(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2010/19 EP B1 (13) T3 (51) Int. Cl. B24C1/10 C21D7/06 F16L15/00 B24C1/04 ( ) ( ) ( ) ( ) (54) Tytuł wynalazku: Połączenie śrubowe do rury wiertniczej oraz sposób wytwarzania tego połączenia (30) Pierwszeństwo: JP (43) Zgłoszenie ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2006/48 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 10/2010 (73) Uprawniony z patentu: SUMITOMO METAL INDUSTRIES, LTD., Osaka, JP PL/EP T3 (72) Twórca (y) wynalazku: MAEDA Jun, Osaka, JP (74) Pełnomocnik: WTS Rzecznicy Patentowi Witek, Śnieżko i Partnerzy rzecz. pat. Grzelak Anna Wrocław ul. R. Weigla 12 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 PZ/1009/AGR 2 EP B1 POŁĄCZENIE ŚRUBOWE DO RURY WIERTNICZEJ ORAZ SPOSÓB WYTWARZANIA TEGO POŁĄCZENIA Opis DZIEDZINA TECHNIKI [0001] Niniejszy wynalazek dotyczy połączenia gwintowanego do rury wiertniczej oraz sposobu wytwarzania tego połączenia. STAN TECHNIKI [0002] W ostatnich latach, na skutek udoskonalenia techniki poszukiwawczej i techniki wydobywczej dla pól naftowych i pól gazowych, nie jest niezwykłe wydobywanie ropy naftowej z pól naftowych na głębokości tysięcy metrów. W takich odwiertach naftowych stosowana jest ogromna liczba rur wiertniczych, przy czym każda rura wiertnicza utrzymuje szczelne właściwości dzięki zastosowaniu połączenia gwintowanego i rury wiertnicze są łączone w jedną tak, by mogły być odpowiednio wykorzystywane. [0003] W udostępnionym japońskim opisie zgłoszenia patentowego H ujawniono technikę, w której część uszczelnienia typu metal-do-metalu stalowego połączenia rurowego jest poddawana obróbce przez śrutowanie (kuleczkowanie) w celu poprawy odporności na korozję cierną poprzez zastosowanie podwyższania twardości powierzchniowej. Ponadto, w udostępnionym japońskim opisie zgłoszenia patentowego H ujawniono technikę, w której twardość męskiej lub żeńskiej gwintowanej części uszczelnienia została zwiększona chropowatość powierzchni gwintowanej części uszczelnienia o podwyższonej twardości jest przypisana do 0,25 do 1,00 µm, dzięki czemu uzyskano poprawę odporności na korozję cierną stali wysoko-chromowej zawierającej 10% lub więcej Cr w stosunku wagowym. UJAWNIENIE WYNALAZKU PROBLEMY DO ROZWIĄZANIA PRZEZ WYNALAZEK [0004] W ostatnich latach, rozwój pól naftowych lub pól gazowych na obszarach oceanicznych rozszerza się i dotyczy miejsc położonych głębiej oraz w miejsc, których rozbudowa jest znacznie bardziej utrudniona. Zgodnie z tym, wytrzymałość na pękanie zmęczeniowe jest znacznie ważniejsza niż odporność na korozję cierną w rurach umieszczonych w morzu pomiędzy dnem morskim a platformami wiertniczymi znajdującymi się na morzu, i dlatego też często wymagane są połączenia charakteryzujące się dużą wytrzymałością na pękanie zmęczeniowe.

