EA020930B1

EA020930B1 - Резьбовое соединение для бурения и эксплуатации углеводородных скважин

Info

Publication number: EA020930B1
Application number: EA201171438A
Authority: EA
Inventors: Скотт Гранже; Оливье Карон; Эрик Верже
Original assignee: Валлурек Маннесманн Ойл Энд Гес Франс; Сумитомо Метал Индастрис, Лтд.
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2015-02-27
Also published as: PL2432965T3; AR076783A1; AU2010251507A1; JP2012527546A; MX2011012321A; UA103532C2; WO2010133299A1; FR2945850B1; ES2543740T3; EP2432965B2; US20120068458A1; BRPI1013069A2; JP5676576B2; EG26814A; EP2432965B1; EP2432965A1; BRPI1013069B1; CN102428245B; CN102428245A; EA201171438A1

Abstract

Изобретение касается устройства для создания резьбового соединения, содержащего первый и второй трубчатый компонент с осью вращения (10), при этом один из их концов (1, 2) снабжается резьбовой областью (3; 4), образованной на внешней или внутренней периферической поверхности компонента, в зависимости от того, является ли резьбовой конец охватываемого или охватывающего типа; при этом указанные концы (1, 2) заканчиваются на концевой поверхности (7, 8); при этом указанные резьбовые области (3; 4) содержат по меньшей мере на части витки резьбы (32, 42), содержащие, если смотреть в продольном сечении, проходящем через ось вращения (10) трубчатых компонентов, вершину резьбы (35, 45), впадину резьбы (36, 46), нагруженную сторону (30; 40) и ударную сторону (31; 41); ширина вершин резьбы (35, 45) каждого трубчатого компонента уменьшается в направлении концевой поверхности (7; 8) рассматриваемого трубчатого компонента, тогда как ширина впадин резьбы (36, 46) возрастает; профили нагруженных сторон и/или ударных сторон охватываемой и охватывающей резьбовых областей, если смотреть в продольном сечении, проходящем через ось вращения (10) трубчатых компонентов, каждый содержит по меньшей мере одну идентичную часть (Е, Е'), так что охватываемые и охватывающие витки резьбы могут усаживаться друг в друга над указанными идентичными частями (Е, Е'), когда первый и второй трубчатые компоненты свинчивают один в другом, при этом идентичные части (Е, Е') охватываемого и охватывающего концов (1, 2) радиально смещены друг относительно друга.

Description

Данное изобретение касается устройства для создания резьбового соединения, используемого для бурения и эксплуатации углеводородных скважин, при этом устройство содержит первый и второй трубчатый компонент, при этом один снабжается резьбовым концом охватываемого типа, а второй снабжается резьбовым концом охватывающего типа; два конца могут взаимодействовать самоблокирующимся свинчиванием. Изобретение также касается резьбового соединения, получающегося в результате соединения двух трубчатых компонентов свинчиванием.

Термин компонент, используемый для бурения или эксплуатации углеводородных скважин означает любой элемент в значительной мере трубчатой формы, предназначенный для соединения с другим элементом такого же типа или не такого, когда завершен, чтобы образовывать или колонну для бурения углеводородной скважины, или подъемный механизм для поддержки такой работы над подъемным механизмом, или для эксплуатации, такой как эксплуатационный подъемный механизм или обсадную колонну или насосно-компрессорную колонну, применяемую для эксплуатации скважины. Изобретение, в частности, применяется к компонентам, используемым в бурильной колонне, таким как бурильные трубы, утяжеленные бурильные трубы, воротники бура и части, которые соединяют трубы и утяжеленные трубы, известные как бурильные замки.

Известным образом, каждый компонент, используемый в бурильной колонне, обычно содержит конец, снабженный охватываемой резьбовой областью, и/или конец, снабженный охватывающей резьбовой областью, при этом каждый предназначен соединяться свинчиванием с соответствующим концом другого компонента, сборка определяет соединение. Колонна, полученная таким образом, приводится в движение с поверхности скважины вращением во время бурения; по этой причине компоненты должны быть скреплены вместе до высокого крутящего момента, чтобы быть в состоянии передавать крутящий момент, достаточный для обеспечения проводимого бурения скважины без развинчивания или даже свинчивания с чрезмерным моментом.

В обычных изделиях крутящий момент свинчивания, как правило, достигается благодаря взаимодействию путем натяжения несущих поверхностей, предоставляемых на каждом из компонентов, которые предназначены для свинчивания. Однако, поскольку протяженность несущих поверхностей составляет долю толщины труб, при приложении слишком высокого крутящего момента свинчивания быстро достигается критический порог пластификации несущих поверхностей.

