EA021456B1

EA021456B1 - Резьбовое соединение

Info

Publication number: EA021456B1
Application number: EA201270635A
Authority: EA
Inventors: Пьерр Мартин; Бертранд Меллон
Original assignee: Валлурек Маннесманн Ойл Енд Гес Франс; Сумитомо Метал Индастрис, Лтд.
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2015-06-30
Also published as: FR2952993B1; WO2011060894A3; AR079110A1; CN102639911B; CA2781271A1; PL2501974T3; CN102639911A; MY164357A; EP2501974B1; US9273521B2; EP2501974A2; AU2010321285B2; UA110101C2; CA2781271C; US20130069364A1; BR112012012134A2; MX2012005796A; BR112012012134B1; EA201270635A1; AU2010321285A1

Abstract

Резьбовое соединение 1, которое содержит первый и второй трубные элементы, при этом первый элемент содержит охватываемый конец, имеющий удаленную поверхность и резьбовую зону 5, расположенную на его внешней периферийной поверхности, при этом второй элемент имеет охватывающий конец, содержащий удаленную поверхность и резьбовую зону 4, расположенную на его внутренней периферийной поверхности, при этом резьбовая зона 5 охватываемого конца ввинчена в резьбовую зону 4 охватывающего конца, данные резьбовые зоны 4, 5 содержат соответствующие охватываемую и охватывающую резьбу 40, 50, ширина витков которых увеличивается от удаленной поверхности, при этом резьба содержит нагрузочные грани, образующие отрицательные углы по меньшей мере на части их радиального размера, и стыковочные грани, при этом в соединенном состоянии существует радиальный зазор между вершинами охватываемой резьбы и основаниями охватывающей резьбы и/или между вершинами охватывающей резьбы и основаниями охватываемой резьбы, в соединенном состоянии существует осевой зазор между стыковочными гранями охватываемой и охватывающей резьбы и удаленная поверхность охватываемого конца и/или охватывающего конца вступает в контакт осевого упора с соответствующей поверхностью упора.

Description

Изобретение относится к области герметичных соединений для трубных элементов, которые используются, в частности, при бурении или эксплуатации углеводородных скважин. При бурении или эксплуатации соединения подвергаются воздействию значительных напряжений сжатия и растяжения и не должны разъединиться.

Подобные соединения подвергаются воздействию осевых напряжений растяжения или сжатия, напряжений, вызванных внутренним и внешним давлением текучей среды, напряжений изгиба или скручивания, возможно, объединенному воздействию нескольких напряжений с изменяемой интенсивностью. Герметичность соединения должна оставаться неизменной независимо от напряжений и тяжелых условий эксплуатации. Резьбовые соединения должны обеспечивать многократное свинчивание и развинчивание без ухудшения их эксплуатационных характеристик, в частности без истирания. После развинчивания трубные составные элементы могут быть повторно использованы в других условиях эксплуатации.

При воздействии напряжений может возникнуть явление, которое называется выход из зацепления, и данное явление может распространяться от одного витка резьбы к другому, что создает риск разъединения. Данному явлению способствует высокое внутреннее давление.

Изобретение предлагает соединение с улучшенным поведением при воздействии напряжений.

Резьбовое соединение содержит первый и второй трубные элементы. Первый элемент содержит охватываемый конец, имеющий внешнюю периферийную поверхность, содержащую резьбовую зону, поверхность уплотнения и осевую поверхность упора. Второй элемент содержит охватывающий конец, имеющий внутреннюю периферийную поверхность, содержащую заплечик осевого упора, поверхность уплотнения и резьбовую зону. Резьбовая зона охватываемого конца ввинчивается в резьбовую зону охватывающего конца так, что соответствующие поверхности уплотнения находятся в зацеплении, и так, что соответствующие поверхности упора находятся в контакте. Резьбовые зоны снабжены резьбой, содержащей основание, вершину, стыковочную грань и нагрузочную грань, при этом между вершинами и основаниями в соединенном состоянии существует осевой зазор и между стыковочными гранями в соединенном состоянии существует радиальный зазор. Осевые размеры резьбы различаются. Нагрузочная грань и стыковочная грань имеют отрицательные углы по меньшей мере на части их радиального размера.