3 3 [0005] Jednym ze sposobów podwyższania wytrzymałości na pękanie zmęczeniowe połączeń gwintowanych do rur wiertniczych jest sposób, w którym wprowadza się połączenia okładzinowe do wydobywania ropy naftowej pierwotnie wytwarzane tak, by charakteryzowały się dużą wytrzymałością na pękanie zmęczeniowe lub opracowywane są szczególne połączenia do tego zastosowania, lecz taki sposób jest bardzo kosztowny. Dlatego też istnieje zwiększone zapotrzebowanie na istniejące specyficzne połączenia lub istniejące specyficzne połączenia, które wykazują konieczną charakterystykę pracy na skutek udoskonalenia. Z drugiej strony jest powszechnie znany, jako ogólny sposób podwyższania wytrzymałości na pękanie zmęczeniowe materiałów, sposób wykorzystujący obróbkę przez śrutowanie powierzchni materiałów w celu zwiększenia twardości powierzchniowej. [0006] Udostępnione japońskie opisy zgłoszeń patentowych nr i nie przedstawiają pomysłów poprawiania wytrzymałości na pękanie zmęczeniowe, i dlatego też ich opisy nie ujawniają środków technicznych do poprawiania wytrzymałości na pękanie zmęczeniowe. [0007] Co więcej, źródła pękania zmęczeniowego w połączeniach gwintowanych do rur wiertniczych w większości stanowią części gwintowane, i dlatego też trudna jest gładka obróbka części gwintowanych z zastosowaniem konwencjonalnego śrutowania. Wynika to z tego, że połączenia gwintowane do rur wiertniczych zasadniczo przyjmują szczególny gwintowany kształt, taki jak gwintowany kształt typu API. [0008] Na przykład, w przypadku gwintu o kształcie trapezowym niesymetrycznym zilustrowany na fig. 7, zakrzywiona część dolnego naroża gwintu, która stanowi krytyczny punkt warunkujący wytrzymałość na pękanie zmęczeniowe w połączeniach gwintowanych ma promień wynoszący 0,2 mm. Dlatego też, niemożliwie jest otrzymywanie jednolitej twardości przez zastosowanie konwencjonalnego śrutowania, które wykorzystuje cząstki o minimalnej średnicy wynoszącej około 0,5 mm do tej części. W szczególności, poza dyskusją jest próba zastosowania konwencjonalnego śrutowania do otrzymywania połączenia gwintowanego do rury wiertniczej o okrągłym gwintowanym kształcie typu API, zilustrowanym na fig. 8. [0009] W japońskim opisie patentowym nr JP ujawniono sposób śrutowania z zastosowaniem cząstek o średnicy wynoszącej µm. [0010] Dlatego też, celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie połączenia gwintowanego do rury wiertniczej, w którym zabezpiecza się wystarczającą wytrzymałość na pękanie zmęczeniowe przez poprawienie konwencjonalnego połączenia gwintowanego do rury wiertniczej utworzonego z zastosowaniem gwintu posiadającego specyficzny kształt, taki jak gwint API o kształcie trapezowym niesymetrycznym lub o okrągłym gwintowanym kształcie, oraz sposobu wytwarzania tego połączenia.

4 4 ŚRODKI DO ROZWIĄZANIA PROBLEMÓW TECHNICZNYCH [0011] Niniejszy wynalazek zostanie wyjaśniony poniżej. Dla celów łatwiejszego zrozumienia niniejszego wynalazku, liczbowe oznaczenia odniesienia na załączonych figurach rysunku są podane w nawiasach, lecz niniejszy wynalazek nie jest ograniczony do postaci przedstawionych na figurach rysunku ze względu na odniesienia w nawiasach. [0012] Pierwszym aspektem niniejszego wynalazku jest połączenie gwintowane do rury wiertniczej określone w zastrzeżeniu patentowym 1. [0013] Zgodnie z połączeniem gwintowanym do rury wiertniczej według pierwszego aspektu, naprężenie wynoszące 400 MPa lub więcej w kierunku ściskania nie zmienia się od powierzchni materiału metalicznego wchodzącego w skład połączenia do części o głębokości wynoszącej 40 µm. Dlatego też prawie niemożliwe jest wytworzenie pęknięcia w pobliżu powierzchni materiału, i uzyskuje się dużą wytrzymałość na pękanie zmęczeniowe materiału metalicznego. W ten sposób można dostarczyć połączenie gwintowane do rury wiertniczej, które może być stosowane w głębiej położonych polach naftowych i polach gazowych, których rozbudowa jest bardziej utrudniona. [0014] Drugim aspektem niniejszego wynalazku jest sposób wytwarzania połączenia gwintowanego do rury wiertniczej, określony zastrzeżeniem patentowym 3. [0015] W drugim aspekcie, kształt gwintu jest dowolnie wybrany spośród takich jak gwint trapezowy niesymetryczny i gwint okrągły. [0016] Zgodnie z tym, cząstki mogą być wtryskiwane do części przeznaczonej do zginania gwintowanego dolnego naroża, gdzie konwencjonalne cząstki o większej średnicy cząstek nie mogą być wtryskiwane z wykorzystaniem śrutowania, dzięki czemu można zapewnić właściwości charakterystyczne dla procesu mikro-śrutowania, umożliwiające uzyskanie wystarczającej wytrzymałości zmęczeniowej. [0017] W przypadku takiej struktury, wytwarzane może być większe maksymalne naprężenie szczątkowe w kierunku ściskania na bardziej płytkiej części, w pobliżu powierzchni materiału tworzącego połączenie gwintowane do rury wiertniczej, i dlatego też wytrzymałość na pękanie zmęczeniowe jest dodatkowo zwiększana. [0018] W niniejszym wynalazku, mogą być stosowane cząstki charakteryzujące się rozkładem średnicy cząstek posiadającym jedną wartość szczytową. [0019] Co więcej, wiele rodzajów cząstek posiadających różne wartości szczytowe mogą być mieszane w celu ich zastosowania. Przygotowuje się dwa lub więcej rodzajów cząstek o różnych wartościach szczytowych średnicy, i po wtryskiwaniu jednego rodzaju cząstek, inne cząstki mogą być kolejno wtryskiwane. W przypadku takiej struktury, korzystne jest, ażeby cząstka o większej średnicy cząstek była najpierw wtryskiwana, biorąc pod uwagę to, że chropowatość powierzchni materiału przeznaczonego do obróbki

