EA010138B1

EA010138B1 - Соединение бурильной колонны

Info

Publication number: EA010138B1
Application number: EA200701865A
Authority: EA
Inventors: Джозеф Стивен Уильямсон; Скотт Л. Грейнджер; Роджер Д. Чанси
Original assignee: Валлоурек Маннесманн Ойл Энд Гас Франсе
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2008-06-30
Also published as: WO2006092649A1; CN101184903A; EA200701865A1; JP2008531949A; EP3540174B1; BRPI0520039A2; NO20074987L; EP1861578A4; CA2725126C; CA2725126A1; JP4940154B2; PL1861578T3; DK1861578T3; EP3540174A1; CA2602473C; EP1861578B1; EP1861578A1; NO344088B1; CA2602473A1; BRPI0520039B1

Abstract

Соединение бурильной колонны с двумя заплечиками для приложения высоких крутящих моментов содержит конусность резьбы в диапазоне приблизительно между 0,08 и 0,098. Профиль резьбы характеризуется углом наклона боковой стороны введения приблизительно между 35 и 42°, углом наклона боковой стороны нагружения приблизительно между 25 и 34° и малой высотой профиля резьбы с эллиптическими впадинами и с вершинами, имеющими уклон, направленный противоположно конусности резьбы по отношению к осевой линии. Бурильная колонна содержит бурильный замок, имеющий различные внутренние диаметры для существенной осевой длины, что обеспечивает повышенную прочность на участке замка, снабженном резьбой.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение в основном относится к резьбовым соединениям бурильной колонны, в частности к бурильному замку и получающейся в результате бурильной колонне, где бурильный замок соединяет секции бурильных труб и другие элементы бурильной колонны от поверхности до бурового долота, более конкретно, изобретение относится к бурильному замку, имеющему внутренние и внешние заплечики свинчивания, для применения при вращательном бурении с высокими крутящими моментами.

Уровень техники

Глубокие скважины для нефти и газа бурятся с использованием долота вращательного бурения, вращаемого бурильной колонной, которая состоит из компоновки низа бурильной колонны, колонны бурильной трубы, ведущей бурильной трубы или верхнего привода, и всего вспомогательного оборудования во вращающейся колонне до бурового долота. Колонна бурильной трубы свинчена из отдельных элементов, каждый длиной приблизительно в 9,15 м. Элементы бурильной трубы соединяются посредством резьбового соединения, называемого бурильным замком, обычно длиной 457,5 мм. Бурильные замки должны выдерживать нормальный крутящий момент, с которым сталкиваются во время бурения, и также обеспечивать уплотнение, чтобы предотвращать просачивание из замков бурового раствора, закачиваемого вниз по бурильной трубе. Просачивание из бурильных замков приводит к износу, вызываемому абразивной способностью бурового раствора, что может привести к преждевременному отказу.

Традиционный бурильный замок (иногда называемый бурильным замком ΑΡΙ (бурильным замком Американского нефтяного института)) состоит из ниппеля и элемента муфты. Ниппель имеет наружную резьбу и внешний кольцевой заплечик свинчивания. Муфта имеет внутреннюю резьбу и кромку или торец, который соединяется с заплечиком свинчивания. В муфте традиционного бурильного замка нет никакого внутреннего заплечика для контакта с носовой частью или торцом на конце ниппеля. Обычно элементы бурильного замка свинчиваются на поверхности скважины до крутящего момента, который создает в поперечном сечении резьбы продольное напряжение, составляющее приблизительно половину предела текучести ниппеля или муфты.

При бурении горизонтальных скважин или скважин увеличенной протяженности или в случае, когда бурильная колонна прихватывается в буровой скважине, возможно превышение крутящим моментом бурения крутящего момента свинчивания, приложенного на поверхности скважины. Когда крутящий момент бурения превышает крутящий момент свинчивания на поверхности, возникает дополнительный крутящий момент свинчивания соединения. Дополнительный крутящий момент свинчивания создает более высокие напряжения в соединении, которые могут превысить предел текучести ниппеля и муфты и вызвать аварию в скважине. Чтобы избежать возможности аварии, крутящий момент свинчивания на поверхности должен быть более высоким, чем крутящий момент бурения. По этой причине изготовители бурильных замков для бурильных труб разработали так называемые бурильные замки с двумя заплечиками, которые имеют более высокую прочность по крутящему моменту, чем бурильные замки ΑΡΙ, допуская более высокий крутящий момент свинчивания на поверхности. Бурильные замки с двумя заплечиками имеют не только внешний заплечик свинчивания, но и внутренний заплечик свинчивания и размеры, которые обеспечивают свинчивание обоих заплечиков в условиях более высокого крутящего момента.

Как показано в патенте И8 2532632, бурильные замки с двумя заплечиками имеют не только внешний заплечик свинчивания, но и внутренний заплечик свинчивания и размеры, которые обеспечивают свинчивание обоих заплечиков в условиях более высокого крутящего момента. Бурильный замок с двумя заплечиками может иметь существенно увеличенный предел текучести при кручении (по сравнению с бурильным замком ΑΡΙ) без какого-либо увеличения толщины ниппеля или муфты, и без повышения предела текучести стали.

В известных решениях стремились достигнуть улучшенных рабочих характеристик бурильного замка с двумя заплечиками за счет регулирования размеров элементов, характеризующих такое соединение. Такие элементы включают в себя относительные длины раззенкованной части муфты, основания ниппеля, носовой части ниппеля, и резьбы; относительную толщину поперечного сечения раззенкованной части муфты и носовой части ниппеля; и относительные размеры внутреннего и наружного диаметров бурильного замка.

Соединение, имеющее два заплечика, также описано в патенте И8 4558431. Муфта снабжена внутренним заплечиком, расположенным ниже ее резьбы. Ниппель имеет торец в конце его носовой части, который сопрягается с внутренним заплечиком в муфте. Размеры ниппеля и муфты выбираются таким образом, чтобы при ручной затяжке торец муфты входил в контакт с внешним заплечиком ниппеля. Между торцом носовой части ниппеля и внутренним заплечиком муфты существует зазор. Когда бурильный замок полностью свинчен до его нормального крутящего момента свинчивания, торец муфты входит в контакт с внешним заплечиком свинчивания до нормального контактного давления. Зазор ручной затяжки выбирается таким, чтобы при нормальном крутящем моменте свинчивания торец ниппеля оказывал небольшое давление или не оказывал никакого давления на внутренний заплечик.

В вышеупомянутом патенте И8 4548431 определено, что секции основания ниппеля и раззенкованной части муфты имеют длину, составляющую по меньшей мере одну треть длины резьбы в зацеплении,

- 1 010138 и что носовая часть ниппеля должна иметь длину, составляющую по меньшей мере одну шестую длины резьбы в зацеплении. Для бурильного замка с двумя заплечиками, описанного в патенте υδ 4548431, у которого наружный диаметр составляет 127 мм, а внутренний диаметр составляет 68,2 мм, крутящий момент, приводящий к пластическому деформированию базовую секцию ниппеля или раззенкованную секцию муфты, для соединения с двумя заплечиками составляет 34792,9 Нм по сравнению с 24616 Нм для бурильного замка ΑΡΙ с теми же самыми наружным и внутренним диаметрами. Длинная раззенкованная секция понижает сопротивление деформированию, тем самым делая возможными разумные производственные допуски для зазора ручной затяжки. Однако длинная раззенкованная секция при высоком крутящем моменте имеет тенденцию к выпучиванию.

