V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Введение

Бурение скважин - это процесс сооружения направленной цилиндрической горной выработки в земле с помощью специального бурового оборудования. Самая глубокая в мире вертикальная скважина находится на Кольском полуострове, ее глубина составляет 12262м. Бурение этой скважины велось трубами производства Таганрогского металлургического завода. Самой глубокой в мире наклонной скважиной длиной 12345 метров, является нефтяная скважина месторождения Одопту-море проекта Сахалин-1, пробуренная под острым углом к поверхности земли.

При проходке скважины на бурильную колонну, собранную из труб с бурильными замками, действуют сильные знакопеременные нагрузки и коррозия в среде сероводорода. Интервал рабочих температур лежит в диапазоне от –60 до 200°C. 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. Такие специфические свойства достигаются при помощи термической обработки труб.

I.Термическая обработка труб на ОАО «ТАГМЕТ»

1.1 Сущность термической обработки

Термическая обработка металлов и сплавов применяется уже несколько тысячелетий. Однако существование связи между тепловым воздействием, внутренним строением и свойствами металлов было установлено в XIX веке великим русским ученым-металлургом

П. П. Аносовым (1709-1851г.г.), создателем знаменитой булатной стали. Работы Д.К. Чернова (1839-1921г.г.), опубликованные в 1868г. и последующие годы, положили начало перехода металловедения и термической обработки от практического искусства к научному подходу, тесно связанному с практикой. Начиная с 1900г. интенсивно развивается теория фазовых превращений в стали, на основе которой разрабатываются практические вопросы термической обработки технически важных металлов и сплавов.

Цель термической обработки заключается в формировании с помощью теплового воздействия структуры металла, с нужными прочностными, пластическими и другими свойствами и выравнивании химического состава по его сечению. Это достигается нагревом до определенной температуры, выдержкой и последующим охлаждением с определенной скоростью. По современной классификации различают четыре основных вида термической обработки: отжиг 1 рода, отжиг 2 рода, закалка, отпуск. В результате термообработки в металле происходят структурные изменения.

Отжиг-это процесс термической обработки, состоящий в нагреве стали до определенной температуры, выдержке при ней и последующем медленном охлаждении с целью получения более равновесной структуры. Особенностью отжига является медленное охлаждение.При этом в металле снимается напряжения и восстанавливается пластичность.

Закалка - это процесс термической обработки, при которой сталь нагревают до оптимальной температуры, выдерживают при этой температуре и затем быстро охлаждают с целью получения неравновесной структуры. В результате закалки - повышается прочность и твердость и понижается пластичность конструкционных сталей. Качество закалки зависит от температуры и скорости нагрева, времени выдержки и охлаждения.

Отпуск преследует цель устранить внутренние напряжения в закаленной стали.. Эти напряжения могут вызвать изменение формы, размеров или даже разрушение трубы. При отпуске происходит уменьшение прочностных свойств стали и повышение ее вязкости.

1.2 Агрегаты для термической обработки металла

Для термической обработки труб существует три основных типа технологических агрегатов- секционные печи, печи с шагающими балками и установки индукционного нагрева.

Особенность труб — большая величина отношения поверхности к массе. Это создает все условия для применения скоростного нагрева. Такой нагрев осуществляется в секционных печах. Продолжительность нагрева в таких печах сведена к минимуму, благодаря чему снижается окисление и обезуглероживание. Секционные печи состоят из ряда устанавливаемых в одну линию камер-секций. Число их в больших печах составляет до30. Трубы движутся через печь в один ряд последовательно, одновременно вращаясь вокруг своей оси. Это способствует равномерному нагреву и предотвращает искривление. Термическая обработка труб в секционных газовых печах это классический способ.

В печах с шагающими балками можно подвергать нагреву трубы с утолщенными концами без искривления их оси. С этой целью утолщенные концы труб располагаются между балками. Такое расположение возможно только для труб, имеющих мерную длину, что несколько ограничивает использование печи. Подовые балки имеют выемки, расположенные так, что при перемещении труб в продольном направлении одновременно происходит небольшой поворот их вокруг оси. Это улучшает их прогрев.