5 5 po wtryskiwaniu ulega zmniejszeniu. W przypadku, gdy chropowatość obrobionej powierzchni jest zmniejszona można otrzymać większą wytrzymałość na pękanie zmęczeniowe. [0020] W drugim aspekcie (włączając poszczególne zmodyfikowane przykłady), korzystne jest, aby obróbka przez wtryskiwanie i natryskiwanie była przeprowadzana jedynie na niecałkowicie gwintowanej części. [0021] W przypadku takiej struktury, mechanizm nie jest jasny, lecz wytrzymałość na pękanie zmęczeniowe może być dodatkowo ulepszana. [0022] Co więcej, w drugim aspekcie (włączając poszczególne zmodyfikowane przykłady), korzystne jest, aby obróbka przez wtryskiwanie i natryskiwanie była wykonywana w ciągu 3 sekund/cm 2 lub mniej (obróbka przez wtryskiwanie i natryskiwanie jest wykonywana w czasie 3 sekund lub mniej na każdy 1 cm 2 powierzchni przeznaczonej do obróbki). [0023] Zgodnie z tym, obróbka przez mikro-śrutowanie może być efektywnie stosowana do tworzenia połączenia gwintowanego do rury wiertniczej. EFEKT WYNALAZKU [0024] Zgodnie z niniejszym wynalazkiem, mikro-śrutowanie jest stosowane do tworzenia połączenia gwintowanego do rury wiertniczej, dzięki czemu można ulepszyć wytrzymałość na pękanie zmęczeniowe. Zastosowanie mikro-śrutowania umożliwia realizację celu w łatwiejszy i mniej kosztowny sposób, niż przy zastosowaniu innych środków, i wykorzystanie kolejnych środków, takich jak kombinacja obróbek przez nawęglanie i azotowanie może dodatkowo ulepszyć wytrzymałość na pękanie zmęczeniowe. KRÓTKI OPIS FIGUR RYSUNKU [0025] Na fig. 1 przedstawiono schemat ilustrujący kształt i miejsce pomiaru materiału w warunkach badania stosowanych w przykładzie 1; Na fig. 2 przedstawiono schemat ilustrujący kształt i wymiary gwintu utworzonego na materiale w warunkach badania pokazanych na fig. 1; Na fig. 3 przedstawiono schemat ilustrujący kształt i miejsce pomiaru materiału w warunkach badania stosowanych w przykładzie 2; Na fig. 4 przedstawiono wykres ilustrujący zmierzone wartości w kierunku wzdłużnym szczątkowego naprężenia ściskającego w kierunku odnoszącym się do głębokości;

