właściwości
fizyczno-mechaniczne
omawianych odmian wytrzymałościowych stali osiąga
się więc, przez:
zastosowanie odpowiedniego składu chemicznego,
obróbkę cieplną
RURY
OKŁADZINOWE
STALE DO PRODUKCJI RUR OKŁADZINOWYCH –
c.d.
Zakres zmian temperatury, [
0
C]
P
ro
ce
n
to
w
e
zm
n
ie
js
ze
n
ie
w
ar
to
œ
ci
R
e,
[
%
]
70
75
80
85
90
95
100
50
100
150
200
K-55
C-75
N-80
C-95
P-110
MW-125
Zależność ta, różna dla różnych stali, występuje już w
zakresie temperatur panujących w otworach wiertniczych
RURY
OKŁADZINOWE
STALE DO PRODUKCJI RUR OKŁADZINOWYCH –
c.d.
POLSKA NORMA
PN-93/H74233
Według PN-93/H74233 wyróżnia się następujące grupy
rur okładzinowych normalnośrednicowych bez szwu:
1. W zależności od
obróbki cieplnej i wytrzymałości
:
Grupa
Odmiana
wytrzymałościowa
Obróbka cieplna
I
H-40
J-55
K-55
N-80
bez obróbki cieplnej
bez obróbki cieplnej
bez obróbki cieplnej
bez obróbki cieplnej
II
L-80-1
hartowanie i odpuszczanie
III
P110
hartowanie i odpuszczanie
lub normalizowanie i
odpuszczanie
IV
Q-125-1
hartowanie i odpuszczanie
RURY
OKŁADZINOWE
STALE DO PRODUKCJI RUR OKŁADZINOWYCH –
c.d.
POLSKA NORMA
PN-93/H74233
Według PN-93/H74233 wyróżnia się następujące grupy
rur okładzinowych normalnośrednicowych bez szwu:
2. W zależności od
długości
:
Rury I zakresu stosowane są zwykle w otworach powyżej
400 mm. Rury okładzinowe produkowane są z różnych
gatunków stali, charakteryzujących się różnymi własnościami
mechanicznymi.
Zakres długości
[m]
Oznaczenie zakresu długości
4.9-7.6
RI
7.6-10.4
RII
10.4-14.6
RIII
RURY
OKŁADZINOWE
STALE DO PRODUKCJI RUR OKŁADZINOWYCH –
c.d.
POLSKA NORMA
PN-93/H74233
Według PN-93/H74233 wyróżnia się następujące grupy
rur okładzinowych normalnośrednicowych bez szwu:
3. W zależności od
rodzaju połączenia gwintowanego
:
rury z gładkimi końcówkami
- P
rury z gwintami krótkimi
- S
rury z gwintami długimi
- L
rury z gwintami trapezowymi
- B
rury z gwintami krótkimi
- L
rury z gwintami krótkimi i złączkami
- Sz
rury z gwintami długimi i złączkami
- Lz
rury ze spęczonymi końcami z gwintami
gazoszczelnymi - Bz
RURY
OKŁADZINOWE
STALE DO PRODUKCJI RUR OKŁADZINOWYCH –
c.d.
POLSKA NORMA
PN-93/H74233
Przykład oznaczenia rury okładzinowej
normalnośrednicowej bez szwu walcowanej na gorąco
z gwintami trapezowymi i złączkami o średnicy
zewnętrznej 168.3 mm grubości ścianki 10.6 mm
i długości 7600-10400 mm odmiany
wytrzymałościowej P-110
RURA OKŁADZINOWA Bz 168,3x10,6 xRII P-110
PN-93/H74233
RURY
OKŁADZINOWE
STALE DO PRODUKCJI RUR OKŁADZINOWYCH –
c.d.
