Verfahren zum Herstellen von Rohren für die Erdöl- und Erdgasindustrie und von Bohrfestängeeinheiten

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Rohren für die Erdöl- und Erdgasindustrie aus dünnwandigen Ausgangsrohren mit Verbindern an beiden Rohrenden, wobei die Verbinder mit dem Rohrende durch Schweissen verbunden werden und die Schweissnaht entgratet, wärmebehandelt und spangebend fertig bearbeitet wird. Um die korrosionsmechanische Belastbarkeit des/der Rohre und der Einheit zu erhöhen und der physikalischen Belastbarkeit anzupassen wird vorgeschlagen, dass das Ausgangsrohr und Verbinder aus einem Stahl mit 0,20 bis 0,60% C und 0,5 bis 1,8% Mn, 0,5 bis 3,5% (Cr+Mo), nicht mehr als 0,02% P und nicht mehr als 0,005% S bestehen und nach dem Schweissen und Entgraten einer Vergütungsbehandlung unterzogen werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von einerseits Rohren gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 und andererseits miteinander verschraubbare Einheiten eines Bohrgestänges gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 2.

[0002] Rohre für die Erdöl- und Erdgasindustrie und iaiteinander verschraubbare Einheiten eines Bohrgestänges werden bei Erdbohrungen in große Teufen oder zur Fortleitung des Erdöls auch im oberirdischen Bereich benutzt. Die Rohre sind hauptsächlich durch Innendruck und Längskräfte, die Einheiten durch die Masse des Bohrkopfes, ihre eigene Masse und das Bohrmoment und Biegung mechanisch hochbeansprucht. Es kommen deswegen üblicherweise ausschließlich vergütete Rohre und Einheiten zum Einsatz, die nach dem Vergüten durch sogenannte Verbinder versehen sind. Dies sind Flanschverbinder oder besonders starkwandig kurze Rohrstücke mit Gewinde, durch die die Einheiten zu Bohrgestängen miteinander verbunden sind.

[0003] Die Verbinder wurden früher beispielsweise bei den Einheiten auf die Rohrenden aufgeschraubt und dann verschweißt. Inzwischen ist es aber schon üblich, die Rohrverbinder durch Schweißen, z. B. Reibschweißen, mit dem Rohr zu verbinden und die Schweißstelle zu entgraten und durch Entspannungsglühen zu behandeln.

[0004] Derartige Rohre und Einheiten genügen den an sie gestellten physikalischen Eigenschaften (Streckgrenze, Dehnung). Sie sind bei Anwesenheit von feuchtem Sauergas nur bis zu einem kleinen Teil ihrer Streckgrenze belastbar. Insbesondere weist der Übergangsbereich Schweiße zu Grundwerkstoff bei Rohren bisheriger Fertigung eine äußerst hohe Anfälligkeit für Spannungsrißkorrosion auf. Die Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit wird in schwefelwasserstoffgesättigter Prüflösung nach dem NACE-Standard TM-01-77 geprüft.

[0005] Die Aufgabe der Erfindung Desteht darin, die korrosionsmechanische Belastbarkeit des Rohres und der Einheit zu erhöhen und der physikalischen Belastbarkeit anmpasen.

[0006] Die Lösung der Aufgabe besteht bei gattungsgemäßen Rohren und Einheiten für Bohrgestänge in den Maßnahmen nach den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche. Die Ansprüche stehen nebeneinander, indem sie die Herstellung verschiedener Rohrarten betreffen. Der Anspruch 1 betrifft Rohre, durch die schwefelwasserstoffhaltiges Erdöl oder Erdgas hauptsächlich an der Erdoberfläche fortgeleitet wird und auch Einheiten, für die besonders gemäß Anspruch 2 Schutz beansprucht wird und die der Herstellung von Erdbohrungen dienen und die sich dabei in einer sogenannten sauergasreichen Umgebung unter hoher mechanischer Beanspruchung befinden.