6 6 Na fig. 5 przedstawiono wykres ilustrujący wielkość zmiany w kierunku wzdłużnym szczątkowego naprężenia ściskającego w kierunku odnoszącym się do głębokości; Na fig. 6 przedstawiono schemat ilustrujący strukturę czteropunktowej, typu gnącego, obrotowej maszyny wytrzymałościowej do pomiarów zmęczenia na skutek zginania; Na fig. 7 przedstawiono schemat ilustrujący trapezowy niesymetryczny kształt gwintu; i Na fig. 8 przedstawiono schemat ilustrujący okrągły kształt gwintu typu API. NAJLEPSZY SPOSÓB PROWADZENIA WYNALAZKU [0026] Niniejszy wynalazek zostanie wyjaśniony bardziej dokładnie poniżej w oparciu o przedstawione przykłady. PRZYKŁAD 1 [0027] Męską gwintowaną część specjalnego połączenia gwintowanego do rury wiertniczej posiadającej gwint o kształcie trapezowego niesymetrycznego typu pocięto na prostokąty o szerokości wynoszącej 25 mm w kierunku wzdłużnym, i badano zmianę powierzchniowego naprężenia szczątkowego gwintu dolnego na skutek mikro-śrutowania, jednocześnie zmieniając warunki wtryskiwania. <Materiał poddawany badaniu> [0028] Męską gwintowaną część specjalnego połączenia gwintowanego do rury wiertniczej stosowano jako materiał poddawany badaniu. Wymagania techniczne specjalnego połączenia gwintowanego do rury wiertniczej były następujące: Nominalna średnica zewnętrzna: 177,80 mm Nominalna grubość przekroju: 11,51 mm Materiał: API P110 Wytrzymałość plastyczna: > 758 Mpa <Kształt materiału poddawanego badaniu i miejsce pomiaru powierzchniowego naprężenia szczątkowego> [0029] Jak zilustrowano na fig. 1, męską gwintowaną część specjalnego gwintu do rury wiertniczej pocięto wzdłużnie na prostokąty o szerokości wynoszącej 25 mm i długości około 120 mm w kierunku wzdłużnym w celu uzyskania odpowiedniego do badania materiału. Część powierzchniowego naprężenia szczątkowego mierzono w

7 7 miejscu oznaczonym przez znak X na fig. 1. Miejsce to stanowi w przybliżeniu środek niecałkowicie gwintowanej części (gwintowany spód). Dla celów odniesienia, kształt gwintu, jak również jego wymiary zilustrowano na fig. 2. <Warunki obróbki przez mikro-śrutowanie> [0030] Do obróbki stosowano drobne cząstki ze stali węglowej (o twardości HRC60 lub większej) o zawartości węgla wynoszącej od 0,8 do 1,0%. Stosowano mieszaninę zawierającą trzy rodzaje cząstek o średnicach (mediana) wynoszących 0,5 mm, 50 µm i 0,5 mm i 50 µm. Pomiar prowadzono w trzech warunkach, w których ciśnienie natryskiwania wynosiło 0,3 MPa, 0,4 MPa i 0,5 MPa. Odległość dyszy (odległość od dyszy do powierzchni materiału przeznaczonego do obróbki) wynosiła od 100 do 150 mm, i pomiar prowadzono w taki sposób, że odległość dyszy była jednolita w każdych warunkach. Czas trwania obróbki przez mikro-śrutowanie w przypadku każdej obróbki wynosił 2 sekundy/cm 2. <Naprężenie szczątkowe w kierunku wzdłużnym> [0031] Do pomiarów stosowano aparat rentgenowski do pomiaru naprężenia mikroczęści. Stosowano charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie CrKα. Warunki pomiarowe były następujące: Płaszczyzna dyfrakcyjna: (211) Kąt ugięcia: 156,4 Napięcie dla rury (napięcie kanalikowe): 40 KV Natężenie dla rury (natężenie kanalikowe): 30 ma Kierunek pomiaru: kierunek wzdłużny Miejsce pomiaru: środek dolnej rury Sposób pomiaru: metoda izo-inklinacyjna (ang. iso-inclination method) [0032] Wyniku pomiarów, jak również warunki obróbki przez mikro-śrutowanie są zilustrowane w tabeli 1.

