1.2. Обсадные трубы

Обсадные трубы изготавливают из стальных бесшовных труб, на концах которых нарезают коническую соединительную резьбу. Наиболее часто при добыче нефти применяют обсадные трубы диаметром 146 мм с внутренним диаметром 130 мм и более (толщина стенки до 8 мм) и 168 мм с внутренним диаметром 148 мм (толщина стенки до 10 мм). Для газовых скважин используются обсадные колонны диаметром 168, 178, 219 и 273 мм.

Обсадные трубы изготовляются по ГОСТ 632 в двух исполнениях А и Б, отличающиеся точностью и качеством изготовления, по ТУ 14-3-71-72 и более поздних годов выпуска.

Обсадные трубы различаются по типу соединения, диаметру и толщине стенки трубы, группе прочности стали и виду муфт.

По типу соединения предусмотрены пять разновидностей обсадных труб:

- трубы с короткой треугольной резьбой и муфты к ним;

- трубы с удлиненной треугольной резьбой и муфты к ним - У;

- трубы с трапецеидальной резьбой и муфты к ним - ОТТМ;

- трубы с высокогерметичными соединениями и муфты к ним - ОТТГ;

- трубы безмуфтовые раструбные - ТБО.

В соединениях всех разновидностей труб по ГОСТ 632 резьба имеет конусность 1:16.

Треугольная резьба имеет форму и размеры, представленные в рис. 1.2. [2, 3] и в таблице 1.1.

Услов­ный диа­метр, мм	Наруж­ный диа­метр, мм	Тол­щина стен­ки, мм	Средний диаметр резьбы в основной плоскости, мм	Диаметр резьбы у торца трубы, мм		Общая длина резьбы, мм		Муфта
				наруж­ный	Внут­ренний			Наруж­ный диа­метр, мм	Дли­на, мм
114	114,3	7...9	112,566	110,542	106,922		76		133	159
127	127,0	7...9	125,266	122,648	119,028		85,5		146	165
140	139,7	7...11	137,966	135,130	131,510		89		159	171
146	146,1	7...11	144,316	141,105	137,485		95		166	177
168	168,3	8...14	166,541	163,111	159,491		98,5		188	184
178	177,8	8...14	176,066	172,448	168,828		101,5		196	184
194	193,7	8...14	191,941	188,105	184,485		105		216	190
219	219,1	9... 12	217,341	212,911	208,291		114,5		245	196
245	244,5	9...14	242,741	237,936	234,316		120,5		270	196

Посадка резьбы осуществляется по боковым сторонам профиля. При свинчивании труб с муфтами применяются смазки и другие уплотнители, обеспечивающие герметичность соединения и предохраняющие его от задиров и коррозии.

Соединения с удлиненной резьбой обладают большей герметичностью и сопротивлением растяжению и применяются в трубах диаметром до 245 мм. Трубы с удлиненной резьбой обычно используют в верхних более нагруженных секциях обсадных колонн.

В соединениях труб ОТТМ, ОТТГ и ТБО применяется трапецеидальная резьба. Прочность на растяжение в соединениях с трапецеидальной резьбой в 1,5-2 раза выше, чем с треугольной. Форма профиля трапецеидальной резьбы обсадных труб показана на рисунке 1.3 [3].

Трубы ОТТМ предназначены для использования в верхних секциях обсадных колонн. 

Трубы ОТТГ и ТБО обладают высокой герметичностью соединения и предназначены для крепления глубоких и сверхглубоких газовых скважин с давлением до 50 МПа. Повышение герметичности соединения этих труб обеспечивается коническими уплотни- тельными поверхностями, расположенными за резьбой со стороны меньшего диаметра. Кроме того, в соединении предусмотрен контакт по упорным внутренним торцам, обеспечивающий беззазорную стыковку труб. Трубы ОТТГ и ТБО различаются концевыми участками: ОТТГ - гладкие с муфтами, ТБО - безмуфтовые, имеющие на одном конце наружную высадку под муфтовую резьбу соединения. Резьбовая часть этих труб соответствует резьбовому соединению труб ОТТМ. Переход с труб ОТТМ на трубы того же диаметра типа ОТТГ, ТБО может осуществляться без переводников.