Термин навинчивание обозначает процесс относительного вращения и перемещения одного компонента относительно другого с взаимным зацеплением резьбовых зон. Термин соединение или свинчивание обозначает процесс, следующий за навинчиванием, продолжающий относительное вращение и перемещение, что приводит к заданному крутящему моменту свинчивания между двумя компонентами. Угол граней измеряется по часовой стрелке относительно радиальной плоскости, проходящей через основание граней на уровне изгиба, соединяющего с основанием.

Дальнейшие характеристики и преимущества изобретения станут очевидны из следующего подробного описания и графических материалов, на которых:

фиг. 1 является схематическим изображением первого резьбового соединения в продольном сечении;

фиг. 2 является схематическим изображением второго резьбового соединения в продольном сечении;

фиг. 3 является схематическим изображением резьбовой зоны соединения в виде половины проекции продольного сечения;

фиг. 4 является подробным схематическим изображением резьбовой зоны соединения; фиг. 5 является схематическим изображением одного конца охватываемой части.

Сопроводительные графические материалы не только дополняют изобретение, но также при необходимости способствуют его определению.

Для улучшения соединений автор изобретения разработал более совершенные соединения, названные высококачественными соединениями, которые превосходят стандарты ΑΡΙ. По желанию рядом с резьбовыми зонами могут располагаться поверхности уплотнения, при этом указанные поверхности находятся в зацеплении при навинчивании элементов.

Резьбовые зоны расположены в конце каждой из охватываемых и охватывающих трубных элементов. Охватывающий трубный компонент может быть длинной трубой или, напротив, короткой соединительной трубой. Таким образом, герметичность для текучих сред, находящихся под высоким давлением (жидкостей или газов), является результатом приведения поверхностей уплотнения в контакт при их радиальном зацеплении. Удельная сила взаимодействия при радиальном зацеплении зависит от относительного осевого расположения охватываемых и охватывающих резьбовых зон, при этом указанное относительное расположение определяется контактом поверхностей упора, расположенных соответственно на охватываемом и охватывающем концах.

Относительное расположение является результатом контакта поверхностей упора. Поверхности упора расположены на внутренней поверхности соединения. На своей внешней периферии охватываемый конец содержит резьбовую зону, продолженную поверхностью уплотнения, переходящей в оконечную часть, которая оканчивается поверхностью упора, расположенной радиально относительно оси обращения соединения. На своей внутренней периферии охватывающий конец содержит резьбовую зону,

- 1 021456 продолженную поверхностью уплотнения, переходящей в оконечную часть, которая оканчивается поверхностью упора, расположенной радиально относительно оси обращения соединения. Таким образом, соединение имеет двойную поверхность упора. Другие соединения имеют одинарную поверхность упора, расположенную радиально снаружи резьбовой зоны или изнутри резьбовой зоны.

Особое внимание заявитель уделил резьбовым соединениям крупного диаметра, превышающего 300 мм, точнее превышающего 375 мм. Подобные соединения часто подвергаются воздействию значительных растягивающих и сжимающих нагрузок. Таким образом, желательно обеспечить хорошие характеристики соединения при растяжении и сжатии. При чрезмерной растягивающей нагрузке витки резьбы могут отделяться друг от друга вследствие явления расцепления, которое приводит к разъединению двух элементов соединения. С технической и финансовой точки зрения последствия могут быть особенно неприятными. В данном конкретном случае резьба имеет коническую образующую; выход резьбы из зацепления может привести к полному разъединению соединения.