8 8 [Tabela 1] Tabela 1: Wyniki pomiarów szczątkowego naprężenia ściskającego po obróbce z wykorzystaniem mikro-śrutowania (powierzchnia gwintu) Warunki śrutowania Naprężenie szczątkowe w kierunku wzdłużnym Średnica cząstek Ciśnienie powietrza natryskującego Odległość dyszy Materiał cząstek (MPa) Przykład 1-1 Przykład 1-2 Przykład 1-3 Przykład 1-4 Przykład 1-5 Przykład 1-6 Przykład 1-7 Przykład 1-8 Przykład 1-9 Przykład porównawczy 1-1 0,5 mm 0,3 MPa od 100 do 150 mm 0,5 mm 0,4 MPa od 100 do 150 mm 0,5 mm 0,5 MPa od 100 do 150 mm 50 µm 0,3MPa od 100 do 150 mm 50 µm 0,4 MPa od 100 do 150 mm 50 µm 0,5 MPa od 100 do 150 mm 0,5 mm + 50 µm 0,5 mm + 50 µm 0,5 mm + 50 µm Nie poddany obróbce 0,3MPa od 100 do 150 mm 0,4 MPa od 100 do 150 mm 0,5 MPa od 100 do 150 mm od 0,8 do 1,0% -600 stal węglowa od 0,8 do 1,0% -600 stal węglowa od 0,8 do 1,0% -450 stal węglowa od 0,8 do 1,0% -580 stal węglowa od 0,8 do 1,0% -520 stal węglowa 0-8 to 1,0% stal -580 węglowa od 0,8 do 1,0% -530 stal węglowa od 0,8 do 1,0% -490 stal węglowa od 0,8 do 1,0% -540 stal węglowa Nie poddany Nie poddany Nie poddany 400 obróbce obróbce obróbce [0033] Przypadek, w którym liczbowa wartość naprężenia szczątkowego jest + reprezentuje naprężenie w kierunku rozciągania, natomiast przypadek - reprezentuje naprężenie w kierunku ściskania. Naprężenie szczątkowe w kierunku wzdłużnym przed obróbką przez mikro-śrutowanie (przykład porównawczy 1-1) wynosiło +400 MPa, lecz naprężenie szczątkowe w kierunku wzdłużnym po obróbce wynosiło -450 Mpa lub mniej. Dlatego też, stwierdzono, że w kierunku wzdłużnym szczątkowe naprężenie ściskające wzrasta o około 1000 MPa w wyniku obróbki przez mikro-śrutowanie.

9 9 PRZYKŁAD 2 [0034] Stosowano taki sam materiał rury jak w przykładzie 1, spłaszczoną część poddano obróbce przez mikro-śrutowanie, i badano szczątkowe naprężenie ściskające w kierunku wzdłużnym po i przed obróbką w kierunku odnoszącym się do głębokości. <Kształt materiału w warunkach badania i miejsce pomiaru powierzchniowego naprężenia szczątkowego> [0035] Kształt materiału w warunkach badania stosowany w tym przykładzie zilustrowano na fig. 3. Na fig. 3, powierzchnia walcowiny była umieszczona w przybliżeniu na trzeciej części od lewej strony materiału poddawanego badaniu, natomiast pozostałą część stanowiła powierzchnia poddana obróbce uszczelniającej. W przypadku, gdy powierzchnia poddana obróbce uszczelniającej wymiarami odpowiadała zależności: a : b = 1 : 2, punkt oznaczony literą x na figurze rysunku oznaczał punkt pomiaru, i mierzono naprężenie szczątkowe na głębokości co 10 µm od powierzchni do 50 µm. Warunki obróbki przez mikro-śrutowanie były następujące: <Warunki obróbki przez mikro-śrutowanie> [0036] Do badań stosowano drobne cząstki ze stali węglowej o zawartości węgla wynoszącej od 0,8 do 1,0% (o twardości HRC60 lub większej). Warunki średnicy cząstek (mediana) były następujące: a: 50 µm b: od 200 do 600 µm c: mieszanina cząstek o średnicy a i b d: 100 µm Ciśnienie natryskiwania było jednolite i wynosiło 0,5 MPa, odległość dyszy (odległość od dyszy do powierzchni materiału przeznaczonego do obróbki) wynosiła od 100 do 150 mm, a czas obróbki był jednolity i wynosił około 2 sekundy/cm 2. [0037] Wyniki pomiarów, jak również warunki obróbki przez mikro-śrutowanie, są zilustrowane w tabeli 2 oraz na fig. 4.

10 [Tabela 2] Tabela 2 : Wyniki pomiarów szczątkowego naprężenia ściskającego w kierunku wzdłużnym po obróbce z wykorzystaniem mikrośrutowania Rozkład zmierzonych wartości w kierunku odnoszącym się do głębokości Średnica cząstek Ciśnienie natryskiwania Odległość dyszy Materiał cząstek Zmierzone wartości naprężenia szczątkowego w kierunku wzdłużnym (rozkład w kierunku odnoszącym się do głębokości) (µm) (MPa) (mm) Powierzchnia -10 µm -20 µm -30 µm -40 µm -50 µm Przykład ,5 100 do 150 od 0,8 do ,0% stal węglowa Przykład 2-2 od 200 do 0,5 100 do 150 od 0,8 do 1, stal węglowa Przykład 2-3 mieszanina 0,5 100 do 150 0,8 do 10% (2-1) i (2-2) stal węglowa Przykład ,5 100 do 150 od 0,8 do 1, stal węglowa Przykład porównawczy 2-1 Nie poddany obróbce (jedynie pocięty i walcowany)

