Технология изготовления и термической обработки обсадных труб из стали

Актуальность темы
Технологическое назначение обсадных труб –укрепление скважины, предотвращения осыпания земли, сползания грунта и в итоге прекращения функционирования добывающего участка.
Обсадная труба должна хорошо справляться со своими задачами:
Сохранение стенок скважины в исходном состоянии,
Гарантия водонепроницаемости системы и долговечность.

Выбор марки стали для электросварных
обсадных труб
Таблица 1 – Механические характеристики
Таблица 2 – Технологические свойства

Выбор марки стали для электросварных
обсадных труб
Таблица 3 - Химический состав стали 22ГФ
Конструкционную сталь 22ГФ отвечает технологии изготовления электросварных прямошовных обсадных труб диаметром от 10 до 530 мм с обеспечением требуемых механических свойств.
Размеры обсадной трубы составляют:
наружный диаметр равен 245мм;
толщина стенки составляет 7,9 мм;
длина трубы 11700 мм.

Технологический цикл
Схема изменения микроструктуры
металла при горячей деформации
Выплавка стали
МНЛЗ
ГПД

Технологический цикл
ЛПК
Трубопрокатный цех
ХПД
При холодной пластической деформации повышается:
Твердость
Прочность
снижается пластичность — происходит наклеп.
Изменение свойств стали при холодной пластической деформации
а – свойства б-структура

Технологический цикл
Формовочный прокатный стан
ОТК
Складирование
ОТО
Рисунок 1 – Схема формообразования трубы

Технологический цикл
Объемная термообработка обсадной трубы:
Главная цель ОТО – повысить прочностные характеристики изделия.
Для обсадных электросварных труб в большинстве случаев используют улучшение (закалка+отпуск)
Нагрев стали до T=Ac3+30-50°C (для стали 22ГФ Ac3=860°С)
Охлаждение в воде в спрейерной установке со скоростью выше критической
Высокий отпуск (T=560°C), охлождение на воздухе.
Структура стали до закалки: феррит+перлит.
После закалки: мартенсит закалки;
После высокого отпуска – сорбит отпуска – обеспечивает максимальное сочетания свойств прочности и вязкости стали.
Рисунок 5 - схема закалки и отпуска

Планировка термического участка

Выбор основного и дополнительного оборудования
Рисунок 2 – Роликовая печь
Рисунок 3 – Спрейерный охладитель
Рисунок 4 – Правильный стан

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
Цель работы: Изучение влияния закалки и высокого отпуска на механические свойства стали 22ГФ.
Задача: оценить возможность проведения технологического цикла изготовления обсадной электросварной трубы без операции - локальной термообработки сварного шва.
Актуальность: упрощение технологического цикла изготовления обсадной электросварной трубы и экономии производственных затрат.
План исследования:
приготовление микрошлифов и изучение микроструктуры образцов из стали 22ГФ после индукционного нагрева;
подготовка образцов к испытаниям на растяжения и ударную вязкость;
проведение испытания на растяжение и ударную вязкость;
анализ полученных результатов.

Исследование микроструктуры
Рисунок 6 - Микроструктура сварного соединения трубы из стали 22ГФ
в зонах: а - сворного шва; б - термического влияния; в – переходной. х500
а
б
в

Испытания механических свойств стали 22ГФ.
Размеры образца составляли: L=55 мм, В=10 мм, Н=8 мм.
Рисунок 7 - Образец с концентратором вида V
Ударную вязкость определяли по формуле:
КСV= W/Fo,
где W = Eн - Eк – работа разрушения образца, Дж (0,1 кгс*м);
Eн и Eк– потенциальная энергия подъема маятника до и после испытания, Дж;
Fo – исходная площадь поперечного сечения образца, см2.

Испытания механических свойств стали 22ГФ.
Рисунок 8 – фрактограмма стали 22ГФ а- образец после испытания на ударную вязкость; б- средняя часть образца.

Испытания механических свойств стали 22ГФ.
Рисунок 9 - Диаграмма растяжения стали 22ГФ
Рисунок 10 - Кривая деформационного упрочнения при растяжении стали 22ГФ

Таблица 3 - Механические свойства стали 22 ГФ после термообработки
Вывод:
Применение такой термообработки как улучшение, без предварительной локальной термической обработки, обеспечивает получение благоприятной структуры и высоких механических свойств стали 22ГФ, применяемой для изготовления обсадных труб.
Испытания механических свойств стали 22ГФ.

Экономическая часть
Структура себестоимости термообработки
Структура себестоимости детали

Экономическая часть
График зависимости финансовых результатов от объема производства и реализации продукции

Вывод
В ходе данной работы:
1. Составлена технология изготовления и обработки изделия обсадной электросварной трубы.
2. Спроектирован термический участок с соблюдением требований производственной безопасности.
3. Составлена структура себестоимости термической обработки на данном участке.
4. Изучено влияния улучшения на механические свойства стали 22ГФ.
5. Выяснилось, что без локальной термообработки в
производственном цикле изготовления обсадной электросварной трубы возможно получение удовлетворительных и повышенных механических характеристик.