Зазор ручной затяжки выбирают таким, чтобы при расчетном крутящем моменте свинчивания на поверхности внутренний заплечик был существенно нагружен. Выполненный таким образом, внутренний заплечик допускает большой крутящий момент свинчивания на поверхности и может, поэтому использоваться в скважинах, которые требуют более высокого крутящего момента бурения. Когда бурильный замок затягивается сильнее, чем по условию ручной затяжки, раззенкованная часть, муфты и базовая часть ниппеля деформируются. Эта деформация позволяет торцу ниппеля перекрыть зазор ручной затяжки и войти в контакт с внутренним заплечиком. Нагрузка торца ниппеля и внутреннего заплечика происходит прежде любой остаточной деформации, имеющей место в секциях раззенкованной части муфты и основания ниппеля.

Расширяя концепцию нагружения внутреннего заплечика крутящим моментом свинчивания на поверхности, в патенте υδ 6513804 описана конструкция бурильного замка с двумя заплечиками, в которой внутренний заплечик свинчивается первым, поскольку длина от внешнего заплечика ниппеля до носовой части ниппеля больше, чем длина от торца ниппеля до внутреннего заплечика муфты. Носовая часть ниппеля принята в два раза более длинной, чем раззенкованная часть муфты. Получение контакта по внутреннему заплечику, прежде чем по внешнему заплечику, создает риск того, что внешний заплечик может не быть в достаточной мере загружен, чтобы произвести уплотнение. Дополнительная длина носовой части ниппеля представляет собой попытку устранить этот риск за счет снижения сопротивления деформированию носовой части.

В патенте ϋδ 5492375 описывается конструкция бурильного замка с двумя заплечиками с акцентом на оптимизации предела прочности при кручении соединения, имеющего два заплечика. Эта оптимизация достигается благодаря тому, что при высоком крутящем моменте резьба очень близка к разрушению в результате среза, но не доходит до этого разрушения прежде пластического деформирования носовой части ниппеля и раззенкованной части муфты или основания ниппеля. В патенте ϋδ 5492375 определено, что длина находящейся в зацеплении резьбовой секции ниппеля, которая определяет площадь среза резьбы, такова, что А_г равно или только немного больше чем 1,73(А_Ъ+А,), где А_ъ является меньшей из площадей поперечного сечения основания ниппеля или раззенкованной части муфты, а А·-,· является площадью поперечного сечения носовой части ниппеля. Оптимизация по этой технологии дает лишь небольшое увеличение предела прочности при кручении соединения.

В патенте υδ 5908212 описана конструкция бурильного замка с двумя заплечиками, отвечающая требованиям:

(1) чтобы сумма площади поперечного сечения раззенкованной части муфты и площади поперечного сечения носовой части ниппеля составляла по меньшей мере 70% площади поперечного сечения муфты;

(2) чтобы конусность резьбы составляла меньше чем 0,08;

(3) чтобы осевая длина раззенкованной секции составляла по меньшей мере 37,5 мм.

Малая конусность резьбы сильно повышает предел прочности внутреннего заплечика и поэтому увеличивает предел прочности при кручении соединения. Однако соединения бурильной трубы с малыми значениями конусности резьбы требуют существенно большего количества поворотов ниппеля с муфтой во время свинчивания, по сравнению с традиционными бурильными замками ΑΡΙ. Дополнительное время бурения, требуемое для свинчивания этих соединений, очень дорого и нежелательно. Малая конусность также делает введение и выведение ниппеля из соединения более грудными, потому что соединение должно быть тщательно центрировано, чтобы избежать заедания и пластического деформирования резьбы. Кроме того, малый конус приводит к большой потере ограниченной длины бурильного замка при повторной механической обработке соединения после износа или повреждения.

Известные соединения также предусматривают традиционные конструкции профиля резьбы, которые не позволяют получить оптимальные параметры крутящего момента, соответствующего пределу текучести, для соединений труб вообще и, в частности, для соединений бурильных труб с двумя заплечиками.

Кроме того, известные бурильные замки характеризуются профилем резьбы с уклоном вершины, который соответствует конусности резьбы. На фиг. 5 из числа прилагаемых чертежей показан известный профиль резьбы, где уклон вершины (41) является таким же, как полная конусность Т_|Н резьбы. Профиль резьбы, в основном, характеризуется впадиной (39) резьбы, боковой стороной (35) нагружения, вершиной (41), радиусом (43) сопряжения вершины и боковой стороны нагружения, радиусом (45) сопряжения вершины и боковой стороны введения и боковой стороной (33) введения. При введении элементов замка

- 2 010138 бурильных труб (т.е. при введении ниппеля в муфту), вершины одного элемента будут время от времени оказываться находящимися на вершинах резьбы другого элемента. На фиг. 6А-6С изображены известные ниппель (5) и муфта (5'), вводимые один в другую, при этом на фиг. 6В и 6С показаны поперечные сечения резьб ниппеля (5) и муфты (5'). На фиг. 6В показаны вершины (41) ниппеля (5), находящиеся на вершинах (41') резьбы муфты (5'). Как показано на фиг. 6С, для перемещения ниппеля (5) в осевом направлении относительно муфты (5'), чтобы прекратить контакт вершины (41) и вершины (41') и привести к контакту боковой стороны (33) введения с боковой стороной (33') введения, требуется приблизительно половина оборота. Если контакт вершины с вершиной происходит с соударением, то боковые стороны (36), (36') нагружения, боковые стороны (33), (33') введения, или и те и другие, могут постоянно повреждаться, особенно около вершин (41), (41'), по причине малых радиусов сопряжения вершины с боковой стороной нагружения и вершины с боковой стороной введения, которые обычны для традиционных бурильных замков. Даже если при введении, не происходит, повреждение вершины (41) ниппеля бурильного замка, могут заклинить в муфте (5') бурильного замка. Такое заклинивание усиливается соударением. Поскольку конусность резьбы уменьшена, воздействие заклинивания ухудшается. Для коэффициента трения 0.08, вершины (41), (41') резьбы для значений конусности резьбы менее чем 0,16 подвержены самоторможению. Самоторможение означает, что бурильные замки должны разделяться с приложением силы. Приложение силы к резьбам для устранения заклинивания вершин резьбы может, в конечном счете, привести к заеданию и другому повреждению.

Основная задача изобретения заключается в создании соединения бурильной колонны, в частности для бурильного замка бурильных труб с повышенными параметрами крутящего момента, соответствующего пределу текучести.

Другая задача изобретения заключается в создании бурильного замка бурильных труб с повышенными параметрами крутящего момента, соответствующего пределу текучести, имея одновременно с этим количество оборотов свинчивания, присущее традиционному бурильному замку ΑΡΙ.

Причем бурильный замок бурильных труб характеризуется увеличенным пределом прочности при кручении по меньшей мере приблизительно на 50% или более, чем этот параметр в традиционном соединении сопоставимого размера и количеством оборотов свинчивания, приблизительно одинаковым с традиционным соединением.

