Сварные соединения обсадных труб

Одним из наиболее эффективных способов повышения герметичности является сварка соединений обсадных труб. Применяются несколько типов сварных соединений: раструбное (рис. 32, а), двухраструбное (рис. 32, б), муфтовое (рис. 32, в), встык (рис. 32, г), ниппель-раструбное (рис. 32, д), двухраструбное с центрирующим кольцом (рис. 32, е) и другие. Одним из достоинств соединений, показанных на рис. 32, а, в, д и е, является легкость центрирования концов труб при сварке; гораздо сложнее центрировать концы труб при двухраструбном и стыковом соединениях.

Прочность при растяжении раструбного и муфтового сварных соединений примерно равна, а двухраструбного — несколько выше прочности стандартного резьбового соединения по ГОСТ 632—64. Прочность стыкосварного соединения близка (а в ряде случаев — даже равна) к прочности тела трубы. Существенным недостатком стыкосварного и — в меньшей степени — двухраструбного соединений является образование грата на внутренней поверхности труб вследствие затекания расплавленного металла при сварке и вызванное этим заметное-уменьшение внутреннего диаметра обсадной колонны. Этот недостаток устранен в соединениях, показанных на рис. 32, д и е.

Применяются в России наиболее широко двухраструбные с центрирующим кольцом и ниппель-раструбные сварные соединения. В первом из них на обоих концах каждой обсадной трубы делают внутренние расточки глубиной до 0,3 толщины стенки и длиной 30—50 мм. Перед сваркой две трубы центрируют с помощью специального кольца из малоуглеродистой стали, которое вставляют в эти расточки. Кольцо препятствует также затеканию расплавленного металла внутрь труб при сварке.

При ниппель-раструбном соединении предварительно на одном конце трубы делают такую же внутреннюю расточку, как и в предыдущем случае, а на другом конце — наружную проточку. Перед сваркой стакан, образовавшийся при наружной проточке конца одной трубы, вставляют во внутреннюю расточку конца другой трубы; таким образом достигается хорошая центровка труб и предотвращается образование грата на внутренней поверхности при сварке. Ниппель-раструбное соединение целесообразно применять лишь для труб с малой овальностью. При значительной овальности труб следует использовать соединения с внутренним центрирующим кольцом.

Для удержания колонны на весу при двух последних типах сварных соединений на наружной поверхности трубы на расстоянии примерно 200 мм от верхнего конца ее делают проточку длиной 0,3—0,5 диаметра и глубиной — до 0,4 толщины стенки. В эту проточку при спуске обсадной колонны вставляют специальный шарнирный хомут, под который затем подводят обычный элеватор.

Такая проточка уменьшает прочность трубы на растяжение. Обычно прочность нa растяжение в месте наружной проточки под хомут немного выше прочности стандартного резьбового соединения по ГОСТ 632—64. Прочность сварного соединения может быть повышена до прочности тела трубы, если использовать специальные трубы с утолщенными на 8—10 мм по диаметру концами и проточку под хомут делать в утолщенной части.

Трубы сваривают непосредственно над устьем скважины. Для этого используют полуавтоматы и автоматы для электродуговой сварки института им. Е.О. Патона. Применяется как сварка в защитной среде, так и без защитной среды. Электродуговым способом сваривают обсадные трубы группы прочности Д, изготовляемые из углеродистых сталей, а также трубы более высоких групп прочности, если они изготовлены из хорошо свариваемых сталей.

Имеется также опыт контактной сварки с помощью автоматов института им. Е.О. Патона. Таким способом можно соединять трубы любой группы прочности. Контактная сварка осуществляется путем нагрева концов труб до пластического состояния и осевого сдавливания их по торцам. Прочность образующегося шва равна прочности тела трубы. У этого способа, однако, есть два существенных недостатка: во-первых, при сдавливании концов труб на внутренней поверхности образуется грат; во-вторых, установки для контактной сварки более громоздки, чем для дуговой.