По этой причине были разработаны витки резьбы, которые могут освобождать несущие поверхности от по меньшей мере части или даже всех нагрузок, которые они не в состоянии воспринимать. Эта цель была достигнута путем использования самоблокирующихся витков резьбы, таких как те, что описаны в документе известного уровня техники И8 Ке 30647 и И8 Ке 34467. В этом типе самоблокирующихся витков резьбы стороны витков резьбы (также называемых зубцами) охватываемого конца и стороны витков резьбы (также называемых зубцами) охватывающего конца имеют постоянный шаг, но ширина резьбы является переменной.

Более конкретно, ширина вершин резьбы (или зубцов) постепенно возрастает для витков резьбы охватываемого конца, соответственно охватывающего конца, с расстоянием от охватываемого конца, соответственно от охватывающего конца. Таким образом, во время свинчивания охватываемые и охватывающие витки резьбы (или зубцы) в конце блокируются друг в друге в положении, соответствующем точке блокировки. Более конкретно, блокировка происходит для самоблокирующихся витков резьбы, когда стороны охватываемых витков резьбы (или зубцов) зажимаются вплотную к сторонам соответствующих охватывающих витков резьбы (или зубцов). Когда положение блокировки достигается, охватываемая и охватывающая резьбовые области, скрепленные друг с другом, имеют плоскость симметрии, вдоль которой ширина на общей срединной высоте охватываемых и охватывающих зубцов, расположенных на конце охватываемой резьбовой области, соответствует ширине на общей срединной высоте охватываемых и охватывающих зубцов, расположенных на конце охватывающей резьбовой области.

По этой причине крутящий момент свинчивания воспринимается всеми контактными поверхностями между сторонами, то есть всей площадью поверхности, которая намного больше, чем та, которая создается несущими поверхностями в известном уровне техники.

С целью усиления сцепления охватываемых витков резьбы с охватывающими витками резьбы охватываемые и охватывающие витки резьбы (или зубцы) обычно имеют в целом профиль типа ласточкин хвост, так что они крепко усаживаются друг в друга после свинчивания. Эта конфигурация типа ласточкин хвост означает, что избегаются риски выскакивания, относящиеся к расхождению охватываемых и охватывающих витков резьбы, когда резьбовые области вкручиваются друг в друга. Более конкретно, геометрия витков резьбы типа ласточкин хвост увеличивает радиальную жесткость их соединения по сравнению с трапецеидальными витками резьбы, как определено в ΑΡΙ5Β, где осевая ширина уменьшается от основания резьбы к вершине резьбы, и по сравнению с треугольными витками резьбы, такими как те, что определены в ΑΡΙ7.

Также, из-за постоянно растущих проблем, касающихся непроницаемости для текучих веществ, должна обеспечиваться увеличенная степень непроницаемости, касающаяся высоких давлений на резьбовом соединении между двумя трубчатыми компонентами. Для этого, в дополнение к сторонам резьбы, обеспечивающим непроницаемость, принято приводить вершины и впадины резьбы в уплотняющий кон- 1 020930 такт. Таким образом, непроницаемость обеспечивается между внутренней частью соединения и внешней частью соединения непосредственно на резьбе.

Однако конфигурация ласточкин хвост страдает от нескольких недостатков, когда вершины и впадины резьбы приводят в уплотняющий контакт во время свинчивания. Тот факт, что стороны резьбы создают отрицательный угол с осью, которая проходит через впадины резьбы (т.е. угол, обратный используемому в случае трапецеидальной конфигурации резьбы), увеличивает риск истирания охватываемых и охватывающих витков резьбы при свинчивании и развинчивании соединения. Это означает, что процесс свинчивания является сложным и уменьшает усталостную прочность витков резьбы.

Для преодоления этой проблемы несколько документов, таких как υδ-6254146, υδ-4600024 и \УО2008/039317 предлагают конфигурацию сторон, использующую грани, чтобы уменьшить контактное давление между вершинами резьбы и впадинами резьбы во время свинчивания. В связи с этим витки резьбы имеют в основном профиль типа ласточкин хвост, наряду с тем уменьшая площадь поверхности впадин резьбы и вершин резьбы. Однако такая конфигурация не решает проблем контакта между вершинами резьбы и впадинами резьбы в достаточной мере.