11 11 [0038] Ponadto, w tabeli 3 i na fig. 5 zilustrowano zmianę wielkości naprężenia szczątkowego w kierunku wzdłużnym przed i po obróbce przez mikro-śrutowanie dla wszystkich materiałów w warunkach badania stosowanych w przykładach 2-1 do 2-4. [Tabela 3] Tabela 3: Rozkład zmiany wielkości szczątkowego naprężenia ściskającego w kierunku wzdłużnym po obróbce z wykorzystaniem mikro-śrutowania (Rozkład zmierzonych wartości w kierunku odnoszącym się do głębokości) Wielkość zmiany szczątkowego naprężenia ściskającego w kierunku wzdłużnym (rozkład w kierunku odnoszącym się do głębokości) Powierzchnia -10 µm -20 µm -30 µm -40 µm -50 µm Przykład Przykład Przykład Przykład [0039] Zmiana w kierunku wzdłużnym szczątkowego naprężenia ściskającego jest największa na powierzchni, i ma tendencję do zmniejszania się w głębszych częściach, lecz w kierunku wzdłużnym szczątkowe naprężenie ściskające wynosi od 400 do 600 MPa od powierzchni do części o głębokości wynoszącej 50 µm, i dlatego też uzyskiwany jest efekt mikro-śrutowania. Co więcej, w przypadku, gdy sprawdzane są wyniki pomiarów naprężenia szczątkowego na walcowanej powierzchni przed obróbką w przykładzie porównawczym 2, rozciągające naprężenie szczątkowe wynosi prawie +500 MPa na powierzchni. Naprężenie szczątkowe ulega zmniejszeniu w głębszych częściach, przy czym rozciągające naprężenie szczątkowe ulega przemianie w szczątkowe naprężenie ściskające na głębokości wynoszącej 30 µm, natomiast szczątkowe naprężenie ściskające przyjmuje wartość 200 MPa na głębokości 50 µm. Oznacza to, że na powierzchni tworzone jest rozciągające naprężenie szczątkowe w wyniku obróbki. Ponieważ naprężenie szczątkowe na powierzchni gwintowanej powierzchni czołowej w przykładzie 1 stanowi rozciągające naprężenie szczątkowe wynoszące +400 MPa (patrz przykład porównawczy 1-1), rozważa się, że rozkład naprężenia szczątkowego w kierunku odnoszącym się do głębokości jest w przybliżeniu podobny także w przykładzie 1. Zgodnie z danymi otrzymanymi w przykładach 1 i 2, stwierdzono, że naprężenie szczątkowe na części powierzchniowej znacząco zmienia się od kierunku rozciągającego w kierunku ściskania w wyniku obróbki przez mikro-śrutowanie.

12 12 PRZYKŁAD 3 [0040] Przeprowadzono badanie materiałowe i sprawdzono rzeczywisty efekt. <Materiał poddawany badaniu> [0041] Wymiary: nominalna średnica zewnętrzna 177,8 mm x nominalna grubość przekroju 11,51 mm Materiał: materiał na rury wiertnicze P110 Naprężenie graniczne przy umownym wydłużeniu całkowitym: od 758 MPa do 965 MPa (110 ksi do 140 ksi) Minimum wytrzymałość na rozciąganie: 862 MPa (125 ksi) Połączenie gwintowane: szczególne połączenie dla OCTG (gwintowany kształt typu trapezowego niesymetrycznego z metalowym uszczelnieniem i zgrubieniem) <Warunki testowe> (1) System do próby zmęczeniowej: czteropunktowy, typu gnącego, obrotowy test wytrzymałościowy do pomiarów zmęczenia na skutek zginania [0042] Istotę i schematyczne wymiary maszyny wytrzymałościowej zilustrowano na fig. 6. (2) Warunki testowe [0043] Ustawiony kąt zginania: 13 /30,48 m (13 /100 ft (ang. stóp); kąt dla którego przewiduje się, że długość łuku wynosząca 100 stóp będzie wyznaczona przez ramiona kąta środkowego wynoszącego 13. Docelowe naprężenie ustawienia: ± 13,8 MPa) Szybkość obrotu: 166 min -1 (166 obrotów na minutę) [0044] Gdy ciśnienie wewnętrzne gazu wypełniającego zmniejszało się o około 0,5 MPa, wykrywano tworzenie pęknięć. (3) Warunki śrutowania [0045] Ciśnienie natryskiwania: 0,4 Mpa Odległość natryskiwania: od 100 do 150 mm Czas natryskiwania: około 1 sekunda/cm 2 Materiał cząstek do śrutowania: stal węglowa o zawartości węgla od 0,8 do 1,0% (o twardości HRC60 lub większej) Średnica cząstek: zilustrowana w tabeli 4 (4) Sposób oceny