По ГОСТ 632 обсадные трубы изготовляются диаметром от 114 до 508 мм. В зависимости от диаметра труб толщина стенки может меняться от 6 до 12 мм, масса погонного метра - от 16 до 134 кг. Муфты имеют нормальный и уменьшенный наружный диаметр. Специальные муфты с уменьшенным наружным диаметром выпускают только для труб исполнения А. Резьба и уплотнительные конические расточки муфт должны быть оцинкованы или фосфатированы. Технические характеристики труб представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Основные показатели обсадных труб

Номинальный
диаметр, мм	146	168	194	273	324	377	426
Толщина стен­	6,5-10,7	7,3-12,1	7,6-15,1	7,1-16,5	8,5-14	9-12	10-12
ки, мм
Группа прочно­	Д-Т	Д-Т	д-т	Д-Т	Д-Т	Д-Е	Д-Е
сти стали труб

Обсадные трубы и муфты изготовляют из стали одной и той же группы прочности. К трубам ОТТМ и ОТТГ могут изготавливать муфты с уменьшенным наружным диаметром из стали группой прочности на одну группу выше, чем у трубы.

Механические свойства труб и муфт соответствуют данным, приведенным в таблице 1.3

Таблица 1.3- Механические свойства труб и муфт

Показатели	Группа прочности стали
	С	Д	К	Е	Л	М	Р
Временное сопротивление, МПа	500	500	700	750	800	900	1000
Предел текучести, МПа	200	380	500	550	650	750	950
Относительное удлинение, %	18	16	12	12	12	12	12

Примечание. Для труб диаметром свыше 245 мм муфты могут изготовлять из стали смежной группы прочности с пониженными механическими свойствами.

Трубы групп прочности К, Е, JI, М, Р подвергают термообработке.

Трубы поставляют длиной от 9,5 до 13 м. В партии может быть не более 20% труб длиной от 8 до 9,5 м и не более 10% длиной от 5 до 8 м. Допускаемые отклонения изготовления:

а) по наружному диаметру для труб и муфт, %:

	Диаметр <219 мм	Диаметр >219 мм
Точность обычная	+1	±1,25
Точность повышенная	+0,75	±1

б) по толщине стенки - минус 12,5%; плюсовые отклонения ограничиваются допусками по наружному диаметру и массе трубы;

в) кривизна труб на концевых участках, равных одной трети длины трубы, не должна превышать 1,3 мм на 1 м, кривизна всей трубы, т. е. стрела прогиба к середине трубы, не должна превышать 1/2000 длины трубы.

Химический состав материала труб в стандарте не оговаривается, однако содержание серы и фосфора не должно быть более 0,045% каждого, а мышьяка - не более 0,15%.

Условное обозначение трубы включает тип соединения (кроме короткой резьбы), условный диаметр трубы, толщину стенки, группу прочности.

Например, ОТТМ 219x10,2 - Д ГОСТ 632-80.

1.3. Обсадные трубы зарубежных фирм

Зарубежные фирмы изготовители предлагают большой выбор обсадных труб, как по конструкции соединений, так и по материалам.

Трубы выпускаются в основном в соответствии со стандартами Американского нефтяного института (АНИ).

Стандартами АНИ предусмотрено изготовление обсадных труб с муфтовыми соединениями с короткой и длинной конической резьбой треугольного профиля, с муфтовыми соединениями с упорной конической резьбой Батресс и с безмуфтовыми высокогерметичными соединениями Экстрем-Лайн.

Механические свойства сталей, регламентированных стандартами АНИ, представлены в таблице 1.4.

Таблица 1.4- Механические свойства сталей

Группа прочности стали	Предел текучести ат, Мпа		Наименьший предел прочности при растяжении ав, МПа
	Наименьший	Наибольший
Н-40	276	552	414
J-55	379	552	517
К-55	379	552	655
N-80	552	758	689
С-75	517	620	655
L-80	552	655	655
С-95	655	758	724
Р-110	758	965	862
V- 150*	1034	1241	1103
* Сталь V-15Q стандартом не предусмотрена

В условиях, действия экстремальных нагрузок и давлений приме­няют трубы более высоких групп прочности, например Q-125, V-140, V-150, V-155 с наименьшим пределом текучести соответственно 860, 965, 1035 и 1070 МПа. Буквенные обозначения групп приняты ус­ловно, так как различные фирмы применяют разные обозначения.

Муфтовое соединение по стандарту АНИ с короткой и длинной резьбой показано на рисунке 1.4/ [3]. Основные размеры, разру­шающие растягивающие нагрузки, а также рекомендуемые моменты свинчивания для соединений с короткой и длинной резьбой приве­дены подробно [3].

Рис. 1.4. Резьбовые соединения по стандарту АНИ

Для повышения герметичности соединений применяют уплотни- тельные кольца из тефлона (фторопласта). Кольца вставляют в спе­циальные канавки, проточенные в резьбовой части муфты.