По этой причине целью изобретения является сохранение минимизированных контактных давлений между вершинами резьбы и впадинами резьбы во время операции свинчивания, чтобы уберечь от проблем истирания и обеспечить в конце свинчивания (т.е. во время операции уплотнения, которая завершает соединение) высокое контактное давление между вершинами и впадинами резьбы. Это высокое контактное давление позволяет, в частности, увеличить непроницаемость соединения.

Более конкретно, изобретение касается устройства для создания резьбового соединения, содержащего первый и второй трубчатый компонент, каждый с осью вращения, при этом один из их концов снабжается резьбовой областью, образованной на внешней или внутренней периферической поверхности компонента, в зависимости от того, является ли резьбовой конец охватываемого или охватывающего типа; при этом указанные концы заканчиваются на концевой поверхности; при этом указанные резьбовые области содержат, на по меньшей мере части, витки резьбы, содержащие, если смотреть в продольном сечении, проходящем через ось вращения трубчатых компонентов, вершину резьбы, впадину резьбы, нагруженную сторону и ударную сторону; при этом ширина вершин резьбы каждого трубчатого компонента уменьшается в направлении концевой поверхности рассматриваемого трубчатого компонента, тогда как ширина впадин резьбы возрастает; профили нагруженных сторон и/или ударных сторон охватываемой и охватывающих резьбовых областей, если смотреть в продольном сечении, проходящем через ось вращения трубчатых компонентов, каждый содержит по меньшей мере одну идентичную часть, так что охватываемые и охватывающие витки резьбы могут усаживаться друг в друга над указанными идентичными частями, когда первый и второй трубчатые компоненты крепятся один в другом, при этом идентичные части охватываемого и охватывающего концов радиально смещены друг относительно друга.

Произвольные дополняющие или заменяющие свойства изобретения описаны ниже.

Расстояние идентичной части профиля нагруженных сторон и/или ударных сторон охватываемой резьбовой области от оси вращения является меньшим, чем расстояние идентичной части соответствующего профиля нагруженных сторон и/или ударных сторон охватывающей резьбовой области от оси вращения.

Расстояние идентичной части профиля нагруженных сторон и/или ударных сторон охватываемой резьбовой области от оси вращения является большим, чем расстояние идентичной части соответствующего профиля нагруженных сторон и/или ударных сторон охватывающей резьбовой области от оси вращения.

Расстояние части нагруженных сторон и/или ударных сторон охватываемой резьбовой области от оси вращения отличается от расстояния соответствующей усаживающейся части нагруженных сторон и/или ударных сторон охватывающей резьбовой области от оси вращения на величину из диапазона от 0,01 до 0,05 мм.

Расстояние части нагруженных сторон и/или ударных сторон охватываемой резьбовой области от оси вращения отличается от расстояния соответствующей части нагруженных сторон и/или ударных сторон охватывающей резьбовой области от оси вращения на величину в значительной мере равную 0,02 мм.

Часть нагруженных сторон и/или ударных сторон охватываемой и охватывающей резьбовых областей создается двумя сегментами, соединенными вместе касательно посредством первого радиуса изгиба.

Два сегмента, соединенные вместе касательно посредством радиуса изгиба, образуют угол в диапазоне от 90 до 120°.

Часть нагруженных сторон и/или ударных сторон охватываемой и охватывающей резьбовых областей соединяется с вершиной резьбы и/или впадиной резьбы посредством второго радиуса изгиба.

Часть нагруженных сторон и/или ударных сторон охватываемой и охватывающей резьбовых областей является непрерывной кривой, снабженной точкой перегиба, при этом указанная кривая соединяется касательно с вершиной и впадиной резьбы.

- 2 020930

Резьбовые области, каждая, содержат наклонную образующую, образующую угол β с осью вращения трубчатых компонентов.

Вершины и впадины резьбы являются параллельными оси трубчатого компонента.

Изобретение также касается резьбового соединения, получающегося из соединения устройства в соответствии с изобретением путем свинчивания.

В соответствии с определенными свойствами охватываемый и охватывающий концы соединения каждый соответственно содержат уплотняющую поверхность, которые могут взаимодействовать друг с другом в уплотняющем контакте, когда части резьбовых областей взаимодействуют вслед за самоблокирующимся свинчиванием.

В соответствии с другими свойствами резьбовое соединение является резьбовым соедиием бурильного компонента.

Свойства и преимущества изобретения более подробно подаются в следующем описании, которое осуществляется со ссылками на сопутствующие графические материалы.

