EA026614B1 - Sealed threaded joint for casing pipes - Google Patents

Sealed threaded joint for casing pipes Download PDF

Info

Publication number
EA026614B1
EA026614B1 EA201401342A EA201401342A EA026614B1 EA 026614 B1 EA026614 B1 EA 026614B1 EA 201401342 A EA201401342 A EA 201401342A EA 201401342 A EA201401342 A EA 201401342A EA 026614 B1 EA026614 B1 EA 026614B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
thread
angle
male
female
inclination
Prior art date
Application number
EA201401342A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201401342A1 (en
Inventor
Сергей Александрович Рекин
Борис Юрьевич ЩЕРБАКОВ
Павел Николаевич СИДОРЕНКО
Денис Викторович Никифоров
Илларион Валентинович Вранеско
Юрий Федорович Емельянов
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Тмк-Премиум Сервис"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Тмк-Премиум Сервис" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Тмк-Премиум Сервис"
Publication of EA201401342A1 publication Critical patent/EA201401342A1/en
Publication of EA026614B1 publication Critical patent/EA026614B1/en

Links

Abstract

The invention is related to the oil and gas extraction industry. A joint comprises male and female elements with trapezoidal buttress threads at their ends, the threads having 1:16 taper, a slope angle between the thread profile lead-in flank and the thread axis normal line of 10-30°, and a slope angle of the bearing flank of 0 to -10°. The outer sealing unit is formed by radial sealing surfaces extending at an angle of 7-12° to the thread axial line, and bearing end surfaces made at an angle of 5-17° to the thread axis normal line. The inner sealing unit is formed by radial sealing surfaces extending at an angle of 1.5-4.0° to the thread axial line. In a length equal to 20-40% of the total thread length on the male end, beginning from the first thread, machining of the threads is performed for decreasing their height to 50% of the total thread profile height. On the female element, in the thread run-out area, a circumferential groove is made, the transition from the groove surface to the radial sealing surface being spherical. Provided are gas tightness of the joint under action of multidirectional loads, better screwing properties and higher wear resistance of the joint.

Description

Заявленное изобретение относится к резьбовым соединениям обсадных труб и может быть использовано для соединения элементов колонн обсадных труб, применяемых при строительстве, эксплуатации и ремонте нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин, в том числе с высокой интенсивностью искривления.The claimed invention relates to threaded joints of casing pipes and can be used to connect elements of casing pipes used in the construction, operation and repair of oil, gas and gas condensate wells, including those with a high intensity of curvature.

Обсадные трубы для нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин эксплуатируются в сложных условиях - в присутствии агрессивных рабочих сред и при значительных разнонаправленных комбинированных механических нагрузках. В связи с этим, основным требованием к резьбовым соединениям обсадных труб является сохранение герметичности соединения, в том числе газовой, при высоких уровнях механических нагрузок. Для обеспечения длительной, бесперебойной эксплуатации обсадных труб резьбовые соединения должны обладать высокой износостойкостью при многократном свинчиванииразвинчивании и эксплуатации соединения.Casing pipes for oil, gas and gas condensate wells are operated in difficult conditions - in the presence of aggressive working environments and with significant multidirectional combined mechanical loads. In this regard, the main requirement for threaded joints of casing pipes is to maintain the tightness of the connection, including gas, at high levels of mechanical stress. To ensure long-term, trouble-free operation of casing pipes, threaded joints must have high wear resistance with repeated make-up and unscrewing of the joint.