Другая задача изобретения заключается в создании бурильного замка бурильных труб с двумя заплечиками, имеющего улучшенный профиль резьбы в сочетании с оптимальной конусностью резьбы, так чтобы в результате были получены повышенные характеристики крутящего момента.

Другая задача изобретения заключается в создании бурильного замка с конструкцией резьбы, обеспечивающей повышенные характеристики введения ниппеля в муфту во время свинчивания соединения.

Другая задача изобретения заключается в том, чтобы избежать потери устойчивости муфты, благодаря предусмотрению в конструкции бурильного замка раззенкованной части муфты с длиной, меньшей или равной длине носовой части ниппеля.

Другая задача изобретения заключается в создании конструкции бурильного замка, характеризующейся тем, что для оптимизации допустимой нагрузки в пределах производственных допусков напряжения первичного заплечика и вторичного заплечика соотносятся друг с другом в пределах 70%.

Другая задача изобретения заключается в создании профиля резьбы для бурильных замков, при котором заклинивание вершина-с-вершиной при введении в существенной мере предотвращается.

Другая задача изобретения заключается в создании профиля резьбы для бурильных замков, который позволяет резьбе ниппеля более легко центрироваться в резьбе муфты, обеспечивая при этом более жесткий профиль с более узкими вершинами, не уменьшая при этом площадь контакта боковой стороны нагружения.

Другая задача изобретения заключается в создании профиля резьбы, который:

(1) обеспечивает пониженную концентрацию напряжений во впадине резьбы, максимизируя при этом площадь контакта боковой стороны нагружения и минимизируя высоту профиля резьбы;

(2) предусматривает большие критические области на первичных и вторичных заплечиках бурильного замка с двумя заплечиками, тем самым обеспечивая увеличенную несущую способность соединения по крутящему моменту;

(3) снижает вероятность заклинивания соединения.

Другая задача изобретения заключается в создании бурильного замка бурильных труб с двумя заплечиками, характеризующегося тем, что длины носовой части ниппеля и раззенкованной части муфты таковы, что напряжения на первичном и вторичном заплечиках увеличиваются пропорционально увеличению крутящего момента, приложенного к соединению.

Другая задача изобретения заключается в создании бурильного замка с увеличенной толщиной стенки, противоположной резьбе, для обеспечения более высокой прочности соединения.

Раскрытие изобретения

Задачи, описанные выше, наряду с другими признаками и преимуществами изобретения решаются тем, что в соединительном замке с двумя заплечиками площадь поперечного сечения носовой части ниппеля, составляет по меньшей мере 50% от наименьшей из площади поперечного сечения раззенкованной

- 3 010138 части муфты или площади основания ниппеля и имеет резьбу с конусностью в диапазоне между приблизительно 0,08-0,098, предпочтительно приблизительно 0,09. Предпочтительная конусность представляет собой компромиссное значение между нижним пределом 0,08, ниже которого количество оборотов от состояния введения до туго завинченного состояния, по существу, превышает то, которое требуется для бурильных замков ΑΡΙ и верхним пределом 0,098, за которым крутящий момент, соответствующий пределу текучести для бурильного замка, уменьшается значительно ниже 150% предела прочности при кручении традиционного соединения ΑΡΙ сопоставимого размера. Предпочтительная конусность составляет приблизительно 0,09. При указанном выше размере поперечного сечения носовой части ниппеля, длина носовой части ниппеля составляет приблизительно 1-1,5 длины раззенкованной части муфты, что позволяет добиться увеличения напряжения первичного и вторичного заплечика пропорционально приложенному к соединению крутящего момента.

Профиль резьбы для внутренней и наружной резьб соединения труб с двумя заплечиками характеру ризуется высотой 11 профиля резьбы, измеренной между наружным радиусом 2 и внутренним радиусом Σι?

’ которая составляет приблизительно половину высоты (Н) исходного треугольника резьбы.

Внутренняя и наружная резьбы также характеризуются углом наклона боковой стороны введения между приблизительно 35 и 42° и углом наклона боковой стороны нагружения между приблизительно 25 и 34°. Предпочтительный угол наклона боковой стороны введения составляет приблизительно 40°, а предпочтительный угол наклона боковой стороны нагружения составляет приблизительно 30°. Угол наклона боковой стороны введения, составляющий 40°, позволяет соединению более легко центрироваться после введения (по сравнению с традиционным углом наклона стороны введения, составляющим 30°), равно как и обеспечивает более жесткий профиль и более узкую вершину, не уменьшая при этом площадь контакта стороны нагружения. Радиус сопряжения вершины и боковой стороны введения в предпочтительной конструкции бурильной трубы увеличен по сравнению с традиционным профилем резьбы.

Резьба также характеризуется впадинами резьбы, выполненными в форме части эллипса. Кроме того, вершины имеют уклон с углом, накрестлежащим по отношению к углу конусности резьбы. Такой уклон вершин делает заклинивание вершина-с-вершиной маловероятной при введении ниппеля в муфту.

Форма профиля резьбы создает преимущества, описанные в задачах изобретения, определенных выше, благодаря тому, что:

(1) обеспечивает пониженную концентрацию напряжений во впадине резьбы, поддерживая при этом максимальную площадь, контакта боковой стороны нагружения и минимальную высоту профиля резьбы;

Профиль резьбы характеризуется шагом резьбы, составляющим приблизительно 6,25 мм или более. Предпочтительный шаг резьбы составляет приблизительно 7,15 мм. Предпочтительный замок бурильной трубы также характеризуется длиной носовой секции ниппеля, составляющей приблизительно 31,25 дюйм при длине раззенкованной секции, составляющей приблизительно 25 мм. Площадь поперечного сечения раззенкованной секции муфты, площадь поперечного сечения ниппеля в носовой части, площадь поперечного сечения секции ниппеля противоположной раззенкованной части муфты и длина соединенных резьб выбираются такими, чтобы прочность соединенных резьб при приложении крутящего момента была существенно больше, чем прочность в носовой части ниппеля или раззенкованной части муфты или поперечном сечении ниппеля, противоположном раззенкованной части муфты.

Бурильный замок согласно изобретению также характеризуется наличием внутреннего диаметра, который изменяется как функция длины бурильного замка так, что стенка бурильного замка является более толстой напротив резьбы, чем на ее концах, для того, чтобы обеспечить более высокую прочность соединению в резьбе.