[0007] Für die Erfindung kommt es nicht darauf an, ob die zur Verarbeitung kommenden Rohre aus der Walzhitze an Luft abgekühlt oder normalisierend geglüht sind. Ein Vergüten der Ausgangsrohre fst ebensowenig erforderlich. Um einen dickwandigeren Übergang vom Ausgangsrohr zu den Verbindern hin zu schaffen, kann die Wanddicke an den Rohrenden durch achsiales Stauchen im Gesenk verdickt werden. Die Wandverdickung schafft auch eine breitere Schweißfläche.

[0008] Die Verbinder sind im allgemeinen Fall Flansche oder kurze sehr dickwandige Rohrstücke. Letztere sind einseitig auf die Wanddicke der verdickten Rohrenden abgedreht und auf den Gewindebereich vorgearbeitet. Auch diese Verbinder brauchen nicht vor dem Schweißen wärmebehandelt zu werden.

[0009] Es gibt Verbinder mit vorgedrehtem Außengewinde und mit Innengewinde, die paarweise an den Enden des Rohres preßgeschweißt verbunden werden. Der überstehende Grat wird entfernt.

[0010] Rohr und Verbinder sind aus einer Stahlzusamrnensetzung hergestellt, die nicht beständig gegen abtragende Korrosion'ist. Im Falle der Einheiten wird der Bohrflüssigkeit üblicherweise Inhibitoren zugesetzt, so daß die abtragende Korrosion unbeachtlich ist. Die Stahlzusammensetzung ist aber so eingestellt, daß die Wanddicke bei Wasser oder bei Ölabschrekkung auch bis zu den größten vorkommenden Dicken am Rohr und an den Verbindern weitgehend durchgehärtet ist, d. h. auf die volle Wanddicke ziemlich gleichmässige Härte annimmt und damit gleiche Festigkeitseigenschaften hat.

[0011] Das soweit hergestellte Rohr für die Erdölindustvie und die Einheiten eines Bohrgestänges werden als ganzes gehärtet. Soweit der Abmessungsbereich es zulässt, wird das Tauchverfahren angewendet. Diese Teile werden daraufhin angelassen und die Wärmebehandlung endet mit der Abkühlung an Luft. Die anzuwendende Temperaturführung ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 3. Damit haben die Teile eine auf der ganzen Länge, im besonderen im Schweißbereich und den von der Schweißwärme beeinflußten Bereich des Grundwerkstoffes im Vergleich zum glatten Rohr ein gleichmässiges ebensolches Gefüge und damit gleiche mechanische Eigenschaften sowie vergleichbare Korrosionsbeständigkeit.

[0012] Es folgt die meachanische Bearbeitung des Gewindes, der Dicht- und/oder Anschlagschultern.

[0013] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Einheit eines Bohrgestänges und geht von folgender Stahlzusammensetzung aus (Massenprozent):

[0014] Die Ausgangsrohre werden aus Stranggußknüppeln durch Schrägwalzen, Abstrecken über einer zylindrischen Stange im Kontiwalzwerk und durch Streckreduzieren auf die Fertigabmessung 114,3 Durchmesser x 9,19 mm Wanddicke gewalzt und an ruhender Luft abgekühlt. In einer erneuten Erwärmung jedoch nur an den Enden auf etwa 300 mm Länge wird die Wanddicke auf ca. 22 mm bei einem Außendurchmesser von etwa 131 mm angestaucht. Es erfolgt erneut Abkühlung an ruhender Luft.

[0015] Ebenso erzeugte dickwandige rohre mit einer Abmessung von 162 mm Außendurchmesser, 36 mm Wanddicke werden in Abschnitten von ca. 370 mm Länge unterteilt und paarweise zu Verbindern mit Außen- und Innengewinde roh vorgedreht. Zur Schweißstelle mit dem Rohr wird ein Übergang abgedreht.