Установки для закалки токами высокой частоты состоят из ряда последовательных индукторов для нагрева движущейся трубы. Нагретыйучасток трубы охлаждается в спреере вращающимся потоком воды, установленным за индуктором. Отпуск закаленного участка трубы производится также нагревом токами высокой частоты во втором индукторе. Труба при обработке движется по колесному рольгангу со скоростью примерно 2 м/мин.

1.3 Технологические линии для термической обработки.

На ОАО «ТАГМЕТ» изготавливаются бесшовные бурильные трубы наружным диаметром от 114,3 до 139,7 мм с толщиной стенки от 8,6 до 12,7 мм, из стали марок 32Г2 и 20СА разных групп прочности с приварными и высаженными замками. Производственная мощность трубопрокатного цеха 500 тысяч тонн трубы в год, примерно половина из них -это бурильные трубы. Такие большие объёмы производства обеспечиваются распределением технологических потоков по нескольким участкам. В зависимости от марки стали и группы прочности трубные заготовки могут проходить по технологическим линиям через разные термические агрегаты.

Наивысшие показатели прочностных и пластических характеристик труб можно получить путём закалки с последующим отпуском. Закалку труб ведут в проходных секционных печах. Большая скорость нагрева достигается благодаря высокой температуре рабочего пространства печи: до 1400°С. Скорость движения труб внутри печи изменяется в широких пределах — от 1 до 20 м/мин. Производительность достигает 70 т/ч и более. В зависимости от марки стали, диаметра и толщины стенки трубы, она проходит рабочее пространство печи в течение 15-20 минут. За это время происходит разогрев металла до температуры примерно 900°С. Быстрое охлаждение до температуры ниже 100°С происходит в спреере на выходе печи, где труба проходит через водяную завесу.

Для устранения внутренних напряжений в структуре металла после закалки в проходной печи применяют отпуск в печи с шагающими балками. Трубы медленно нагреваются до температуры примерно 650° С в течение 1 часа. Температура нагрева труб регулируется путем изменения его продолжительности. Она зависит от скорости перекладывания труб на шагающих балках пода печи. После этого трубы медленно остывают на открытом воздухе, для чего служит длинный охладитель. После термической обработки значительно повышаются не только запас прочности труб, но их пластические свойства.

Применение закалки с отпуском позволяет улучшить свойства труб из низколегированной стали до уровня или даже несколько выше свойств нормализованных труб из стали, легированной марганцем, молибденом и ванадием. Это позволяет при производстве высокопрочных труб нефтяного сортамента сэкономить большое количество легирующих элементов при одновременном улучшении свойств труб.

Заключение

Непрерывный рост уровня современной техники, усложнение и расширение требований, предъявляемых к свойствам и качеству металлических сплавов, стимулирует дальнейшее развитие металловедения и термической обработки в настоящее время. Создаются новые виды комбинированной совмещенной обработки стали, создаются новые классы стали и других сплавов.

Непрерывное внедрение в производстве бурильных труб новых технологий позволит улучшить их качество, применить для их изготовления трубную заготовку из более дешёвого металла и в итоге снизить эксплуатационные затраты.

Продукция ОАО «ТАГМЕТ» получила высокую оценку и признание у потребителей, как в нашей стране, так и за рубежом, о чем говорит широкая география поставок, охватывающая практически все континенты Земного шара, а также все регионы нашей Родины.

Список использованной литературы

1. В.И. Большаков, И.Е. Долженков, В.И. Долженков. Термическая обработка стали и металлопроката, Днепропетровск: Gaudeamus, 2002г.

2. В.М. Никифоров. Технология металлов и других конструкционных материалов. СПб.: Политехника, 2009г.

3. «ТАГМЕТ …И дольше века льется сталь…», под ред. Н.И. Фартушного, Ростов-на-Дону: Принт-Сервис, 2006г.

4. сайт ОАО «ТАГМЕТ» http://www.tmk-group.ru/tagmet.php