POLSKA NORMA
PN-93/H74233
Podstawowe właściwości stali oraz oznaczenia kodem
paskowym według
PN-93/H74233
zestawiono w tabeli:
Odmiana
wytrzymało
ściowa stali
Kod paskowy
Granica
plastyczności
R
e
Granica
wytrzymałości
na rozciąganie
R
m
min
max
MPa
MPa
MPa
H-40
bez znakowania
276
552
414
J-55
zielony
379
552
517
K-55
zielony/zielony
379
552
655
N-80
czerwony
552
758
689
L-80-1
czerwony/brązo
wy
552
655
655
P-110
biały
758
965
862
Q-125-1
pomarańczowy
860
1035
960
RURY
OKŁADZINOWE
TYPY POŁĄCZEŃ RUR OKŁADZINOWYCH
Połączenia rur okładzinowych
można podzielić na:
połączenia gwintowe
połączenia spawane
RURY
OKŁADZINOWE
TYPY POŁĄCZEŃ RUR OKŁADZINOWYCH – c.d.
Połączenia rur okładzinowych można podzielić na:
1. Uwzględniając
kryterium normalizacji
:
objęte normami API i PN;
nie objęte normami API i PN;
2. Uwzględniając
budowę konstrukcyjną złącza
:
z połączeniem złączkowym;
z połączeniem kielichowym.
RURY
OKŁADZINOWE
TYPY POŁĄCZEŃ RUR OKŁADZINOWYCH – c.d.
Połączenia gwintowe objęte normami API:
1.
złączkowe:
z gwintem
krótkim
trójkątnym zaokrąglonym
Short
API-8 Rd;
z gwintem
długim
trójkątnym zaokrąglonym
Long API-
8 Rd;
z gwintem
trapezowym
niesymetrycznym
Buttress;
2.
kielichowe:
symetrycznym Extreme - Line
RURY
OKŁADZINOWE
TYPY POŁĄCZEŃ RUR OKŁADZINOWYCH – c.d.
Konstrukcje i podstawowe wymiary połączeń rur
okładzinowych objętych normami API
RURY
OKŁADZINOWE
TYPY POŁĄCZEŃ RUR OKŁADZINOWYCH
POŁĄCZENIA OBJĘTE NORMAMI API I PN
połączenia złączkowe API z gwintem stożkowym
zaokrąglonym;
połączenia złączkowe Butress;
połączenia kielichowe Extreme – Line.
RURY
OKŁADZINOWE
TYPY POŁĄCZEŃ RUR OKŁADZINOWYCH
Połączenia złączkowe API z gwintem stożkowym
zaokrąglonym;
Rury okładzinowe z połączeniami
złączkowymi z gwintem stożkowym
zaokrąglonym charakteryzują się:
• niską wytrzymałością na rozciąganie
połączenia gwintowego wynoszącą w
przypadku gwintu krótkiego 54-85 %, a
gwintu długiego 60-96 % wytrzymałości
rury gładkiej,
• małą szczelność połączenia,
• nagłą zmianą i powiększeniem o około
20 mm średnicy zewnętrznej kolumny rur
na połączeniach,
• trudnością we współosiowym ustawieniu
rur w czasie skręcania połączeń,
• możliwością zacierania się gwintów przy
kilkukrotnym rozkręcaniu i skręcaniu
RURY
OKŁADZINOWE
TYPY POŁĄCZEŃ RUR OKŁADZINOWYCH
Połączenia złączkowe
Buttress
Połączenie rur okładzinowych typu
Buttress jest połączeniem złączkowym i
posiada następujące zalety:
• rury z tym połączeniem używa się w
przypadku dużych obciążeń osiowych,
• wytrzymałość na rozciąganie połączeń
tego typu w stosunku do wytrzymałości
rury gładkiej wynosi 85-99 % i zwiększa się
w połączeniach o mniejszych średnicach,
• połączenie to odznacza się dużą
szczelnością ze względu na minimalne
(
rzędu 0,03 mm
) luzy konstrukcyjne między
gwintem czopa i mufy, które można
wypełniać smarem uszczelniającym,
• połączenie to jest gazoszczelne w
zakresie ciśnień do 40 MPa, natomiast jest
w pełni szczelne dla wody.
