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