13 13 [0046] Prowadzono pomiary liczby testowych obrotów do momentu utworzenia pęknięcia. W celu oszacowania rzeczywistego efektu, uzyskaną liczbę testowych obrotów porównano z liczbą testowych obrotów odnoszącą się do badanego materiału, który nie został poddany obróbce przez mikro-śrutowanie. <Wyniki badania> [0047] Średnice cząstek i wyniki badania są zilustrowane w tabeli 4. Pęknięcie na części gwintowanej przedstawione w wynikach wskazuje, że pęknięcie zostało utworzone na gwintowanej części przeznaczonej do badania, natomiast pęknięcie na części z obciążeniem zginającym oznacza, że pęknięcie zostało utworzone w miejscach oznaczonych przez liczbowe oznaczenia odniesienia 1 i 2 na fig. 6, a mianowicie, w części końcowej, w której wewnętrzny pierścień łożyskowy części obciążającej ma styczność z zewnętrzną powierzchnią rury tak, żeby test prowadzony na gwintowanej części przeznaczonej do zbadania był wstrzymany bez uszkodzenia. Pęknięcie na głównym elemencie części uszkodzonej oznacza, że pęknięcie zostało utworzone na części głównego elementu rury w miejscu oznaczonym przez liczbowe oznaczenie odniesienia 3 na fig. 6, które uległo uszkodzeniu (uszkodzenie podczas mocowania w uchwycie lub podobne w czasie skręcania połączenia), i dlatego też test na gwintowanej części przeznaczonej do zbadania został wstrzymany bez uszkodzenia. Pęknięcie na głównym elemencie wadliwej części powierzchni oznacza, że pęknięcie zostało utworzone na skutek małego defektu powierzchniowego (tak małego, który nie stanowi problemu w specyfikacji prawidłowych rur) na powierzchni głównego elementu badanej rury, w miejscu oznaczonym przez liczbowe oznaczenie odniesienia 4 na fig. 6 (pomiędzy częścią połączenia i częścią obciążającą) i dlatego też, test na gwintowanej części przeznaczonej do zbadania został wstrzymany bez uszkodzenia.

14 14 [Tabela 4] Przykład 3-1 Przykład 3-2 Przykład 3-3 Przykład 3-4 Przykład 3-5 Przykład 3-6 Przykład 3-7 Przykład 3-8 Przykład porównawczy 3-1 Przykład porównawczy 3-2 Tabela 4 : Wyniki rzeczywistego testu Średnica cząstek Liczba testowych obrotów do momentu utworzenia pęknięcia Powód zawieszenia testu x µm Pęknięcie na części gwintowanej od 200 do Pęknięcie na części z µm obciążeniem zginającym mieszanina ( Pęknięcie na głównym 1) i (3-2) elemencie części uszkodzonej 100 µm Pęknięcie na głównym elemencie części z defektem powierzchniowym 50 µm Pęknięcie na części z obciążeniem zginającym 50 µm Pęknięcie na części z obciążeniem zginającym 50 µm (tylko niecałkowicie gwintowana część) Pęknięcie na części z obciążeniem zginającym mieszanina ( Pęknięcie na części z 1) i (3-2) obciążeniem zginającym brak Pęknięcie na części gwintowanej brak Pęknięcie na części gwintowanej Krotność wzrostu w liczbie okresów prowadzenia testu 2,1 1,3 1,3 1,2 2,2 2 2,7 1,6 (1,0) (1,0)