Краткое описание чертежей

Чертежи, прилагаемые к данному документу, иллюстрируют предпочтительный вариант осуществления изобретения, где:

на фиг. 1 показано сечение двух секций бурильной трубы, соединенных конец в конец посредством бурильного замка, согласно изобретению;

на фиг. 2 изображена увеличенная иллюстрация сечения бурильного замка, показывающая ниппель и муфту свинченными и показывающая коническую резьбу и профиль резьбы, согласно изобретению;

на фиг. 3 изображено увеличенное сечение профиля резьбы ниппеля и резьбы муфты, показывающее профили боковых сторон введения и нагружения, впадин и вершин и конусность, согласно изобретению;

на фиг. 4 изображено увеличенное сечение секции вершины профиля резьбы, показывающее, что вершина резьбы имеет уклон с углом, накрестлежащим по отношению к углу конусности резьбы;

- 4 010138 на фиг. 5 показан профиль резьбы предшествующего уровня техники с традиционной конструкцией вершины, которая имеет уклон с тем же самым углом, что и конусность резьбы;

на фиг. 6А-6С показано возможное заклинивание вершин известных бурильных замков в состоянии введения, где углы конусности традиционных вершин соответствуют этим углам резьбы;

на фиг. 7А-7С показано состояние введения для резьб муфты и ниппеля бурильного замка с профилем резьбы, имеющим вершину резьбы, как на фиг. 6 с уклоном, направленным в сторону, противоположную конусности резьбы;

на фиг. 8А и 8В изображена иллюстрация того, что увеличенный угол наклона боковой стороны введения и большой радиус сопряжения вершины и боковой стороны введения у профиля резьбы, показанного на фиг. 5, позволяют резьбе ниппеля центрироваться в резьбе муфты более легко, чем при традиционных профилях резьбы;

на фиг. 9 изображена диаграмма, показывающая диапазон приемлемых значений конусности для предпочтительного варианта реализации бурильного замка с двумя заплечиками, показывающая, что слишком большая конусность уменьшает крутящий момент, соответствующий пределу текучести, соединения, но слишком малая конусность требует чрезмерного количества оборотов от состояния введения до туго завинченного состояния.

Осуществление изобретения

Приводимое ниже описание иллюстрирует предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые фигуры, которые включают в себя ссылочные позиции, указывающие на части бурильной колонны и бурильного замка. Соответствие между ссылочными позициями и частями приведено ниже:

Ссылочная позиция____________Описание

Рю

С/1

РОю

Т2ю1 конце замка

Т3ю2 участке замка

ТЗоо ίη

2'

3'

6’

Наружный диаметр трубы

Внутренний диаметр Трубы

Осевая линия соединенных трубы и бурильного замка

Внутренний диаметр высаженного участка трубы

Внутренний диаметр бурильного замка на приваренном

Внутренний диаметр бурильного замка на среднем

Наружный диаметр бурильного замка

Длина бурильного замка

Нижняя бурильная труба

Верхняя бурильная труба

Высаженный участок нижней бурильной трубы

Высаженный участок верхней бурильной трубы

Бурильный замок

Нижний сварной шов

Верхний сварной шов

Ниппель

Муфта

Раззенкованная часть муфты

Основание ниппеля

Внешняя коническая резьба ниппеля

Внутренняя коническая резьба муфты

Носовая часть ниппеля

Внутренний заплечик муфты

Торец ниппеля или кольцевая кромка

Внешний заплечик муфты или торец муфты или

- 5 010138 кольцевая кромка принадлежащая резьбе θϊ

Θρ нагружения

ΕρΝ

Евс

Ргн

Р8

С8_вс св_РВ

С8ру вершине введения

Н к

Е

Εμι

Еш

Т_1Ь

Тс

Внешний заплечик ниппеля

Делительная линия резьбы

Боковая сторона введения, принадлежащая резьбе

Боковая сторона давления или нагружения,

Угол наклона боковой стороны введения

Угол наклона боковой стороны давления или

Длина носовой части ниппеля

Длина раззенкованной части муфты

Длина резьбы в зацеплении

Первичный заплечик и уплотнение

Вторичный заплечик

Поперечное сечение раззенкованной части муфты

Поперечное сечение основания ниппеля

Поперечное сечение носовой части ниппеля

Впадина резьбы

Вершина резьбы

Профиль перехода от боковой стороны нагружения к

Профиль перехода от вершины к боковой стороне

Исходный треугольник профиля резьбы

Высота исходного треугольника

Высота профиля резьбы

Наружный радиус (1/2)

Радиус делительной окружности (1/2)

Внутренний радиус (1/2)

Эллипс для профиля впадины

Малый диаметр эллипса

Большой диаметр эллипса

Конусность резьбы

Уклон вершины

На фиг. 1 показаны нижняя и верхняя бурильная трубы (2), (2'), соединенные вместе посредством бурильного замка (4), согласно изобретению. Бурильные трубы (2), (2') содержат высаженные участки (3), (3') которые имеют большую толщину стенки для сварных швов (6), (6') на концах бурильной трубы, приваренных к концам бурильного замка (4). Наружный диаметр труб (3), (3') обозначен как Р_ос, тогда как внутренний диаметр трубы почти на всей ее длине 9,15 м обозначен как Р_ш. Внутренний диаметр концов трубы (3), (3') на высаженном участке обозначен как РИщ, что приблизительно соответствует внутреннему диаметру Т1_т приваренных концов бурильного замка. В то время как наружный диаметр

- 6 010138

Τ1₀ϋ бурильного замка является, по существу, постоянным вдоль длины Ь_Т1 бурильного замка, внутренний диаметр бурильного замка, сужается от Т1_Ш1, на приваренных концах замка, до Т1_Ш2 для секции, примыкающей к резьбам ниппеля (10) и муфты (12). Согласно изобретению Τφ_ϋ2 может быть на 3,1 мм (или более) меньше по диаметру, чем Т1_1В1, для того чтобы обеспечить большую толщину стенки для резьбовой секции бурильного замка (4). Было выяснено, что в то время как слишком малый внутренний диаметр для бурильного замка может уменьшить допустимые расходы жидкости во время буровых работ, небольшое уменьшение внутреннего диаметра на 3,1 или 6,25 мм на короткой длине терпимо, при том что оно обеспечивает значительное повышение прочности замка по крутящему моменту. Предпочтительно, чтобы длина бурильного замка, к которой относится Т1_1В2 была не больше чем приблизительно 2/3 полной длины бурильного замка.

На фиг. 2 показан бурильный замок с двумя заплечиками в полностью свинченном состоянии. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения площадь поперечного сечения носовой части ниппеля С8_Г.,· составляет по меньшей мере 50% от наименьшей из: площади С8_ВС поперечного сечения раззенкованной части муфты или площади С8_РВ поперечного сечения основания ниппеля. Такое соотношение между площадями поперечных сечений носовой части ниппеля, основания ниппеля и раззенкованной части муфты обеспечивает увеличение предела прочности при кручении соединения (4) по меньшей мере на 50% по сравнению с традиционным соединением АР1 сопоставимого размера. Кроме того, как объяснено ниже, конусность резьбы (20) муфты и резьбы (18) ниппеля должна быть в пределах диапазона приблизительно 0,08-0,098, а предпочтительно приблизительно 0,09. Помимо этого, при том что поперечное сечение С8_Р·.,· основания ниппеля приблизительно на 50% меньше, чем поперечное сечение С8_ВС раззенкованной части муфты, длина Ь_Р, носовой части ниппеля должна составлять приблизительно 1-1,5 длины Ь_ВС раззенкованной части для того, чтобы напряжения на первичном (Р8) и вторичном (88) заплечиках увеличивались приблизительно пропорционально увеличению крутящего момента, приложенного к соединению.