υδ 4822081 описывает резьбу для охватываемых и охватывающих соединений, которые используются в трубах для нефтепоисковых работ. Резьба относится к самоблокирующемуся типу, при котором грани вступают в контакт, когда заплечики и торцевые поверхности находятся в контакте. Поверхности упора являются коническими с разными углами сужения. Резьба также является самозапорной в радиальном направлении. Данный тип самоблокирующегося и самозапорного резьбового соединения требует наличия очень высокого крутящего момента свинчивания, которого трудно достичь в тубах большого диаметра. Так как свободное пространство в резьбе очень мало, навинчивание может привести к тому, что смазка окажется под высоким давлением, что может вызвать течи. Так как осевые положения поверхностей упора относительно резьбы являются неточными из-за производственных погрешностей, это может привести к неправильному расположению поверхностей уплотнения и последующей утечке. Окончание процесса навинчивания тяжело проследить путем определения верхнего предела крутящего момента в связи с отсутствием жесткого упора при навинчивании. Положения упора достигаются при окончательном свинчивании. Чрезмерный крутящий момент навинчивания может привести к пластической деформации поверхностей уплотнения, что негативно влияет на герметичность соединения.

Документ υδ 5462315 описывает трубное соединение с центральным уплотнением между двумя частями резьбы. Нагрузочные грани резьбы после свинчивания находятся во взаимном контакте. Недостатки данного типа, по существу, такие же, что и недостатки предыдущего типа.

Документы υδ 2002/27363, ЕР 1046179 и ЕР 1302623 предусматривают контакт граней резьбы после свинчивания.

Документ ДР 2002/081584 описывает профиль резьбы с крюковым взаимодействием. Данные крюки поддерживают все растягивающие нагрузки и нагрузки, создающие радиальные смещения, которые могут повредить резьбу повторяющимися циклическими усилиями. Растягивающие нагрузки должны оставаться низкими благодаря небольшой площади поверхности, посредством которой они передаются. Стыковочные грани имеют отвесный наклон, что отрицательно влияет на устойчивость к сжимающим нагрузкам. Сильный крутящий момент навинчивания является необходимым вследствие взаимодействия между вершинами резьбы и углублениями резьбы.

Автор настоящего изобретения разработал соединение, которое значительно снижает риск выхода из зацепления, независимо от положения резьбы, при низком крутящем моменте навинчивания, что позволяет обеспечить надлежащее расположение несущих поверхностей и предоставляет достаточное пространство для смазки. Резьба имеет различную ширину витков. В соединенном состоянии, т.е. после свинчивания, присутствует осевой зазор между стыковочными гранями, а также присутствует радиальный зазор между основаниями и вершинами резьбы. Нагрузочные грани резьбы расположены под отрицательным углом. Стыковочные грани резьбы расположены под положительным углом. Упор обеспечивает надлежащее расположение поверхностей уплотнения.

Как видно на фиг. 1, резьбовое трубное соединение 1 содержит охватывающий конец 2 и охватываемый конец 3. Охватывающий конец 2 и/или охватываемый конец 3 могут принадлежать трубе длиной несколько метров, например длиной порядка 10-15 м. Один конец, обычно охватывающий, может составлять конец соединения, другими словами, короткая труба позволяет соединить две длинные трубы, каждая из которых содержит два охватываемых конца (соединение с резьбой и муфтой, известное как соединение Т&С). Соединительная муфта может содержать два охватывающих конца. В одном из вариантов длинная труба может содержать один охватываемый конец и один охватывающий конец (резьбовое соединение, выполненное заодно). Соединение 1 является соединением, которое изготавливается массовым производством.

Соединение 1 может использоваться для создания обсадных колонн или насосно-компрессорных колонн для углеводородных скважин, или труб для подъема углеводородов для их переработки, или колонн бурильных труб для тех же скважин.

Трубы могут изготавливаться из различных типов нелегированной, низколегированной или высоколегированной стали либо даже из сплавов черных и цветных металлов, которые являются термически обработанными или холоднодеформированными, в зависимости от условий эксплуатации, таких как, например, уровень механического напряжения, коррозионные свойства текучей среды, находящейся

- 2 021456 внутри или снаружи труб и т.д. Также возможно использовать стальные трубы с низкой коррозионной устойчивостью, с защитным покрытием, например, таким как устойчивый к коррозии сплав или синтетический материал.