Из уровня техники известно герметичное резьбовое соединение обсадных труб, содержащее охватываемый и охватывающий элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены упорные трапецеидальные конические резьбы. При этом, соединение выполнено с внешним и внутренним герметизирующими узлами. Внешний герметизирующий узел соединения образован контактирующими между собой упорными торцевыми поверхностями, выполненными на охватываемом и охватывающем элементах. Внутренний герметизирующий узел соединения образован контактирующими между собой радиальными уплотнительными поверхностями, выполненными на охватываемом и охватывающем элементах. На охватывающем элементе на сходе резьбы выполнена окружная проточка треугольного профиля (КИ 2256767 С1, 20.07,2005 (1).The prior art knows a tight threaded connection of casing pipes containing male and female elements, at the ends of which on the outer and inner surfaces, respectively, are made of trapezoidal tapered threads. At the same time, the connection is made with external and internal sealing units. The external sealing connection unit is formed by contacting thrust end surfaces made on male and female elements. The internal sealing connection node is formed by radial sealing surfaces contacting each other, made on male and female elements. A circumferential groove of a triangular profile (KI 2256767 C1, 07.20,2005 (1) is made on the female element at the thread exit.

Герметичное резьбовое соединение обсадных труб, раскрытое в документе (1), не обеспечивает уровень герметичности, необходимый при эксплуатации соединения обсадных труб, в том числе в газовых и газоконденсатных скважинах, в связи с недостаточными значениями контактных напряжений, обеспечиваемых уплотнительными поверхностями герметизирующих узлов.The tight threaded casing joint disclosed in document (1) does not provide the level of tightness required during operation of the casing joint, including in gas and gas condensate wells, due to insufficient contact stresses provided by the sealing surfaces of the sealing units.

Данное техническое решение (1) принято в качестве прототипа заявленного изобретения.This technical solution (1) was adopted as a prototype of the claimed invention.

Задача, на достижение которой направлено заявленное изобретение - создание резьбового соединения обсадных труб, обладающего высокой герметичностью, в том числе газовой, при действии разнонаправленных механических нагрузок (растягивающих, сжимающих, изгибающих, крутящего момента) в различных их сочетаниях.The task to which the claimed invention is directed is the creation of a threaded connection of casing pipes with high tightness, including gas, under the action of multidirectional mechanical loads (tensile, compressive, bending, torque) in various combinations thereof.

Технический результат, обеспечиваемый заявленным изобретением, заключается в сохранении газогерметичности соединения при действии значительных разнонаправленных комбинированных механических нагрузок, улучшении характеристик свинчиваемости соединения, увеличении его износостойкости, обеспечении равнопроходности колонны обсадных труб по внутреннему диаметру.The technical result provided by the claimed invention is to preserve the gas tightness of the joint under the influence of significant multidirectional combined mechanical loads, improve the make-up characteristics of the joint, increase its wear resistance, and ensure equal passage of the casing string along the inner diameter.

Герметичное резьбовое соединение обсадных труб содержит охватываемый и охватывающий элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены упорные трапецеидальные конические резьбы с конусностью 1:16. Угол наклона закладной грани профиля витка резьба на охватываемом и охватывающем элементах составляет 10-30° к нормали осевой линии резьбы, а угол наклона опорной грани профиля витка резьбы составляет от 0 до -10° к нормали осевой линии резьбы.The hermetic threaded connection of the casing pipes includes male and female elements, at the ends of which on the outer and inner surfaces, respectively, made resistant trapezoidal tapered threads with a taper of 1:16. The angle of inclination of the embedded edge of the thread profile of the thread on the male and female elements is 10-30 ° to the normal of the axial line of the thread, and the angle of inclination of the reference face of the profile of the thread spiral is from 0 to -10 ° to the normal of the axial thread line.

На охватывающем элементе на сходе резьбы выполнена окружная канавка.A circumferential groove is made on the female element at the thread exit.

При этом, соединение выполнено с внешним и внутренним герметизирующими узлами.At the same time, the connection is made with external and internal sealing units.