Существенно важно, чтобы при приложении к бурильному замку чрезмерного крутящего момента, резьбы (18) и (20) не претерпевали разрушение в результате среза, прежде чем раззенкованная часть (14) муфты или носовая часть (22) ниппеля достигнут предела текучести или потеряют устойчивость, или прежде пластического деформирования основания (16) ниппеля, противоположного раззенкованной части муфты. Соответственно, площадь С8_Р, поперечного сечения носовой части ниппеля и длина Ь_Тн внутренней резьбы (20), соединенной с наружной резьбой (18), и поперечное сечение С8_ВС раззенкованной части выбраны из условия обеспечения прочности соединенных резьб большей, чем прочность по крутящему моменту носовой части (22) ниппеля или раззенкованной части (14) муфты. Поскольку срыв резьбы хуже, чем пластическая деформация ниппеля или муфты, для предпочтительного варианта осуществления изобретения предусматривается коэффициент запаса по прочности резьбы, даже если в результате этого не будет достигнута точная оптимизация предела прочности соединения при кручении. Предпочтительный коэффициент запаса по прочности резьбы обеспечивается в случае, когда поперечное сечение С8_Р, носовой части ниппеля составляет по меньшей мере 50% от поперечного сечения С8_ВС раззенкованной части муфты.

На фиг. 9 изображено параметрическое исследование для предпочтительного варианта осуществле¢- / > 0,5 С8_вг, й ,0,5 С5_РВ, £ = (от1.0до 1.5)Ζ._η,.), _Л ния изобретения (т.е. при ™ ’ ^вс’ ™ и ^{т ν} ’ ^вс с шагом резьбы

7,15 мм (3,5 витков резьбы на 25 мм), высотой профиля резьбы приблизительно 2,5 мм и диаметром делительной окружности приблизительно 95 мм, где показаны два параметра, характеризующие бурильный замок, которые изображены в виде функции от конусности резьбы, выраженной в дюймах на фут. Ордината левой стороны, или ось Υ, представляет отношение крутящего момента, соответствующего пределу текучести соединения, показанного на фиг. 2 и 3, к крутящему моменту, соответствующему пределу текучести соединения АР1 (например, ЫС 38). Кривая, обозначенная как Крутящий момент, соответствующий пределу текучести соединения согласно изобретению/Крутящий момент, соответствующий пределу текучести соединения АР1 (%) показывает, что соединение, изображенное на фиг. 2 и 3, демонстрирует повышенный крутящий момент, соответствующий пределу текучести, по сравнению с соединениями АР1, при уменьшениях конусности резьбы от 0,16 до 0,04. Соотношение крутящих моментов, соответствующих пределу текучести, составляет приблизительно 150% при конусности резьбы 0,09.

Правая ордината представляет параметр, который указывает, сколько оборотов требуется, чтобы соединение, достигло после начального введения туго завинченного состояния. Кривая, обозначенная как Доля перемещения от введенного состояния до туго завинченного состояния, приходящаяся на один оборот показывает, что для соединения с конусностью 0,04 один оборот дает только приблизительно 7% осевого перемещения, требующегося от резьбы для того, чтобы достигнуть туго завинченного состояния. С другой стороны, для конусности 0,16 один поворот дает около 35% осевого перемещения в резьбе, требующегося для достижения туго завинченного состояния. Кривая доли перемещения от введенного состояния до туго завинченного состояния показывает, что для конусности 0,09 доля перемещения от введенного состояния до туго завинченного состояния, приходящаяся на один оборот, составляет приблизительно 17%. Иначе говоря, для того чтобы от начального введения достигнуть тугого завинчива

- 7 010138 ния, для соединения с конусностью 0,09, требуется приблизительно 6 оборотов.

Для предпочтительного варианта реализации бурильного замка, описанного выше, был найден диапазон значений конусности, который обеспечивает приемлемую скорость при свинчивании соединения, сохраняя при этом повышенный предел прочности при кручении, составляющий приблизительно 150% по сравнению с традиционным соединением ΑΡΙ. Как проиллюстрировано на фиг. 9, нижний предел конусности, составляющий приблизительно 0,08 и верхний предел конусности, составляющий приблизительно 0,098, дают приемлемые предельные значения количества оборотов от состояния введения до туго завинченного состояния, составляющие приблизительно 6-1/2 оборотов и 5-1/2 оборотов. Такой диапазон является приемлемым, при этом не происходит значительного снижения максимизированного крутящего момента, соответствующего пределу текучести и составляющего приблизительно 150% по сравнению с соединением ΑΡΙ. Для сохранения высокого крутящего момента, соответствующего пределу текучести (например, 150% по сравнению с соединением ΑΡΙ) и сохранения одновременно с этим значения количества оборотов (приблизительно 6 оборотов) для достижения, насколько возможно быстро, туго завинченного состояния от начального введения предпочтительной является конусность резьбы приблизительно 0,09.

Как было указано выше, для предпочтительного варианта осуществления изобретения с шагом 7,15 мм (3,5 витков резьбы на 25 мм) диапазон конусности от 0,08 до 0,098 дает в результате диапазон между 6-1/2 и 5-1/2 оборота. При уменьшении параметра профиля резьбы, например, если шаг составляет 0,25 дюйм (0,625 см) (4 витка резьбы на 25 мм), то конусность 0,08 дает в результате приблизительно 8 оборотов, требующихся для перехода от введения до тугого завинчивания, то есть величину приблизительно такую же, как и для традиционного соединения ΑΡΙ.

В диапазоне конусности между 0,08 и 0,098 другие параметры профиля резьбы (шаг, диаметр делительной окружности, наружный диаметр, и внутренний диаметр), которые оказывают влияние на крутящий момент, соответствующий пределу текучести, и количество оборотов до тугого завинчивания могут быть скорректированы, исходя из варианта осуществления изобретения, описанного выше. Например, если понизить шаг от 7,15 мм (3-1/2 витков резьбы на 25 мм) до 6,25 мм (4 витков резьбы на 25 мм) при неизменных других параметрах, количество оборотов, требующихся для перехода от введения до тугого завинчивания, для конусности 0,08 было бы меньше чем 8 оборотов.

На фиг. 2 показан предпочтительный вариант осуществления бурильного замка с двумя заплечиками в полностью свинченном состоянии. Согласно этому варианту осуществления конусность резьбы (20) муфты и резьбы (18) ниппеля должна находиться в диапазоне между приблизительно 0,08 и 0,098, а предпочтительно приблизительно 0,09.

На фиг. 2 и 3 показан профиль резьбы (20) муфты и резьбы (18) ниппеля соединения, показанного на фиг. 1. Предпочтительно, чтобы профиль резьбы имел не более чем 4 витка резьбы на 25 мм, т.е. обычное значение для резьб ΑΡΙ. Кроме того, как проиллюстрировано, на фиг. 3, резьбы должны иметь высоту профиля резьбы И, измеренную между наружным радиусом ² и внутренним радиусом ²которая составляет приблизительно половину высоты исходного треугольника (48), определяющего резьбу. Эта конструкция предусматривает большие критические области первичного и вторичного заплечиков и, в конечном счете, дает дальнейшее увеличение несущей способности замка по крутящему моменту. Кроме того, внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) должны иметь боковую сторону (34) введения, которая образует угол 0₃ с исходным треугольником (48), составляющий от приблизительно 35 до 42°, и угол Θ_Ρ наклона боковой стороны нагружения между приблизительно 25 и 34°. Предпочтительно, чтобы угол Од наклона боковой стороны введения, составлял приблизительно 40°, а угол наклона боковой стороны нагружения составлял приблизительно 30°.