Резьбовой охватывающий конец 2 содержит охватывающую резьбовую зону 4. Охватывающая резьбовая зона 4 является конической, например, с половинным углом от 0,5 до 3°, предпочтительно от 1 до 2°. Охватывающая резьбовая зона 4 расположена внутри охватывающего элемента 2. Охватываемый конец 3 содержит охватываемую резьбовую зону 5, расположенную на внешней поверхности указанного охватываемого конца 3. Охватываемая резьбовая зона 5 сопрягается с охватывающей резьбой 4. Охватываемая резьбовая зона 5 имеет коническую форму, которая, по существу, соответствует форме охватывающей резьбовой зоны 4. На стороне, противоположной поверхностям упора 7 и 8 относительно резьбовых зон 4 и 5, охватывающий конец 2 содержит удаленную поверхность 6, которая, по существу, перпендикулярна оси 20 соединения. Термин удаленная поверхность обозначает поверхность, расположенную между сплошной или прерывистой резьбовой зоной и свободным концом охватываемого или охватывающего элемента. Удаленная поверхность может быть расположена на указанном свободном конце. В данном случае удаленная поверхность 6 является оконечной поверхностью.

Охватывающая резьбовая зона 4 проходит до расположенной рядом оконечной поверхности 6. В соединенном состоянии оконечная поверхность 6 отделена от любой выбираемой, по существу, радиальной поверхности охватываемого конца 3, в частности заплечика, например, расстоянием, равным по меньшей мере 0,1 мм.

Удаленная поверхность охватываемого конца 3 имеет форму кольцевой поверхности, в данном случае конической поверхности. Удаленная поверхность образует осевую поверхность упора 7, которая позволяет ограничивать относительное осевое перемещение охватывающего конца 2 и охватываемого конца 3. Поверхность упора 7 находится в контакте с заплечиком охватывающего конца 2 и также образует поверхность упора 8, в данном случае коническую. Поверхность упора 7 может быть радиальной или наклонной под углом до 45° относительно радиальной плоскости. В примере, изображенном на фиг. 1, данный угол составляет от 15 до 25°.

Между резьбовой зоной 4 и поверхностью упора 8 охватывающий конец содержит, по существу, коническую поверхность 12 и, по желанию, углубление 10, как показано на фиг. 5. Углубление 10 может содержать, по существу, цилиндрическую поверхность 14 и поверхность обращения 18, расположенные между резьбовой зоной 4 и, по существу, конической поверхностью 12. По существу, коническая поверхность 12 расположена рядом с поверхностью упора 8. Углубление 10 может выступать в роли резервуара для смазки при выталкивании смазки между резьбовыми зонами 4 и 5 в ходе навинчивания. Как видно из фиг. 1, по меньшей мере одна полость резьбовой зоны 4, расположенной рядом, по существу, с цилиндрической поверхностью 14, является свободной в соединенном состоянии и участвует в сборе излишка смазки. Поверхность обращения 18 соединяет, по существу, цилиндрическую поверхность 14 с поверхностью упора 8. Поверхность упора 8 может иметь коническую форму, как в документе ЕР 0488912, тороидальную форму, как в документе И8 3870351 или в \УО 2007/017082, или многоступенчатую, как в документе И8 4611838, с выпуклостью, как в документе И8 6047797, или представлять собой комбинацию данных форм. Читателю предлагается ознакомиться с данными документами.

Охватываемый конец 3 содержит кромку 9, проходящую по оси за пределы охватываемой резьбовой зоны 5 до поверхности упора 7. Наружная сторона кромки 9 содержит, по существу, коническую поверхность 13, осевая длина которой слегка превышает осевую длину, по существу, конической поверхности обращения 12 охватывающего конца 2. Часть поверхности обращения 13 и часть поверхности обращения 12 находятся во взаимном радиальном зацеплении в соединенном положении соединения 1, изображенном на чертежах. Поверхности обращения 12 и 13, которые образуют поверхности уплотнения, позволяют предотвратить перемещение текучей среды между пространством внутри и снаружи соединения. Величина угла конусности поверхностей уплотнения может находиться в диапазоне от 1 до 45°, предпочтительно в диапазоне от 3 до 20°, например 6°. Угол конусности поверхностей уплотнения может превышать угол конусности резьбовых зон. Соединение содержит осевой упор, который обеспечивает точное расположение зоны уплотнения, образованной поверхностями обращения 12 и 13 в соединенном состоянии.