Внешний герметизирующий узел образован контактирующими между собой радиальными уплотнительными поверхностями и упорными торцевыми поверхностями, выполненными на охватываемом и охватывающем элементах. При этом, упорные торцевые поверхности охватываемого и охватывающего элементов выполнены под углом 5-17° к нормали осевой линии резьбы, при условии превышения угла наклона упорной торцевой поверхности охватываемого элемента над углом наклона упорной торцевой поверхности охватывающего элемента. Радиальные уплотнительные поверхности охватываемого и охватывающего элементов выполнены под углом 7-12° к осевой линии резьбы.The external sealing assembly is formed by radial sealing surfaces contacting each other and thrust end surfaces made on the male and female elements. Moreover, the persistent end surfaces of the male and female elements are made at an angle of 5-17 ° to the normal to the axial line of the thread, provided that the angle of inclination of the persistent end surface of the male element exceeds the angle of inclination of the persistent end surface of the female element. The radial sealing surfaces of the male and female elements are made at an angle of 7-12 ° to the center line of the thread.

Внутренний герметизирующий узел образован контактирующими между собой радиальными уплотнительными поверхностями, выполненными на охватываемом и охватывающем элементах. При этом, радиальные уплотнительные поверхности охватываемого и охватывающего элементов выполнены под углом 1,5-4,0° к осевой линии резьбы, при условии превышения угла наклона уплотнительной поверхности охватываемого элемента над углом наклона уплотнительной поверхности охватывающего элемента. Кроме того, на охватывающем элементе переход от радиальной уплотнительной поверхности к поверхности окружной канавки выполнен сферическим.The internal sealing assembly is formed by radial sealing surfaces contacting each other, made on male and female elements. Moreover, the radial sealing surfaces of the male and female elements are made at an angle of 1.5-4.0 ° to the axial line of the thread, provided that the angle of inclination of the sealing surface of the male element exceeds the angle of inclination of the sealing surface of the female element. In addition, on the female member, the transition from the radial sealing surface to the surface of the circumferential groove is made spherical.

На длине, равной 20-40% от общей длины резьбы, выполненной на охватываемом элементе, начиная от захода резьбы, осуществлено протачивание указанной резьбы с уменьшением ее высоты до 50% от полной высоты профиля резьбы охватываемого элемента.At a length equal to 20-40% of the total length of the thread made on the male element, starting from the thread approach, the specified thread was pumped with a decrease in its height to 50% of the total thread profile height of the male element.

В частном случае выполнения заявленного изобретения окружная канавка на сходе резьбы охватывающего элемента имеет треугольный профиль.In the particular case of the invention, the circumferential groove at the thread exit of the female element has a triangular profile.

В частном случае выполнения заявленного изобретения радиус сферы, по которой выполнен переход от радиальной уплотнительной поверхности охватывающего элемента к поверхности окружной ка- 1 026614 навки, составляет 1-3 мм.In the particular case of the invention, the radius of the sphere along which the transition from the radial sealing surface of the enclosing element to the surface of the circumferential groove is made is 1-3 mm.

На фиг. 1 показано заявленное герметичное резьбовое соединение обсадных труб в сборе.In FIG. 1 shows the claimed hermetic threaded connection of the casing assembly.

На фиг. 2 показан внешний герметизирующий узел соединения.In FIG. 2 shows an external sealing joint assembly.

На фиг. 3 показана упорная трапецеидальная коническая резьба соединения.In FIG. 3 shows a thrust trapezoidal conical thread of a joint.

На фиг. 4 показан внутренний герметизирующий узел соединения.In FIG. 4 shows an internal sealing joint assembly.

Герметичное резьбовое соединение обсадных труб содержит охватываемый (1) и охватывающий (2) элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены упорные трапецеидальные конические резьбы (3).The hermetic threaded connection of the casing pipes comprises male (1) and female (2) elements, on the ends of which on the external and internal surfaces, respectively, made resistant trapezoidal conical threads (3).

Охватываемый элемент (1) представляет собой ниппельную часть трубы. Охватывающий элемент (2) - раструбную часть трубы.The male element (1) is the nipple portion of the pipe. The covering element (2) is the bell-shaped part of the pipe.