Профиль резьбы на фиг. 3 также характеризуется вершинами (42) с профилем (44) перехода между боковой стороной (36) нагружения и вершиной (42). Профиль (44) перехода характеризуется округлением с радиусом, который меньше чем или равен 0,3 мм, что дает большую боковую сторону (36) нагружения. Профиль (46) перехода между боковой стороной (34) введения и вершиной (42) представляет собой скругление с радиусом, равным или большим приблизительно 1,8 мм, что уменьшает ширину вершины резьбы и делает возможным постепенный вход сопряженной резьбы во время введения и свинчивания. Впадины (40) профиля резьбы согласно изобретению выполнены в форме эллипса Е, имеющего большую Е_М| и малую Е_м оси. Профиль впадины (40) подобран таким образом, чтобы обеспечить плавный переход между боковой стороной (34) введения и боковой стороной (36) давления. Форма эллипса Е обеспечивает коэффициент концентрации напряжений меньше, чем коэффициент концентрации для радиуса закругления впадины 0,95 мм.

Как можно увидеть на увеличенном изображении вершины резьбы (42) на фиг. 4, верхняя часть вершины (42) имеет уклон Т_с с углом, накрестлежащим по отношению к углу конусности Т_|И резьбы. Предпочтительно, чтобы уклон вершины составлял приблизительно 1°. Приведенное выше описание известных профилей резьбы со ссылкой на фиг. 5 и 6А-6С показывает, что уклон вершины (41) приблизительно такой же, как конусность Т* резьбы, может привести к заклиниванию резьбы. Традиционные части про

- 8 010138 филей резьбы обозначены следующим образом: впадина (39) резьбы, боковая сторона (33) введения, боковая сторона (35) нагружения, переход от боковой стороны нагружения к вершине (43) и переход от вершины к боковой стороне (45) введения. Профиль резьбы с углом уклона Т_с вершины, накрестлежащим по отношению к углу конусности Τ,ι, резьбы, позволяет более легко вводить ниппель в муфту. На фиг. 7А-7С показано это преимущество, при этом на фиг. 7А изображен вид сбоку ниппеля (10), вводимого в муфту (12) бурильного замка, а на фиг. 7В и 7С показано влияние обратного угла Т_с вершин резьбы. Как видно на увеличенном виде на фиг. 7С, заклинивание вершина-с-вершиной на вершинах (42), (42') является маловероятным во время введения, благодаря тому, что уклоны вершин направлены в противоположном направлении от конусности резьбы. На фиг. 7А-7С показано это преимущество со ссылкой на традиционные известные профили резьбы, показанные во взаимном расположении при введении на фиг. 6А-6С.

Как показано выше, угол Θ₈ наклона боковой стороны введения увеличен с традиционного 30 до предпочтительного 40°. Также выше упоминалось, что согласно изобретению радиус скругления профиля (42) перехода вершина - боковая сторона введения увеличен до 1,8 мм или более. Больший угол Θ₈ и большой профиль перехода вершина - боковая сторона введения позволяют соединению более легко самоцентрироваться после введения. На фиг. 8А и 8В показан этот эффект. Ниппели на фиг. 8А показаны вводимыми в муфту (12) из положения под углом к осевой линии муфты (12). Из-за увеличенного угла 95° наклона боковой стороны введения и большего профиля перехода вершина - боковая сторона введения ниппель (10) более легко перемещается в соосное положение с осевой линией муфты (12). Кроме того, вероятность заклинивания соединения снижается из-за уменьшения предшествующего движению материала.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Соединительный замок (4) с двумя заплечиками для использования в бурильной колонне, содержащий ниппель (10) с наружной резьбой (18), выполненной между внешним заплечиком (30) ниппеля и торцом (26) ниппеля;

муфту (12) с внутренней резьбой (20), выполненной между внешним заплечиком (28) муфты и внутренним заплечиком (24) муфты, причем муфта (12) имеет раззенкованную секцию (14) между внутренней резьбой (20) и внешним заплечиком (28) муфты, а ниппель имеет секцию (16) основания между внешним заплечиком (30) и наружной резьбой (18) и носовую секцию (22) между внешним торцом (26) ниппеля и наружной резьбой (18), при этом внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) выполнены с возможностью соединения друг с другом так, что муфта (12) и ниппель (10) имеют общую осевую линию (С/Ь), первичное уплотнение (Р8), образованное внешним заплечиком (30) ниппеля, прижатым к внешнему заплечику (28) муфты, и вторичный заплечик (88), образованный торцом ниппеля (26), прижатым к внутреннему заплечику (24) муфты, отличающийся тем, что внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) имеют конусность (ТЦ резьбы по отношению к осевой линии (С/Ь), которая составляет от 0,08 до 0,098.
2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что характеристики профиля резьбы: шаг, наружный диаметр резьбы и делительный диаметр резьбы выбраны из условия обеспечения перехода от введенного состояния до туго завинченного состояния меньше чем за 8 оборотов.
3. Соединение по п.2, отличающееся тем, что количество оборотов, требующееся для перехода от введенного состояния до туго завинченного состояния, составляет приблизительно 6 оборотов при конусности резьбы приблизительно 0,09.
4. Соединение по п.1, отличающееся тем, что высота (11) профиля внешней и внутренней резьбы,

Ш (Ή измеряемая между наружным радиусом ' ⁷ и внутренним радиусом ' составляет приблизительно половину или меньше от высоты (Н) исходного треугольника резьбы.
5. Соединение по п.1, отличающееся тем, что внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) имеют угол (Θ₈) наклона боковой стороны введения приблизительно между 35 и 42°, а угол (0_Р) наклона боковой стороны нагружения - приблизительно между 25 и 34°.
6. Соединение по п.5, отличающееся тем, что угол (Θ₈) наклона боковой стороны введения составляет приблизительно 40°, а угол (0_Р) наклона боковой стороны нагружения составляет приблизительно 30°.
7. Соединение по п.1, отличающееся тем, что впадины внутренней резьбы (20) и наружной резьбы (18) имеют форму участка эллипса (Е).
8. Соединение по п.1, отличающееся тем, что внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) имеют конусность (Т(ъ) резьбы по отношению к осевой линии (С/Ь), а внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) имеют вершины с уклоном (Т_с), направленным противоположно конусности (ТЦ резьбы.
9. Соединение по п.5, отличающееся тем, что профиль (44) перехода между боковой стороной (36)