Вариант осуществления по фиг. 2 подобен предыдущему варианту осуществления, но отличается тем, что поверхности упора 7 и 8 охватывающего 2 и охватываемого 3 концов расположены на радиально внешней стороне соединения. Поверхности упора 7 и 8 расположены между охватывающей 4 и охватываемой 5 резьбовой зоной и внешней поверхностью соединения 1. Охватывающий конец 2 содержит поверхность уплотнения 12, расположенную рядом с поверхностью упора 8, и поверхность уплотнения 14, удаленную от поверхности упора 8. Поверхность уплотнения 14 расположена между охватывающей резьбовой зоной 4 и каналом охватывающего конца 2. Поверхность уплотнения 14 является, по существу, конической, величина угла конусности, например, находится в диапазоне от 1 до 45°. Поверхность уплотнения 12 имеет куполообразную и кольцевую форму, например, с осевым сечением в форме дуги.

Охватываемый конец 3 содержит поверхность уплотнения 13, расположенную рядом с поверхностью упора 7, и поверхность уплотнения 15, удаленную от поверхности упора 7. Поверхность уплотне- 3 021456 ния 13 находится в герметичном контакте с поверхностью уплотнения 12 в соединенном или свинченном состоянии. Поверхность уплотнения 15 расположена между охватываемой резьбовой зоной 5 и каналом охватываемого конца 3. Поверхность уплотнения 15 является, по существу, конической, например, с углом конусности в диапазоне от 1 до 45°. Угол поверхности уплотнения 15 меньше угла поверхности уплотнения 14. Поверхность уплотнения 15 находится в герметичном контакте с поверхностью уплотнения 14 в соединенном или свинченном состоянии.

Кромка 9 охватываемого конца 3 содержит, по существу, радиальную оконечную поверхность 17, расположенную между поверхностью уплотнения 15 и каналом охватываемого конца 3. Оконечная поверхность 17 может иметь радиальный размер в диапазоне от 0,5 до 16 мм в зависимости от диаметра трубы, величина которого может составлять до 550 м и предпочтительно превышать 300 мм, более предпочтительно 350 мм. В соединенном состоянии оконечная поверхность 17 удалена от любой, по существу, радиальной поверхности охватывающего конца 2 на расстояние, например, по меньшей мере 0,1 мм. Соединение содержит осевой упор, который обеспечивает точное расположение зон уплотнения, образованных поверхностями уплотнения 12 и 13 с одной стороны и 14 и 15 с другой стороны, в соединенном состоянии.

Как видно из фиг. 3 и 4, которые соответствуют двум вышеизложенным вариантам осуществления, охватывающая резьбовая зона 4 содержит резьбу 40, при этом осевая длина данной резьбы у ее вершин превышает осевую длину у ее основания. Охватываемая резьбовая зона 5 содержит резьбу 50, при этом осевая длина данной резьбы у ее вершин превышает осевую длину у ее основания. Угол наклона стыковочной грани одного витка резьбы является положительным в направлении по часовой стрелке, данный угол измеряется относительно радиальной плоскости, перпендикулярной оси соединения. Угол наклона нагрузочной грани одного витка резьбы является отрицательным в направлении по часовой стрелке, данный угол измеряется относительно радиальной плоскости, перпендикулярной оси соединения. В одном варианте осуществления резьба 40, 50 имеет профиль типа ласточкин хвост. В качестве альтернативы угол наклона нагрузочной грани отличается от угла наклона стыковочной грани. Угол наклона стыковочной грани охватывающей резьбовой зоны 4, по существу, равен углу наклона стыковочной грани охватываемой резьбовой зоны 5. Угол наклона нагрузочной грани охватывающей резьбовой зоны 4, по существу, равен углу наклона нагрузочной грани охватываемой резьбовой зоны 5.