Муфтовое соединение Батресс с упорной специальной резьбой по­казано на (рис. 1.5 [3]). Соединение обеспечивает высокую прочность при действии осевых растягивающих нагрузок. Отличительная осо­бенность - нарезание наружной резьбы на выход, без сбега резьбы.

Рис. 1.5. Соединение обсадных труб типа Батресс

Безмуфтовое соединение Экстрем Лайн показано на рисунке 1.6 [3J. При использовании специальных смазок соединение обеспечивает надежную герметичность при высоком внутреннем давлении. По данным зарубежных исследователей, при качественном выполнении уплотнительных поверхностей соединения обеспечивали герметич­ность при давлении газа 95 МПа с приложением сжимающих и рас­тягивающих нагрузок и изменении температуры в пределах 200°С. Соединение допускает неоднократные свинчивания без потери экс­плуатационных качеств. Высокая прочность соединений достигается высадкой концов с применением трапецеидальной резьбы с углом профиля 12°. Для увеличения длины сопряжения резьбовой части заходную часть резьбы делают специальной конструкции.

Фирмой «Валурек» (Франция) разработано высокогерметичное соединение VAM (рис. 1.7 [3]). Герметичность достигается специ¬альной формой торца трубы 1 и внутреннего усгупа в муфте 2, обра¬зующих две конические уплотнительные поверхности: гладкий ко¬нический поясок 3 (К = 1 : 10) и скошенный под углом 15° упорный торец 4. В соединении применена упорная резьба обсадных труб Батресс.

Рис. 1.7. Соединение обсадных труб VAM фирмы «Валурек»

Фирма «Маннесман» (ФРГ) выпускает муфтовые обсадные трубы с высокогерметичными соединениями BDS (рис. 1.8 [3]) с нормальным или уменьшенным диаметром муфты (такие же, как для труб Батресс). Герметичность обеспечивается бочкообразной уплотнительной поверхностью на конце трубы, плотно входящей в цилиндрическую расточку муфты. В соединениях BDS, так же как и для соединений VAM, применены скошенные под углом 15° упорные торцы и упорная резьба обсадных труб Батресс.

Рис. 1.8. Соединение обсадных труб BDS

В соединениях обсадных труб фирмы «Хайдрил» применена двухступенчатая цилиндрическая резьба упорного профиля, одна сторона которого для улучшения условий свинчивания скошена под углом 20°, а другая, воспринимающая растягивающие нагрузки, - под углом 6°30'. Герметичность достигается использованием дополнительных уплотнительных поверхностей.

Соединение FJ-P (рис. 1.9.а [3]) выполнено в габаритах тела трубы и обеспечивает гладкую наружную и внутреннюю поверхность колонны. На гладкой трубе с одного конца нарезается наружная двухступенчатая резьба, а с другого - внутренняя. Уплотнительными поверхностями служат конические пояски с углом уклона 14°, расположенные с обеих сторон резьбы. Скошенные под углом 30° упорные торцы препятствуют радиальной деформации муфтовой части соединения во время приложения крутящего момента. Прочность резьбового соединения на растяжение по отношению к прочности тела трубы составляет от 42 - до 56%.

Соединение Супер FJ-P (рис. 1.9, б [3]) взаимозаменяемо с соединением FJ-P, но отличается от последнего повышенной прочностью к растяжению из-за небольшого увеличения на 2,5-4 мм наружного диаметра муфтового конца трубы и обжатия приблизительно на 2 мм по внутреннему диаметру со стороны ниппельного конца.

Соединения безмуфтовое Супер EU (рис. 1.9, в [3]) применяется на трубах с высаженными концами и обеспечивает прочность 95% по отношению к прочности тела трубы.

Известны также соединения фирмы «Атлас Брэдфорд», которая в своих конструкциях наряду с конической упорной резьбой, уплотнительными поверхностями и упорными торцами использует дополнительно тефлоновые кольца. В безмуфтовом соединении IJ-3SS (рис. 1.10.а [3]), нарезаемом на трубах диаметром 127,0-244,5 мм с комбинированной высадкой концов, имеются наружные упорные торцы, скошенные под углом 15°, а с другой стороны резьбы - гладкие конические уплотнительные поверхности. Конструкция соединения FL-4S (рис. 1.10.6 [3]) выполняется на гладких трубах диаметром до 219 мм. Выпускаются также трубы в муфтовом исполнении TC-4S (рис. 1.10.6 [3]).