Фиг. 1А представляет собой схематическое изображение в продольном сечении соединения, получающегося в результате соединения двух трубчатых компонентов самоблокирующимся свинчиванием в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 1В представляет собой схематическое изображение в продольном сечении охватываемого трубчатого компонента в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 1С представляет собой схематическое изображение в продольном сечении охватывающего трубчатого компонента в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 2 представляет собой подробное схематическое изображение в продольном сечении резьбовых областей соединения с фиг. 1.

Фиг. За, 3Ь, 3с, 36, 3е и 3ί, каждая, представляет собой подробное изображение в продольном сечении охватываемых и охватывающих витков резьбы в соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения.

Фиг. 4 представляет собой подробное изображение конкретного варианта осуществления, показанного на фиг. 3 а.

Фиг. 6а представляет собой изображение кривой свинчивания, соответствующей свинчиванию соединения существующего уровня техники.

Фиг. 6Ь представляет собой изображение кривой свинчивания, соответствующей свинчиванию соединения в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Резьбовое соединение, показанное на фиг. 1А и с осью вращения 10, содержит, известным образом, первый трубчатый компонент с той же осью вращения 10, снабженный охватываемым концом 1, и второй трубчатый компонент с той же осью вращения 10, снабженный охватывающим концом 2.

Трубчатые компоненты, показанные соответственно на фиг. 1В и 1С, каждый, содержат концы 1 и 2, известным образом. Указанные концы, каждый, заканчиваются на концевой поверхности 7, 8, которые ориентированы радиально относительно оси 10 резьбового соединения и, соответственно, снабжены резьбовыми областями 3 и 4, которые взаимодействуют вместе для взаимного соединения двух элементов путем свинчивания. Резьбовые области 3 и 4 известного типа, известного как самоблокирующийся (также говорят, что он имеет постепенное изменение осевой ширины витков резьбы и/или промежутков между витками резьбы), так что во время свинчивания возникает постепенный осевой натяг до достижения окончательного положения зажима.

Известным образом и как можно увидеть на фиг. 2, термин самоблокирующиеся резьбовые области означает резьбовые области, включающие свойства, подробно описанные ниже. Стороны охватываемых витков резьбы (или зубцов) 32, как стороны охватывающих витков резьбы (или зубцов) 42, имеют постоянный шаг, тогда как ширина витков резьбы уменьшается в направлении соответствующих концевых поверхностей 7, 8, так что во время свинчивания охватываемые 32 и охватывающие 42 витки резьбы (или зубцы) оказываются в итоге зажатыми друг в друге в предопределенном положении. Более конкретно, шаг ЬРРЬ между нагруженными сторонами 40 охватывающей резьбовой области 4 является постоянным, как и шаг §РРЬ между ударными сторонами 41 охватывающей резьбовой области, где в частности шаг между нагруженными сторонами 40 является большим, чем шаг между ударными сторонами 41.

Аналогично, шаг §РРр между охватываемыми ударными сторонами 31 является постоянным, как и шаг ЬРРр между охватываемыми нагруженными сторонами 30. Также соответствующие шаги §РРр и §РРЬ между охватываемыми ударными сторонами 31 и охватывающими ударными сторонами 41 равны друг другу и являются меньшими, чем соответствующие шаги ЬРРр и ЬРРЬ между охватываемыми нагруженными сторонами 30 и охватывающими нагруженными сторонами 40, которые также равны друг другу.

Как можно увидеть на фиг. 2 и как известно в данной области техники, охватываемые и охватывающие витки резьбы (или зубцы) имеют профиль, если смотреть в продольном сечении, проходящем через ось резьбового соединения 10, который имеет общий внешний вид ласточкино хвост, так что они крепко усаживаются друг в друга после свинчивания. Это дополнительное обеспечение означает, что избегают риски, известные как выскакивание, относящиеся к расхождению охватываемых и охваты- 3 020930 вающих витков резьбы, когда соединение подвергается большим изгибающим или растягивающим нагрузкам. Более конкретно, геометрия витков резьбы в виде ласточкин хвост увеличивает радиальную жесткость их соединения в сравнении с витками резьбы, которые обычно называются трапецеидальными с шириной в направлении оси, которая уменьшается от впадины до вершины витков резьбы.

Преимущественно и как можно увидеть на фиг. 2, витки резьбы 3 и 4 трубчатых компонентов ориентированы вдоль наклонной образующей 20, так чтобы способствовать прохождению свинчивания. В общем, эта наклонная образующая образует угол с осью 10, который находится в диапазоне от 1 до 5°. В данном случае наклонную образующую определяют как проходящую через середину нагруженных сторон.