15 15 [0048] Jak wyraźnie widać na podstawie wyników badania przedstawionych w tabeli 4, w przypadku, gdy powierzchnia połączenia gwintowanego jest poddawana obróbce przez mikro-śrutowanie, wzrasta liczba testowych obrotów do momentu utworzenia pęknięcia i wytrzymałość na pękanie zmęczeniowe ulega ulepszeniu (przykłady 3-1 do 3-8). W przypadku, gdy badany materiał był poddawany obróbce z zastosowaniem cząstek o średnicy wynoszącej 50 µm (przykłady 3-1, 5, 6, 7), to w warunkach badania uzyskał liczbę testowych obrotów, która była dwukrotnie wyższa niż liczba uzyskana przez materiały nie poddane obróbce w warunkach badania, i dlatego też uzyskano znaczący efekt. Co więcej, w przypadku badanego materiału, w którym tylko niecałkowicie gwintowana część była poddawana obróbce przez mikro-śrutowanie (przykład 3-7), liczba testowych obrotów została dodatkowo poprawiona. [0049] Badanie prowadzone na materiałach w warunkach badania innych niż przykład 3-1, który był poddawany obróbce przez mikro-śrutowanie, zostały wstrzymane na skutek pęknięcia utworzonego na częściach innych niż połączenia gwintowane. Można stwierdzić, że ich wytrzymałość na pękanie zmęczeniowe na częściach połączenia została polepszona co najmniej do liczbowych wartości zilustrowanych w wynikach badania przedstawionych w tabeli 4. Oszacowano, że wytrzymałość na pękanie zmęczeniowe na częściach połączenia zostało znacząco poprawione do liczbowych wartości podanych w wynikach badania przedstawionych w tabeli 4 lub większych. [0050] Niniejszy wynalazek został wyjaśniony w stosunku do przykładów, które wydają się być obecnie najbardziej praktyczne i korzystne, lecz niniejszy wynalazek nie jest ograniczony do przykładów ujawnionych w opisie niniejszego zgłoszenia. [0051] Zakres niniejszego wynalazku jest zdefiniowany przez załączone zastrzeżenia patentowe.

16 16 Zastrzeżenia patentowe 1. Połączenie gwintowane do rury wiertniczej, znamienne tym, że naprężenie szczątkowe w kierunku wzdłużnym gwintowanej części dolnej wynosi -400 Mpa lub mniej, jako wartość uzyskana w wyniku analizy rentgenowskiej naprężenia pomiędzy powierzchnią i częścią o głębokości 40 µm, przy czym kształt gwintu połączenia gwintowanego do rury wiertniczej jest dowolnie wybrany spośród takich jak gwint typu trapezowego niesymetrycznego i gwint okrągły. 2. Połączenie gwintowane do rury wiertniczej według zastrz. 1, znamienne tym, że obróbka przez wtryskiwanie i natryskiwanie jest przeprowadzana tylko na niecałkowicie gwintowanej części. 3. Sposób wytwarzania połączenia gwintowanego do rury wiertniczej, znamienny tym, że zawiera etap, w którym wtryskuje się i natryskuje cząstki o twardości HRC50 lub większej o średnicy wynoszącej od 50 do 100 µm na powierzchnię materiału przeznaczonego do obróbki, która to powierzchnia tworzy połączenie gwintowane, przy ciśnieniu powietrza wynoszącym od 0,3 do 0,5 MPa, przy czym kształt gwintu połączenia gwintowanego do rury wiertniczej jest dowolnie wybrany spośród takich jak gwint typu trapezowego niesymetrycznego i gwint okrągły. 4. Sposób wytwarzania połączenia gwintowanego do rury wiertniczej według zastrz. 3, znamienny tym, że obróbkę przez wtryskiwanie i natryskiwanie prowadzi się tylko dla niecałkowicie gwintowanej części. 5. Sposób wytwarzania połączenia gwintowanego do rury wiertniczej według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że obróbkę przez wtryskiwanie i natryskiwanie wykonuje się w ciągu 3 sekund/cm 2 lub mniej.

17 FIG. 1 (X: CZĘŚĆ POMIAROWA: W PRZYBLIśENIU ŚRODEK CZĘŚCI NIECAŁKOWICIE GWINTOWANEJ) CZĘŚĆ NIECAŁKOWICIE CAŁKOWICIE CZĘŚĆ METALOWEGO WALCOWINY GWINTOWANA GWINTOWANA USZCZELNIENIA CZĘŚĆ CZĘŚĆ 17

18 FIG. 2 18

19 Fig. 3 19

20 Fig. 4 20

21 Fig. 5 21

22 Fig. 6 (STAŁE OBCIĄśENIE ODKSZTAŁCAJĄCE) 22 (PRÓBA: WSZYSTKIE CZĘŚCI POMOCNICZE SĄ PODTRZYMYWANE PRZEZ AUTOMATYCZNE SAMONASTAWNE ŁOśYSKO WAŁECZKOWE)

23 Fig. 7 23

24 Fig. 8 24