- 9 010138 нагружения и вершиной (42) содержит скругления с радиусом, не превышающим 0,3 мм, для увеличения боковой стороны нагружения.
10. Соединение по п.5, отличающееся тем, что внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) имеют ширину вершины резьбы, образованную усечением верхушки витков резьбы полной высоты (Н), а профиль (46) перехода между боковой стороной (34) введения и вершиной (42) содержит скругление с радиусом, превышающим 80% ширины вершины резьбы, что обеспечивает возможность постепенного входа сопряженной резьбы во время введения и свинчивания.
11. Соединение по п.7, отличающееся тем, что впадины внутренней резьбы (20) и наружной резьбы (18) имеют эллиптическую форму для уменьшения коэффициента концентрации напряжений по сравнению с коэффициентом для радиуса закругления впадины, составляющего 0,95 мм.
12. Соединение по п.1, отличающееся тем, что шаг профиля внутренней резьбы (20) и наружной резьбы (18) составляет приблизительно 6,25 мм или более.
13. Соединение по п.1, отличающееся тем, что носовая секция (22) ниппеля (10) имеет длину (Ь_РН), равную или большую длины (Ь_ВС) раззенкованной секции (14).
14. Соединение по п.13, отличающееся тем, что длина (Ь_Рм) носовой секции (22) ниппеля составляет приблизительно 31,25 мм, а длина (Ь_ВС) раззенкованной секции (14) составляет приблизительно 25,4 мм.
15. Соединение по п.1, отличающееся тем, что площадь поперечного сечения носовой части ниппеля, площадь поперечного сечения раззенкованной части и длина (Ь_тн) внутренней резьбы (20), соединенной с наружной резьбой (18), выбраны таким образом, что при приложении к собранному соединению крутящего момента возникает существенное пластическое деформирование в секции основания ниппеля или раззенкованной секции муфты или носовой части ниппеля.
16. Соединение по п.1, отличающееся тем, что при соединенных вместе ниппеле (10) и муфте (12) внешний заплечик (28) муфты и внешний заплечик (30) ниппеля определяют первичный заплечик (Р8), а торец (26) ниппеля и внутренний заплечик (24) муфты определяют вторичный заплечик (88), при этом длина (Ь_№) носовой части ниппеля, длина (Ь_Вс) раззенкованной части, длина (Ь_тн) внутренней резьбы (20), соединенной с наружной резьбой (18), площадь (С8_№) поперечного сечения носовой части ниппеля, площадь (С8_ВС) раззенкованной части муфты, площадь сечения основания ниппеля и наружный и внутренний диаметры (Τ1_0ϋ, Т1_1В2) бурильного замка подобраны так, что напряжение вторичного заплечика (88) и напряжение первичного заплечика (Р8), при свинчивании на поверхности, соотносятся друг с другом в пределах 70% в зависимости от производственных допусков на упомянутые длины, площади и диаметры.
17. Соединение по п.2, отличающееся тем, что конусность (Т_тн) резьбы составляет приблизительно м

0,09, высота профиля внешней и внутренней резьбы (11). измеренной между наружным радиусом ² ) и внутренним радиусом \ ² 7 составляет приблизительно половину высоты (Н) исходного треугольника резьбы, при этом внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) имеют угол (Θ₈) наклона боковой стороны введения приблизительно между 35 и 42°, а угол (Θ_Ρ) наклона боковой стороны нагружения - приблизительно между 25 и 34°.
18. Соединение по п.2, отличающееся тем, что внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) имеют конусность (Т(ь) резьбы приблизительно 0,09 по отношению к осевой линии (С/Ь); угол (Θ₈) наклона боковой стороны введения составляет приблизительно 40°, а угол наклона боковой стороны нагружения (Θ_Ρ) составляет приблизительно 30°, при этом впадины внутренней резьбы (20) и наружной резьбы (18) имеют форму участка эллипса (Е), внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) имеют вершины с уклоном (Т_с), направленным противоположно конусности (Т₄₁) резьбы.
19. Соединение по п.18, отличающееся тем, что шаг профиля внутренней резьбы (20) и наружной резьбы (18) составляет приблизительно 6,25 мм или более;

длина (Ь_Рм) носовой секции (22) ниппеля составляет приблизительно 31,25 мм, а длина (Ь_ВС) раззенкованной секции (14) составляет приблизительно 25,4 мм;

площадь поперечного сечения носовой части ниппеля, упомянутая площадь поперечного сечения раззенкованной части и длина Ь_тн внутренней резьбы (20), соединенной с наружной резьбой (18), выбраны таким образом, чтобы прочность соединенной резьбы при приложении крутящего момента, была выше, чем прочность носовой части (22) ниппеля, или раззенкованной части (14) муфты, или основания ниппеля.
20. Соединение по п.19, отличающееся тем, что при соединенных вместе ниппеле (10) и муфте (12) внешний заплечик (28) муфты и внешний заплечик (30) ниппеля определяют первичный заплечик (Р8), а торец (26) ниппеля и внутренний заплечик (24) муфты определяют вторичный заплечик (88), а длина (Ь_РМ) носовой части ниппеля, длина (Ь_ВС) раззенкованной части, длина (Ь_тн) внутренней резь

- 10 010138 бы (20), соединенной с наружной резьбой (18), площадь (С8_РР) поперечного сечения носовой части ниппеля, площадь (С8_ВС) раззенкованной части муфты и наружный и внутренний диаметры (Τ1_0ϋ, Τ1_Ιϋ2) бурильного замка подобраны так, что продольное напряжение вторичного заплечика (88) и продольное напряжение первичного заплечика (Р8) при действии момента свинчивания на поверхности соотносятся друг с другом в пределах 70% в зависимости от производственных допусков на упомянутые длины, площади и диаметры.
21. Соединение замок (4) с двумя заплечиками для использования в бурильной колонне, содержащее ниппель (10) с наружной резьбой (18), выполненной между внешним заплечиком (30) ниппеля и торцом (26) ниппеля;

муфту (12) с внутренней резьбой (20), выполненной между внешним заплечиком (28) муфты и внутренним заплечиком (24) муфты, причем муфта (12) имеет раззенкованную секцию (14) между внутренней резьбой (20) и внешним заплечиком (28) муфты, а ниппель имеет секцию (16) основания между внешним заплечиком (30) и наружной резьбой (18) и носовую секцию (22) между внешним торцом (26) ниппеля и наружной резьбой (18), при этом внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) выполнены с возможностью соединения друг с другом так, что муфта (12) и ниппель (10) имеют общую осевую линию (С/Ь), первичное уплотнение (Р8), образованное внешним заплечиком (30) ниппеля, прижатым к внешнему заплечику (28) муфты, и вторичный заплечик (88), образованный торцом ниппеля (26), прижатым к внутреннему заплечику (24) муфты, отличающееся тем, что внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) имеют угол (Θ₈) наклона боковой стороны введения приблизительно между 35 и 42° и угол (Θ_Ρ) наклона боковой стороны нагружения приблизительно между 25 и 34°.
22. Соединение по п.21, отличающееся тем, что высота (11) профиля внешней и внутренней резьбы,