Преимущественно и как можно увидеть на фиг. 2, вершины зубцов и впадины охватываемых и охватывающих резьбовых областей являются параллельными оси 10 резьбового соединения. Это облегчает обработку.

Фиг. За, 3Ь, 3с, 3б, 3е, 3ί, 4 и 5, каждая, представляет собой изображение в продольном сечении охватываемого витка резьбы 32 и охватывающего витка резьбы 42, при этом каждый принадлежит трубчатому компоненту. Эти трубчатые компоненты составляют устройство согласно изобретению. Каждая из фигур представляет изображение профилей охватываемой ударной стороны 31 и охватывающей ударной стороны 41, видимых вдоль продольного сечения, проходящего через ось вращения 10 трубчатых компонентов. Эта ось также является осью вращения соединения. В соответствии с изобретением профиль охватываемых ударных сторон 31 и профиль охватывающих ударных сторон 41 каждый имеет идентичную часть Е, Е'. Более конкретно, эти части идентичны в том, что с графической точки зрения их можно наложить друг на друга.

Кроме того, охватываемые и охватывающие витки резьбы могут усаживаться друг на друга на этих идентичных частях Е, Е', когда трубчатые компоненты скрепляют друг на друге. Термин усаживаться означает, что идентичные части имеют определенную выпуклость и/или определенную вогнутость, так что они являются дополняющими, и они могут усаживаться друг в друга. Это означает, что, когда стороны (нагруженные или ударные) соответствующих охватываемых и охватывающих витков резьбы (также известных как зубцы) усаживаются друг против друга, указанные витки резьбы не могут больше перемещаться относительно друг друга вдоль оси, перпендикулярной оси вращения 10.

Также в соответствии с изобретением расстояние б части Е профиля ударных сторон охватываемой резьбовой области от оси вращения 10 отличается от расстояния б' части Е' профиля ударных сторон охватывающей резьбовой области от оси вращения 10. Поэтому части Е и Е' смещены друг относительно друга радиально, т.е. относительно оси вращения 10. Термин расстояние б части Е от оси вращения 10 означает отвод указанной части от оси вращения 10. Другими словами, части Е и Е' могут усаживаться друг в друга, но не встречаются друг с другом. Для того чтобы пригнать их друг к другу, недостаточно выполнить перемещение от оси вращения 10. Кроме этого необходимо выполнить перемещение вдоль оси, перпендикулярной оси вращения 10.

Согласно вариантам осуществления, показанным на фиг. 3а, 3Ь, 3с, 3б, 3е, 3ί и 4, расстояние б части Е профиля ударных сторон охватываемой резьбовой области от оси вращения 10 является меньшим, чем расстояние б' части Е' профиля ударных сторон охватывающей резьбовой области от оси вращения 10.

Согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 5, расстояние б части Е профиля ударных сторон охватываемой резьбовой области от оси вращения 10 является большим, чем расстояние б' части Е' профиля ударных сторон охватывающей резьбовой области относительно оси вращения 10.

Согласно вариантам осуществления, показанным на фиг. 3а, 3Ь, 3с, 3б, 3е, 3ί и 4, идентичные части Е, Е' смещены друг относительно друга радиально вдоль оси, перпендикулярной оси вращения 10. Таким образом, во время свинчивания вершины резьбы не сталкиваются с впадинами резьбы. Они также могут демонстрировать определенный зазор. Напротив, когда охватываемые и охватывающие стороны блокируются друг напротив друга в конце свинчивания, зазор, благодаря смещению идентичных частей, стремится уменьшаться, чтобы исчезнуть под окончательной силой свинчивания. Это означает, что изначально смещенные идентичные части Е и Е' приводят в положение лицом к лицу, и в конце они оказываются прижатыми друг к другу. В то же время впадины и вершины охватываемых и охватывающих витков резьбы также прижимаются друг к другу под действием упругих деформаций. В зависимости от размера первоначального зазора, имеющегося между впадинами резьбы и вершинами резьбы, в конце свинчивания впадины и вершины резьбы могут соприкасаться под давлениями, которые могут быть большими или маленькими. Непроницаемость резьбы, таким образом, обеспечивается тем, что охватываемые и охватывающие витки резьбы находятся в уплотняющем контакте на нагруженных сторонах, ударных сторонах и на вершинах и впадинах резьбы.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 5, вершины резьбы соприкасаются с впадинами резьбы при контактном давлении, которое выбирается так, чтобы избежать истирания. Наоборот, когда изначально смещенные идентичные части Е и Е' приводят в положение лицом к лицу, чтобы в итоге они оказались прижатыми друг к другу, впадины и вершины охватываемых и охватывающих витков резьбы остаются прижатыми друг к другу под сохраняющимся контактным давлением.