[0016] Verbinder und Ausgangsrohr werden durch Reibschweißen verbunden und entgratet, wie dies in der DE-PS 31 33 181 beschrieben ist. Damit liegt die Bohrgestängeeinheit in voller Länge vor. So wird es einer Abschreckhärtung und einem Anlassen einer Anlage zugeführt, wie sie in der DE-PS 15 83 993 beschrieben ist. Das Abschrecken erfolgt von einer Temperatur von 890° C in Öl für etwa 120 Sekunden. Die Bohrgestängeeinheit wird danach auf eiem Rost an ruhender Luft ausgelegt. Die Anlaßtemperatur beträgt 690° C. Nach der Abkühlung an Luft kann ein Richten auf Geradheit vorgesehen sein. Die Bohrgestängeeinheit hat jetzt folgende physikalische Eigenschaften

[0017] Eine Probe aus der Bohrgestängeeinheit erträgt im Test nach NACE-TM-01-77 80% der Mindeststreckgrenze von 655 N/mm2 im Dauerversuch über die vorgeschriebenen 720 Stunden hinaus.

[0018] Es folgt die mechanische Bearbeitung, die sich vom üblichen nicht unterscheidet.

[0019] Die einzige Figur hierzu zeigt das fertige Produkt des Ausführungsbeispiels, bestehend aus dem Ausgangsrohr 1, den Gewindeverbindern 2 und 3 und die am fertigen Rohr nicht erkennbaren Stellen der Schweißnähte 4 und 5.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von Rohren für die Erdöl- und Erdgasin- dustrie aus dünnwandigen Ausgangsrohren mit Verbindern an beiden Rohrenden, wobei die Verbinder mit dem Rohrende durch Schweißen verbunden werden und die Schweißnaht entgratet, wärmebehandelt und spangebend fertig bearbeitet wird,
dadurch h gekennzeichnet ,
daß Ausgangsrohr und Verbinder aus einem Stahl mit 0,20 bis 0,60% C und 0,5 bis 1,8 % Mn, 0,5 bis 3,5 % (Cr + Mo), nicht mehr als 0,02 % P und nicht mehr als 0,005 % S bestehen und nach dem .Schweißen und Entgraten einer Vergütungsbehandlung unterzogen werden, so daß der Stahl folgende Eigenschaften besitzt:


Zeitfestigkeit für ≥ 720 Stunden nach NACE-TM-01-77 in einer schwefelwasserstoffgesättigten Prüflösung von ≥ 80% der Mindeststreckgrenze.

2. Verfahren zum Herstellen von miteinander verschraubbaren Einheiten eines Bohrgestänges für eine Erdbohrung, die aus Ausgangsrohren und Verbindern besteht, wobei das Ausgangsrohr an seinem ggf. durch Warmstauchen verdickten Ende mit den Verbindern durch Schweißen verbunden, die Schweißnaht entgratet, wärmebehandelt und die Einheit spangebend fertig bearbeitet wird,
dadurch gekennzeichnet ,
daß Ausgangsrohr und Verbinder aus einem Stahl mit 0,20 bis 0,60% C, 0,5 bis 1,8 % Mn, 0,5 bis 3,5 % (Cr + Mo), nicht mehr als 0,02 % P und nicht mehr als 0,005 % S bestehen und nach dem Schweißen und Entgraten einer Vergütungsbehandlung unterzogen werden, so daß der Stahl folgende Eigenschaften besitzt:


Zeitfestigkeit für ≥ 720 Stunden nach NACE-TM-01-77 in einer schwefelwasserstoffgesättigten Prüflösung von ≥ 80% der Mindeststreckgrenze.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch h gekennzeichnet ,
daß Ausgangsrohr und Verbinder aus einem Stahl mit 0,40 bis 0,55 % C, 0,8 - 1,8 % Mn, 0,5 bis 3,5 % (Cr-Mo), nicht mehr als 0,02 % P und nicht mehr als 0,005 % S bestehen und nach dem Schweißen und Entgraten einer Vergütungsbehandlung unterzogen werden, so daß der Stahl folgende Eigenschaften besitzt:


Zeitfestigkeit für ≥ 720 Stunden nach NACE-TM-01-77 in einer schwefelwasserstoffgesättigten Prüflösung von ≥ 80% der Mindeststreckgrenze.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeicknet, daß die Vergütungsbehandlung mit folgender Temperaturführung erfolgt:

Erwärmen auf eine Temperatur zwischen 50 bis 200° über AC3, einem Abschrecken von dieser Temperatur auf eine Temperatur mindestens 200° unter Arl und

einem Anlassen auf eine Temperatur unter Acl.

Zeichnung