0^1 И· измеряемая между наружным радиусом х / и внутренним радиусом А У составляет приблизительно половину высоты (Н) исходного треугольника резьбы.
23. Соединение по п.21, отличающееся тем, что угол (Θ₈) наклона боковой стороны введения составляет приблизительно 40°, а угол (Θ_Ρ) наклона боковой стороны нагружения составляет приблизительно 30°.
24. Соединение по п.21, отличающееся тем, что впадины внутренней резьбы (20) и наружной резьбы (18) имеют форму участка эллипса (Е).
25. Соединение по п.21, отличающееся тем, что внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) имеют конусность (Т(ь) резьбы по отношению к осевой линии (С/Ь)и внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) имеют вершины с уклоном (Т_С), направленным противоположно конусности (Т(ь) резьбы.
26. Соединение по п.21, отличающееся тем, что профиль (44) перехода между боковой стороной (36) нагружения и вершиной (42) содержит скругления с радиусом, не превышающим 0,3 мм для увеличения боковой стороны нагружения.
27. Соединение по п.21, отличающееся тем, что внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) имеют ширину вершины резьбы, образованную усечением верхушки витков резьбы полной высоты (Н), а профиль (46) перехода между боковой стороной (34) введения и вершиной (42) содержит скругление с радиусом, превышающим 80% ширины вершины резьбы, что обеспечивает возможность постепенного входа сопряженной резьбы во время введения и свинчивания.
28. Соединение по п.21, отличающееся тем, что впадины внутренней резьбы (20) и наружной резьбы (18) имеют эллиптическую форму для уменьшения концентрации напряжений по сравнению с концентрацией напряжений для впадины с радиусом (0,95 мм).
29. Соединение по п.22, отличающееся тем, что внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) имеют конусность (Т_4Ь) по отношению к осевой линии (С/Ь), составляющую приблизительно 0,09.
30. Соединение (4) с двумя заплечиками для использования в бурильной колонне, содержащее ниппель (10) с наружной резьбой (18), выполненной между внешним заплечиком (30) ниппеля и торцом (26) ниппеля;

муфту (12) с внутренней резьбой (20), выполненной между внешним заплечиком (28) муфты и внутренним заплечиком (24) муфты, причем муфта (12) имеет раззенкованную секцию (14) между внутренней резьбой (20) и внешним заплечиком (28) муфты, а ниппель имеет секцию (16) основания между внешним заплечиком (30) и наружной резьбой (18) и носовую секцию (22) между внешним торцом (26) ниппеля и наружной резьбой (18), при этом внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) выполнены с возможностью соединения друг с другом так, что муфта (12) и ниппель (10) имеют общую осевую линию (С/Ь), первичное уплотнение (Р8), образованное внешним заплечиком (30) ниппеля, прижатым к внешнему заплечику (28) муфты, и вторичный заплечик (88), образованный торцом ниппеля (26), прижатым к

- 11 010138 внутреннему заплечику (24) муфты, отличающееся тем, что внутренняя резьба (20) и наружная резьба имеют вершины (42) с уклоном (Т_с), направленным противоположно конусности (Т^) резьбы относительно осевой линии замка бурильной трубы.
31. Соединение по п.30, отличающееся тем, что внутренняя резьба (20) и наружная резьба имеют угол (Θ₈) наклона боковой стороны введения приблизительно между 35 и 42° и угол (Θ_Ρ) наклона боковой стороны нагружения приблизительно между 25 и 34°.
32. Соединение по п.31, отличающееся тем, что угол (Θ₈) наклона боковой стороны введения составляет приблизительно 40°, а угол (Θ_Ρ) наклона боковой стороны нагружения составляет приблизительно 30°.
33. Соединение по п.32, отличающееся тем, что внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) имеют шириной вершину резьбы, образованную усечением верхушки витков резьбы полной высоты (Н), и профиль (46) перехода между боковой стороной (34) введения и вершиной (42) содержит скругление с радиусом, превышающим 80% ширины вершины резьбы, что обеспечивает возможность постепенного входа сопряженной резьбы во время введения и свинчивания.
34. Бурильная колонна, содержащая первую бурильную трубу (2) с муфтой (12) бурильного замка с резьбой, приваренной (6) к высаженному участку (3) этой трубы, и вторую бурильную трубу (2') с ниппелем (10) бурильного замка с резьбой, приваренным к высаженному участку (3') этой трубы, причем ниппель (10) с резьбой ввинчен в муфту (12) с резьбой, при этом первая и вторая (2, 2') бурильные трубы характеризуются наружным диаметром (Ρ_Οϋ) трубы, внутренним диаметром (Ρ_ΙΒ) трубы и внутренним диаметром (Ρυ_ΙΒ) высаженного участка трубы, ниппель (10) бурильного замка с резьбой и муфта (12) бурильного замка с резьбой характеризуются наружным диаметром (Т1_ОВ) бурильного замка, первым внутренним диаметром (Т1_1В1) бурильного замка на каждом приваренном конце этого замка и внутренним диаметром (Т1_1В2) бурильного замка в области, примыкающей к резьбе муфты и резьбе ниппеля, при этом наружный диаметр Т1_ОВ бурильного замка больше, чем наружный диаметр Р_ОС трубы, внутренний диаметр (Ρϋ^) высаженного участка трубы меньше, чем внутренний диаметр (Р_т) трубы, внутренний диаметр (Ρϋ^) высаженного участка трубы больше, чем внутренний диаметр (Т1_1В2) бурильного замка, и первый внутренний диаметр (Т1_Ш1) бурильного замка, по существу, равен внутреннему диаметру (Ρυιπ) высаженного участка трубы, а внутренний диаметр (Т1_Ш2) бурильного замка меньше, чем первый внутренний диаметр (Т1_1В1) бурильного замка, при этом толщина стенки бурильного замка, примыкающей к ниппелю и резьбе, увеличена для обеспечения повышенной прочности соединения по крутящему моменту, и длина бурильного замка, характеризующаяся (Т1_1В2), не больше чем приблизительно 2/3 полной длины (Ъ_ТР) бурильного замка.
35. Соединение (4) с двумя заплечиками для использования в бурильной колонне, содержащее ниппель (10) с наружной резьбой (18), выполненной между внешним заплечиком (30) ниппеля и торцом (26) ниппеля;

муфту (12) с внутренней резьбой (20), выполненной между внешним заплечиком (28) муфты и внутренним заплечиком (24) муфты, причем муфта (12) имеет раззенкованную секцию (14) между внутренней резьбой (20) и внешним заплечиком (28) муфты, а ниппель имеет секцию (16) основания между внешним заплечиком (30) и наружной резьбой (18), и носовую секцию (22) между внешним торцом (26) ниппеля и наружной резьбой (18), причем внутренняя резьба (20) и наружная резьба (18) выполнены с возможностью соединения друг с другом так, что муфта (12) и ниппель (10) имеют общую осевую линию (С/Ь), первичное уплотнение (Ρ8), образованное внешним заплечиком (30) ниппеля, прижатым к внешнему заплечику (28) муфты, и вторичный заплечик (88), образованный торцом ниппеля (26), прижатым к внутреннему заплечику (24) муфты, отличающееся тем, что площадь (С8вд) поперечного сечения носовой части ниппеля составляет по меньшей мере 50% наименьшей из площади (С8_вс) поперечного сечения раззенкованной части муфты или площади поперечного сечения основания ^8_Ρ )ниппеля, а длина носовой части ниппеля составляет приблизительно 1-1,5 длины раззенкованной части (Ь_вс).
36. Соединение (4) по п.35, отличающееся тем, что раззенкованная секция характеризуется длиной Ь_вс, составляющей приблизительно 3/4 дюйма.
37. Соединение (4) по п.36, отличающееся тем, что характеристики резьбы: шаг, наружный диаметр резьбы и делительный диаметр выбраны из условия обеспечения перехода от введенного состояния до туго завинченного состояния меньше чем за 8 оборотов.