Во всех случаях и независимо от варианта осуществления изобретения упругая деформация профи- 4 020930 лей охватываемых и/или охватывающих сторон происходит так, что профиль охватываемых сторон и профиль охватывающих сторон отличаются друг от друга до свинчивания и соответствуют друг другу после свинчивания. Непроницаемость резьбы обеспечивается тем, что в конце свинчивания охватываемые и охватывающие витки резьбы находятся в уплотняющем контакте на нагруженных сторонах, ударных сторонах и вершинах и впадинах резьбы.

Фиг. 6А представляет собой изображение кривой свинчивания для обычной самоблокирующейся радиальной уплотняемой резьбы. Оказывается, что изменение в крутящем моменте, прилагаемом во время свинчивания на впадинах и вершинах резьбы, практически равно нулю (см. кривую Ό), тогда как изменение в крутящем моменте, прилагаемом во время свинчивания на нагруженных сторонах и на ударных сторонах (см. кривые С и В), возрастает. Очевидно изменение в крутящем моменте, прилагаемом во время свинчивания на резьбовой области, принимаемое в целом, также возрастает (см. кривую А); это последнее воспринимается, обычным образом, ударными сторонами и, в большей степени, нагруженными сторонами.

Наоборот, в случае самоблокирующейся радиальной уплотняемой резьбы согласно с одним вариантом осуществления изобретения оказывается, что изменение в крутящем моменте, прилагаемом во время свинчивания на вершинах и впадинах резьбы, имеет пик (см. кривую Ό, фиг. 6В), который соответствует силе для посадки идентичных частей Е и Е' друг в друга. Этот крутящий момент возвращается практически к нолю в конце свинчивания, так что общий крутящий момент воспринимается ударными сторонами и, в большей степени, нагруженными сторонами.

Преимущественно, расстояние ά части Е профиля ударных сторон охватываемой резьбовой области от оси вращения 10 отличается от расстояния ά' части Е' профиля ударных сторон охватывающей резьбовой области от оси вращения 10 на значение е в промежутке от 0,01 до 0,05 мм. Таким образом, окончательная сила свинчивания, которая позволяет завершить посадку охватываемых и охватывающих сторон, находится в диапазоне от 15 до 30% максимально возможной используемой силы.

Также предпочтительно расстояние ά части Е профиля ударных сторон охватываемой резьбовой области от оси вращения 10 отличается от расстояния ά' части Е' профиля ударных сторон охватывающей резьбовой области от оси вращения 10 на значение е, которое по существу равно 0,02 мм. Это означает, что контакт вершины/впадины резьбы может быть оптимизирован без достижения предела пластификации материала.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, описанному на фиг. 3а и подробно описанному на фиг. 4, части Е, Е' профилей ударных сторон охватываемой и охватывающей резьбовых областей составляют два сегмента 8, соединенных вместе касательно посредством радиуса изгиба К. Это означает, что части сторон, которые могут усаживаться друг в друга, являются наклонными плоскими поверхностями, которые действуют как скос, способствуя посадке сторон друг на друга. Соединение касательно посредством радиуса изгиба К означает, что можно избегать острых углов, которые являются местоположениями концентрации напряжения.

Преимущественно, два сегмента, которые соединены касательно посредством радиуса изгиба, образуют угол в диапазоне от 90 до 120°. Этот промежуток значений означает, что профиль, который может быть получен с выпуклостью или, соответственно, с вогнутостью охватываемых сторон, соответственно, охватывающих сторон, является контролируемым. Это позволяет оптимизировать усталостную прочность соединений, которые подвергаются напряжениям изгиба и растяжения/сжатия. Это означает, что зацепление и расцепление охватываемых и охватывающих элементов облегчается.

Преимущественно, идентичные части Е, Е' профилей ударных сторон охватываемой и охватывающей резьбовых областей соединяют с вершиной 35, 45 резьбы и с впадиной 36, 46 резьбы посредством радиуса изгиба г, также с целью избегания острых углов.

В соответствии с другим вариантом осуществления, подробно показанным на фиг. 3Ь, идентичные части Е, Е' ударных сторон охватываемой и охватывающей резьбовых областей также представляют собой два сегмента, соединенных вместе касательно посредством радиуса изгиба, при этом сегменты являются в значительной мере равными по длине.