Виток резьбы 40, 50 содержит вершину 41, 51, основание 42, 52, нагрузочную грань 43, 53 и стыковочную грань 44, 54. Соединительные изгибы расположены между гранями и вершиной и между гранями и основанием. Ширина вершин 41, 51 и оснований 42, 52 различается в зависимости от расположения соответствующего витка резьбы вдоль оси трубы. Указанная ширина Ь может быть выражена следующим образом:

где Ь₀ и А являются постоянными и х обозначает положение вдоль оси. Ширина измеряется параллельно оси соединения 1. Диаметр вершин 41, 51 и оснований 42, 52 различается в зависимости от расположения соответствующего витка резьбы вдоль оси трубы вследствие коничности резьбы. Вершины 41, 51 и основания 42, 52 резьбы 40, 50 параллельны оси резьбового соединения. Это облегчает механическую обработку и зацепление при навинчивании.

Охватываемая резьбовая зона 5 может содержать первую часть, в которой ширина ее зубцов увеличивается от величины, соответствующей ширине зубца, наиболее приближенного к оконечной поверхности охватываемого конца, к величине, соответствующей ширине зубца, наиболее удаленного от указанной оконечной поверхности, при этом ширина зубцов охватывающей резьбовой зоны 4 уменьшается от величины, соответствующей ширине зубца, наиболее удаленного от оконечной поверхности охватывающего конца, к величине, соответствующей ширине зубца, наиболее приближенного к указанной оконечной поверхности, так что резьбовые зоны 4, 5 взаимодействуют при навинчивании и оставляют осевой зазор между стыковочными гранями.

Соотношение между шириной зубца, наиболее приближенного к оконечной поверхности охватываемого конца, и шириной зубца, наиболее удаленного от оконечной поверхности охватывающего конца, может находиться в диапазоне от 0,1 до 0,8.

В соединенном состоянии (после свинчивания), радиальный зазор присутствует между вершинами 41 витков резьбы 40 охватывающей резьбовой зоны 4 и основаниями 52 витков резьбы 50 охватываемой резьбовой зоны 5. Величина радиального зазора составляет примерно от 0,05 до 0,5 мм. При выборе величины радиального зазора в соединенном состоянии можно руководствоваться желаемым количеством смазки и допусками на механическую обработку. При высоком качестве машинной обработки желателен зазор величиной 0,15 мм или менее. В соединенном состоянии радиальный зазор, который можно увидеть на фиг. 4, присутствует между основаниями 42 витков резьбы 40 и вершинами 51 витков резьбы 50. Величина радиального зазора составляет примерно от 0,05 до 0,5 мм.

В соединенном состоянии (после свинчивания) осевой зазор, который можно увидеть на фиг. 4, присутствует между стыковочными гранями 44 и 54 соответственно витков резьбы 40 охватывающей резьбовой зоны 4 и витков резьбы 50 охватываемой резьбовой зоны 5. Величина осевого зазора составля- 4 021456 ет примерно от 0,002 до 1 мм. При выборе величины осевого зазора в соединенном состоянии можно руководствоваться желаемым количеством смазки, углом граней и допусками на механическую обработку. При высоком качестве машинной обработки и абсолютной величине угла граней, равной 5° или менее, желателен зазор величиной 0,05 мм или менее. Нагрузочные грани 43 и 53 принимают на себя нагрузки зацепления после свинчивания.