RURY
OKŁADZINOWE
TYPY POŁĄCZEŃ RUR OKŁADZINOWYCH
Połączenia Extreme - Line
Rury okładzinowe z połączeniem kielichowym
Extreme-Line (bezzłączkowe) stosuje się w
przypadku:
• wiercenia otworów gazowych,
• konieczności zapuszczania rur i cementowania
ich przy bardzo małym prześwicie,
• konieczności zapuszczania rur pod ciśnieniem
przez głowice przeciwwybuchowe,
• przewiercania niestabilnych skał, skłonnych
do obwałów (rury te traktowane są jako przewód
wiertniczy)
Do zalet połączenia E-L zalicza się:
• gazoszczelność, nawet po kilkukrotnym
rozkręcaniu złącza,
• prawie gładki z zewnątrz obrys kolumny,
• mniejsze niż w połączeniach złączkowych
średnice zewnętrzne połączenia,
• duża wytrzymałość połączenia na obciążenia
wynoszące blisko 100% wytrzymałości rury
gładkiej.
RURY
OKŁADZINOWE
TYPY POŁĄCZEŃ RUR OKŁADZINOWYCH – c.d.
Połączenia nie objęte normami API:
1.
złączkowe:
Hydril -
CTS,CTS-4
Mannesmann -
BDS, BIG Omega,
NL Atlas Bradford -
Modified, TC-4S
Vallourec -
VAM ATAC
Armco -
Armco Seal-Lock
inne...
2.
kielichowe:
Hydril -
NCT,Super EU,Tripelseal, Super FJ, Super FJ-P,FJ,40 FJ-WP,
521, 511,MAC
Mannesmann -
BDS-IJ, Omega, MUST
NL Atlas Bradford -
FL-4S, IJ-4S, TC-4S
Vallourec -
VAM FJL
inne..
RURY
OKŁADZINOWE
TYPY POŁĄCZEŃ RUR OKŁADZINOWYCH – c.d.
Najważniejszymi cechami charakterystycznymi rur
okładzinowych, które decydują o ich własnościach
użytkowych są:
wytrzymałość połączeń gwintowych na rozluźnienie;
szczelność połączeń gwintowych;
średnice zewnętrzne i wewnętrzne połączeń;
łatwość eksploatacji połączeń;
cena jednostkowa rur z połączeniami danego typu.
RURY
OKŁADZINOWE
TYPY POŁĄCZEŃ RUR OKŁADZINOWYCH – c.d.
Rury okładzinowe łączone przez spawanie:
Normy obowiązujące w zakresie produkcji rur
okładzinowych i ich połączeń nie obejmują konstrukcji
rur do
łączenia przez spawanie
.
Istnieją natomiast
tego rodzaju konstrukcje opracowane przez
użytkowników rur.
W zależności od wymagań co do wytrzymałości rur
okładzinowych opracowano kilka zasadniczych odmian
konstrukcyjnych połączeń
spawanych
.
RURY
OKŁADZINOWE
TYPY POŁĄCZEŃ RUR OKŁADZINOWYCH – c.d.
Rury okładzinowe łączone przez spawanie – c.d.
kielichowe spawane
złączkowe spawane
dwukielichowe spawane
spawane na styk
spawanie rur typu czop - mufa
RURY
OKŁADZINOWE
TYPY POŁĄCZEŃ RUR OKŁADZINOWYCH – c.d.
Rury okładzinowe łączone przez spawanie – c.d.
Połączenia dwukielichowe
spawane:
a) z pierścieniem
centrującym
b) bez pierścienia
centrującego
Połączenia kielichowe spawane:
Połączenia
złączkowe
spawane
a) ze spawem pachwinowym lub
miseczkowym
b) Sposób i miejsce wykonania na kielichu
wyżłobień w celu dokonania
wzmacniającego spawania punktowego
RURY
OKŁADZINOWE
TYPY POŁĄCZEŃ RUR OKŁADZINOWYCH – c.d.
Rury okładzinowe łączone przez spawanie – c.d.
Połączenia spawane typu czop –
mufa:
a – końce rur ze ścięciem
jednostronnym, przygotowane do
spawania
b – połączenie spawane ze ścięciem
symetrycznym końców rur
c – połączenie spawane ze ścięciem
jednostronnym
Konstrukcja końców rur do spawania na styk:
a – z symetrycznym ścięciem łączonych
końców rur
b – ze ścięciem niesymetrycznym – tylko
końca rury górnej
DZIĘKUJĘ
ZA UWAGĘ
DZIĘKUJĘ
ZA UWAGĘ