Профиль витка резьбы (3) представляет собой неравнобедренную трапецию, боковые стороны которой выполнены в виде опорной (4) и закладной (5) граней, имеющих различные углы наклона к нормали осевой линии резьбы. При свинчивании соединения с такой резьбой опорные грани (4) профиля витка резьбы (3) на охватываемом и охватывающем элементах контактируют между собой и воспринимают действующие на соединение осевые растягивающие нагрузки, что обеспечивает высокую прочность соединения. Одновременно при свинчивании соединения по закладным граням (5) профиля витка резьб образуется конструктивный зазор, что обеспечивает улучшение характеристик свинчиваемости соединения - возможность многократного свинчивания-развинчивания без повреждения (задиров) контактирующих поверхностей резьбы и при сохранении эксплуатационных характеристик соединения, предотвращение заклинивания соединения при его сборке.The thread twist profile (3) is an isosceles trapezoid whose sides are made in the form of a support (4) and embedded (5) faces having different angles of inclination to the normal to the axis of the thread line. When making a connection with such a thread, the support faces (4) of the thread twist profile (3) on the male and female elements are in contact with each other and perceive axial tensile loads acting on the connection, which ensures high joint strength. At the same time, when screwing the joint along the embedded edges (5) of the thread twist profile, a constructive gap is formed, which improves the screwing characteristics of the joint - the possibility of multiple screwing-unscrewing without damage (scoring) of the contacting surfaces of the thread and while maintaining the operational characteristics of the joint, preventing the joint from jamming during assembly .

Резьбы (3) на охватываемом (1) и охватывающем (2) элементах выполнены с конусностью 1:16. Выполнение резьб с конусностью 1:16 с одной стороны обеспечивает высокую степень их зацепления друг с другом при свинчивании соединения и возможность восприятия соединением изгибающих и растягивающих нагрузок, действующих во время эксплуатации соединения, с другой стороны - сохраняет высокие характеристики свинчиваемости соединения.Threads (3) on male (1) and female (2) elements are made with a taper of 1:16. The execution of threads with a taper of 1:16 on the one hand provides a high degree of engagement with each other when making the connection and the possibility of the perception by the connection of bending and tensile loads acting during operation of the connection, on the other hand, it maintains high screwing characteristics of the connection.

Угол наклона закладной грани (5) профиля витка резьбы (3) на охватываемом (1) и охватывающем (2) элементах составляет 10-30° к нормали осевой линии резьбы, а угол наклона опорной грани (4) профиля витка резьбы (3) составляет от 0 до -10° к нормали осевой линии резьбы.The angle of inclination of the embedded face (5) of the thread thread profile (3) on the male (1) and female (2) elements is 10-30 ° to the normal of the axial thread line, and the angle of inclination of the support face (4) of the thread thread profile (3) is from 0 to -10 ° to the normal to the center line of the thread.

Под нормалью осевой линии резьбы понимается перпендикуляр, проведенный к осевой линии резьбы (фиг. 3).By the normal of the axial line of the thread is meant the perpendicular drawn to the axial line of the thread (Fig. 3).

Отрицательный угол (от 0 до -10°) наклона опорной грани (4) профиля витка резьбы (3) исключает возможность выхода резьбы (3) на охватываемом (1) и охватывающем (2) элементах из зацепления друг с другом при значительных растягивающих нагрузках, воздействующих на соединение под действием собственного веса колонны, опускаемой в скважину. Также достигается снижение величины радиального натяга в резьбе, что обеспечивает высокую износостойкость соединения, улучшает его работоспособность при повышенных нагрузках.A negative angle (from 0 to -10 °) of the inclination of the support face (4) of the thread twist profile (3) excludes the possibility of thread (3) coming out of male (1) and female (2) elements from each other under significant tensile loads, acting on the connection under the action of the dead weight of the column lowered into the well. A reduction in the radial interference in the thread is also achieved, which ensures high wear resistance of the joint, improves its performance under increased loads.