Нагрузочная грань 43 резьбы 40 охватывающей резьбовой зоны 4 наклонена относительно радиальной плоскости для зацепления с соответствующей наклонной нагрузочной гранью 53 резьбы 50 охватываемой резьбовой зоны 5 при упругой деформации соединения, в частности при растяжении, при наличии или отсутствии внутреннего давления. Зацепление является радиальным для сохранения сочленения между витками резьбы. Витки резьбы совместно образуют радиальные стопорные крюки. Величина наклона нагрузочной грани 43 находится в диапазоне от -1 до - 15°. При величине выше -1° радиальное стопорное воздействие становится слабым. Величина ниже -15° может влиять на устойчивость к сжимающим нагрузкам. Предпочтительный диапазон составляет от -3 до -5°. Величина наклона нагрузочной грани 53 резьбы 50 охватываемой резьбовой зоны 5 находится в тех же основных предпочтительных диапазонах. Наклон нагрузочной грани 53 может быть равен наклону нагрузочной грани 43 или отличаться от него, например, примерно на 3°.

Стыковочная грань 44 резьбы 40 охватывающей резьбовой зоны 4 наклонена относительно радиальной плоскости для зацепления с соответствующей наклонной стыковочной гранью 54 резьбы 50 охватываемой резьбовой зоны 5 при упругой деформации соединения, в частности при растяжении, при наличии или отсутствии внутреннего давления. Зацепление является радиальным для сохранения сочленения между витками резьбы. Витки резьбы совместно образуют радиальные стопорные крюки. Величина наклона стыковочной грани 44 находится в диапазоне от 1 до 15°. При величине ниже 1° радиальное стопорное воздействие становится слабым. Величина выше 15° может влиять на устойчивость к сжимающим нагрузкам. Предпочтительный диапазон составляет от 3 до 5°. Величина наклона стыковочной грани 54 резьбы 50 охватываемой резьбовой зоны 5 находится в тех же основных предпочтительных диапазонах. Наклон стыковочной грани 54 может быть равен наклону стыковочной грани 44 или отличаться от него, например, примерно на 3°.

Наклон стыковочной грани 44 может быть равен наклону нагрузочной грани 43 или отличаться от него, например, примерно на 3°. Наклон стыковочной грани 54 может быть равен наклону нагрузочной грани 53 или отличаться от него, например, примерно на 3°.

Величина соединительных изгибов может находиться в диапазоне от 0,005 до 3 мм. Соединительные изгибы снижают концентрацию напряжений у основания нагрузочных граней и таким образом улучшают усталостные характеристики соединения.

Охватывающая 4 и охватываемая 5 резьбовые зоны могут составлять многозаходную резьбу, предпочтительно двухзаходную резьбу. Это ускоряет навинчивание.

Грани могут иметь профиль типа ласточкин хвост. Геометрия резьбы типа ласточкин хвост повышает радиальную жесткость при соединении витков резьбы по сравнению с резьбой с осевой шириной, которая равномерно сокращается от основания к вершине резьбы.

Грани могут иметь трапециевидный профиль. Величина осевого зазора между стыковочными гранями может находиться в диапазоне от 0,002 до 1 мм, предпочтительно в диапазоне от 0,05 до 0,5 мм.

Радиальный зазор может присутствовать у оснований витков резьбы первого элемента и/или у вершин витков резьбы первого элемента. Величина радиального зазора может находиться в диапазоне от 0,05 до 0,5 мм, предпочтительно в диапазоне от 0,05 до 0,15 мм.

Нагрузочные грани могут располагаться под углом от -1 до -15°, предпочтительно от -3 до -5°. Стыковочные грани могут располагаться под углом от 1 до 15°, предпочтительно от 3 до 5°. Угол нагрузочных граней может отличаться от угла стыковочных граней.

Поверхности упора, находящиеся во взаимном контакте, могут располагаться под углом от 0 до 45°, предпочтительно от 5 до 20° относительно радиальной плоскости.

Резьбовые зоны могут составлять многозаходную резьбу, например, такую как двухзаходная резьба.

Охватываемый конец может содержать между своей удаленной поверхностью и своей резьбовой зоной (5) поверхность уплотнения металл-металл, которая взаимодействует с соответствующей поверхностью уплотнения, расположенной на охватывающем конце.

Охватывающий конец может содержать между своей удаленной поверхностью и своей резьбовой зоной (6) поверхность уплотнения металл-металл, которая взаимодействует с соответствующей поверхностью уплотнения, расположенной на охватываемом конце.