В соответствии с двумя другими похожими вариантами осуществления, подробно показанными на фиг. 3с и 3ά, идентичные части Е, Е' ударных сторон охватываемой и охватывающей резьбовых областей содержат одну или больше выпуклостей, которые делают возможной приспосабливаемую посадку профилей как функцию размерности выпуклости.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления, подробно показанным на фиг. 3е, идентичные части Е, Е' ударных сторон охватываемой и охватывающей резьбовых областей являются сплошной кривой без сингулярной точки и снабженной точкой изгиба. Предпочтительно, как разъяснено выше, указанная кривая соединяется касательно с вершиной и впадиной резьбы посредством радиуса изгиба.

Вариант осуществления, показанный на фиг. 3ί, имеет форму, похожую на показанную на фиг. 3а. В этой форме функция скоса сегментов 8 усилена.

Преимущественно и как можно увидеть на фиг. 1, уплотнение, непроницаемое для жидкости, как в направлении внутренней части трубчатого соединения, так и внешней среды, может быть усилено двумя уплотняющими областями 5, 6, расположенными поблизости с концевой поверхностью 7 охватываемого

- 5 020930 элемента.

Необходимо обеспечить более высокую степень непроницаемости в отношении высоких давлений на соединении между двумя компонентами. С этой целью в других типах соединений, таких как соединения УАМ® ТОР, описанные Заявителем в каталоге п° 940, известно предоставление уплотняющей поверхности, предназначенной для взаимодействия в радиальном натяжении с уплотняющей поверхностью, предоставляемой на охватывающем конце соединения, на охватываемом конце соединения за резьбовой областью.

Уплотняющая область 5 может иметь куполообразную поверхность, которая повернута радиально наружу, с диаметром, который уменьшается в направлении концевой поверхности 7. Радиус этой куполообразной поверхности предпочтительно находится в промежутке от 30 до 100 мм. Слишком большой радиус (> 150 мм) куполообразной поверхности приводит к недостаткам, которые идентичны недостаткам контакта конических поверхностей. Слишком маленький радиус (< 30 мм) этой куполообразной поверхности приводит к недостаточной ширине контакта.

Обращаясь к этой куполообразной поверхности, охватывающий конец 2 имеет коническую поверхность, которая повернута радиально внутрь с диаметром, который также уменьшается в направлении концевой поверхности 7 охватываемого элемента. Тангенс пиковой половины угла конической поверхности находится в диапазоне от 0,025 до 0,075, т.е. наклон в диапазоне от 5 до 15%. Слишком малый наклон (< 5%) для конической поверхности приводит к риску истирания на свинчивании, а слишком большой наклон (> 15%) требует слишком плотных допусков обработки.

Изобретатели обнаружили, что такая область контакта между наклонной поверхностью и куполообразной поверхностью позволяет получать высокоэффективную ширину осевого контакта и в значительной мере полуэллиптическое распределение контактных давлений вдоль области эффективного контакта, в противоположность областям контакта между двумя наклонными поверхностями, которые имеют слишком узкие области эффективного контакта на концах области контакта.

Следует отметить, что уплотняющие области 5 и 6 охватываемого и охватывающего конца могут располагаться близко к концевой поверхности 8 охватывающего конца.

Следует отметить, что изобретение может также применяться к нагруженным сторонам, а не только к ударным сторонам. Аналогично, изобретение может применяться только к части ударных сторон или только к части нагруженных сторон. Это имеет преимущество уменьшения конечной силы свинчивания, но также имеет недостаток уменьшения непроницаемости соединения. В соответствии с изобретением именно в конце свинчивания зазоры, которые все еще существуют между охватываемыми и охватывающими сторонами и между соответствующими впадинами и вершинами резьбы, исчезают полностью. В этот момент соединение уплотняется.