Резьбовые зоны могут иметь коническую образующую с уклоном в диапазоне от 4 до 15%.

Изобретение не ограничивается вышеописанными примерами соединений и труб, приведенных исключительно в качестве примеров, но оно включает в себя все вариации, которые могут быть предусмотрены специалистом в контексте приведенной формулы изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Резьбовое соединение (1), отличающееся тем, что оно содержит первый и второй трубные элементы, при этом первый элемент имеет охватываемый конец, содержащий удаленную поверхность и резьбовую зону (5), расположенную на его внешней периферийной поверхности, при этом второй элемент имеет охватывающий конец, содержащий удаленную поверхность и резьбовую зону (4), расположенную на его внутренней периферийной поверхности, при этом резьбовая зона (5) охватываемого конца ввинчена в резьбовую зону (4) охватывающего конца, данные резьбовые зоны (4, 5) содержат соответствующие охватываемую и охватывающую резьбу (40, 50), ширина витков которых увеличивается от удаленной поверхности, при этом резьба содержит нагрузочные грани (43, 53), образующие отрицательные углы в диапазоне от -1 до -15° по меньшей мере на части их радиального размера, и стыковочные грани (44, 54), образующие положительные углы в диапазоне от 1 до 15°, при этом в соединенном состоянии существует радиальный зазор между вершинами (51) охватываемой резьбы и основаниями (42) охватывающей резьбы и/или между вершинами (41) охватывающей резьбы и основаниями (52) охватываемой резьбы и в соединенном состоянии существует осевой зазор в диапазоне от 0,002 до 1 мм между стыковочными гранями (44, 54) охватываемой и охватывающей резьбы, удаленная поверхность охватываемого конца и/или охватывающего конца вступает в контакт осевого упора с соответствующей поверхностью упора и нагрузочные грани охватываемой и охватывающей резьбы (40, 50) принимают на себя нагрузки зацепления после свинчивания.
2. Резьбовое соединение по предыдущему пункту, в котором величина осевого зазора между стыковочными гранями (44, 54) находится в диапазоне от 0,05 до 0,5 мм.
3. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, в котором радиальный зазор присутствует у оснований резьбы охватываемых резьбовых зон (5).
4. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, в котором радиальный зазор присутствует у вершины резьбы охватываемых резьбовых зон (5).
5. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, в котором величина радиального зазора находится в диапазоне от 0,05 до 0,5 мм, предпочтительно в диапазоне от 0,05 до 0,15 мм.
6. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, в котором нагрузочные грани (43, 53) расположены под углом в диапазоне от -3 до -5°.
7. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, в котором стыковочные грани (44, 54) расположены под углом в диапазоне от 3 до 5°.
8. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, в котором угол нагрузочных граней (43, 53) отличается от угла стыковочных граней (44, 54).
9. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, в котором удаленная поверхность охватываемого конца расположена на одной оси с соответствующей поверхностью упора охватывающего конца и упирается в нее.
10. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, в котором удаленная поверхность охватывающего конца расположена на одной оси с соответствующей поверхностью упора охватываемого конца и упирается в нее.
11. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, в котором поверхности упора (7, 8), находящиеся во взаимном контакте, расположены под углом от 0 до 45°, предпочтительно от 5 до 20° относительно радиальной плоскости.
12. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что охватываемый конец содержит между своей удаленной поверхностью и своей резьбовой зоной (5) поверхность уплотнения металл-металл, которая взаимодействует с соответствующей поверхностью уплотнения, расположенной на охватывающем конце.
13. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что охватывающий конец содержит между своей удаленной поверхностью и своей резьбовой зоной (6) поверхность уплотнения металл-металл, которая взаимодействует с соответствующей поверхностью уплотнения, расположенной на охватываемом конце.
14. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, в котором резьбовые зоны (4, 5) являются многозаходной резьбой, предпочтительно двухзаходной резьбой.
15. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, в котором резьбовые зоны имеют коническую образующую с уклоном в диапазоне от 4 до 15%.