Изобретение имеет еще одно преимущество обеспечения оптимизированного управления потоками смазок, используемых для облегчения свинчивания. Тот факт, что зазоры сохраняются на сторонах витков резьбы до самого конца свинчивания, означает, что смазка может перемещаться по резьбовым областям более однородно. Это также исключает захват смазки в резьбовых областях.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Резьбовое соединение, содержащее первый и второй трубчатый компонент с осью вращения (10), при этом один из их концов (1, 2) снабжается резьбовой областью (3; 4), образованной на внешней или внутренней периферической поверхности компонента, в зависимости от того, является ли резьбовой конец охватываемого или охватывающего типа; при этом указанные концы (1, 2) заканчиваются на концевой поверхности (7, 8); при этом указанные резьбовые области (3; 4) содержат по меньшей мере на части витки резьбы (32, 42), содержащие, если смотреть в продольном сечении, проходящем через ось вращения (10) трубчатых компонентов, вершину резьбы (35, 45), впадину резьбы (36, 46), нагруженную сторону (30; 40) и ударную сторону (31; 41); при этом ширина вершин резьбы (35, 45) каждого трубчатого компонента уменьшается в направлении концевой поверхности (7; 8) рассматриваемого трубчатого компонента, тогда как ширина впадин резьбы (36, 46) возрастает; профили нагруженных сторон и/или ударных сторон охватываемой и охватывающей резьбовых областей, если смотреть в продольном сечении, проходящем через ось вращения (10) трубчатых компонентов, каждый содержит по меньшей мере одну идентичную часть (Е, Е'), при этом указанные идентичные части (Е, Е') имеют определенную выпуклость и/или определенную вогнутость, так что они являются дополняющими, так что охватываемые и охватывающие витки резьбы могут усаживаться друг в друга над указанными идентичными частями (Е, Е'), когда первый и второй трубчатые компоненты свинчивают один в другом, отличающееся тем, что идентичные части (Е, Е') охватываемого и охватывающего концов (1, 2) радиально смещены относительно друг друга.
2. Резьбовое соединение по п.1, отличающееся тем, что расстояние (й) части (Е) нагруженных сторон и/или ударных сторон охватываемой резьбовой области от оси вращения (10) является меньшим, чем расстояние (й') соответствующей части (Е') соответствующих сторон охватывающей резьбовой области от оси вращения (10).

- 6 020930
3. Резьбовое соединение по п.1, отличающееся тем, что расстояние (б) части (Е) нагруженных сторон и/или ударных сторон охватываемой резьбовой области от оси вращения (10) является большим, чем расстояние (б') соответствующей части (Е') соответствующих сторон охватывающей резьбовой области от оси вращения (10).
4. Резьбовое соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что расстояние части (Е) нагруженных сторон и/или ударных сторон охватываемой резьбовой области от оси вращения (10) отличается от расстояния части (Е') соответствующих сторон охватывающей резьбовой области от оси вращения (10) на величину (е) в диапазоне от 0,01 до 0,05 мм.
5. Резьбовое соединение по п.4, отличающееся тем, что расстояние части нагруженных сторон и/или ударных сторон охватываемой резьбовой области от оси вращения (10) отличается от расстояния части соответствующих сторон охватывающей резьбовой области от оси вращения (10) на величину (е), по существу, равную 0,02 мм.
6. Резьбовое соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что части (Е, Е') нагруженных сторон и/или ударных сторон охватываемой и охватывающей резьбовых областей создаются двумя сегментами (8), соединенными вместе касательно посредством первого радиуса изгиба (Р).
7. Резьбовое соединение по п.6, отличающееся тем, что два сегмента, соединенные вместе касательно посредством радиуса изгиба, образуют угол в диапазоне от 90 до 120°.
8. Резьбовое соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что идентичные части (Е, Е') нагруженных сторон и/или ударных сторон охватываемой и охватывающей резьбовых областей соединяются с вершиной (35, 45) и/или впадиной (36, 46) резьбы посредством второго радиуса изгиба (г).
9. Резьбовое соединение по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что по меньшей мере одна из посадочных частей нагруженных сторон и/или ударных сторон охватываемой и охватывающей резьбовых областей является сплошной кривой, снабженной точкой перегиба, при этом указанная кривая соединяется касательно с вершиной (35, 45) и впадиной (36, 46) резьбы (32, 42).
10. Резьбовое соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что резьбовые области (3, 4), каждая, содержат наклонную образующую (20), образующую угол (β) с осью вращения (10) трубчатых компонентов.
11. Резьбовое соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что вершины (35, 45) и впадины (36, 46) резьбы параллельны оси (10) трубчатых компонентов.
12. Резьбовое соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что охватываемый конец (1) и охватывающий конец (2), каждый соответственно, содержит уплотняющую поверхность (5) и уплотняющую поверхность (6), при этом каждая уплотняющая поверхность способна взаимодействовать в уплотняющем контакте друг с другом, когда части резьбовых областей (3, 4) взаимодействуют после самоблокирующегося свинчивания.
13. Резьбовое соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что резьбовое соединение является резьбовым соединением бурильного компонента.