Выполнение угла наклона закладной грани (5) профиля витка резьбы (3) величиной 10-30° к нормали осевой линии резьбы (3) облегчает свинчиваемость соединения за счет стабилизации положения охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов относительно друг друга на начальном этапе свинчивания, что предотвращает заклинивание соединения и повреждение (задиры) поверхностей витков резьб (3). Вышеуказанное выполнение закладной грани (5) профиля витка резьб (3) также повышает износостойкость соединения при его многократном свинчивании-развинчивании при условии сохранения высокой степени герметичности.Performing the inclination angle of the embedded face (5) of the thread thread profile (3) of 10-30 ° to the normal of the center line of the thread (3) facilitates the screwing of the connection by stabilizing the position of the male (1) and female (2) elements relative to each other at the initial stage make-up, which prevents jamming of the joint and damage (seizure) of the surfaces of the threads (3). The above implementation of the embedded face (5) of the thread twist profile (3) also increases the wear resistance of the joint when it is repeatedly screwed-unscrewed while maintaining a high degree of tightness.

Соединение выполнено с внутренним (6) и внешним (7) герметизирующими узлами. Наличие в соединении двух герметизирующих узлов (6), (7), радиальные уплотнительные (8), (9), (10), (11) и упорные торцевые (12), (13) поверхности которых контактируют между собой со значительными контактными напряжениями, с возникновением деформации в упругой области и образованием уплотнения типа «металл-металл», обеспечивает высокую герметичность соединения при воздействии на него разнонаправленных комбинированных механических нагрузок.The connection is made with internal (6) and external (7) sealing units. The presence in the connection of two sealing units (6), (7), radial sealing (8), (9), (10), (11) and persistent end (12), (13) surfaces of which are in contact with significant contact stresses , with the occurrence of deformation in the elastic region and the formation of a metal-metal seal, it provides high tightness of the joint when it is exposed to multidirectional combined mechanical loads.

Внешний герметизирующий узел (7) соединения образован контактирующими между собой радиальными уплотнительными (8), (9) и упорными торцевыми (12), (13) поверхностями, выполненными на охватываемом и охватывающем элементах. При этом, упорные торцевые поверхности (12), (13) охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов выполнены под углом 5-17° к нормали осевой линии резьбы, при условии превышения угла наклона упорной торцевой поверхности (13) охватываемого (1) элемента над углом наклона упорной торцевой поверхности (12) охватывающего (2) элемента. Радиальные уплотнительные поверхности (8), (9) охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов выполнены под углом 7-12° к осевой линии резьбы.The external sealing assembly (7) of the connection is formed by radial sealing (8), (9) in contact with each other and persistent end (12), (13) surfaces made on the male and female elements. Moreover, the persistent end surfaces (12), (13) of the male (1) and female (2) elements are made at an angle of 5-17 ° to the normal to the axial line of the thread, provided that the angle of inclination of the resistant end surface (13) of the male (1) ) of the element above the angle of inclination of the persistent end surface (12) of the covering (2) element. The radial sealing surfaces (8), (9) of the male (1) and male (2) elements are made at an angle of 7-12 ° to the axial line of the thread.

Выполнение упорных торцевых поверхностей (12), (13) внешнего герметизирующего узла (7) под углом наклона 5-17° к нормали осевой линии резьбы, при условии превышения угла наклона упорной торцевой поверхности охватываемого элемента над углом наклона упорной торцевой поверхности охватывающего элемента, обеспечивает поджатие и фиксацию радиальных уплотнительных поверхностей (8), (9) внешнего герметизирующего узла (7). Кроме того, обеспечивается четкое позиционирование ох- 2 026614 ватываемого (1) и охватывающего (2) элементов относительно друг друга, точное фиксирование заданной величины натяга и крутящего момента в процессе свинчивания соединения - то есть улучшенные характеристики свинчиваемости, возможность контроля свинчивания соединения. Также, большая площадь контакта упорных торцевых поверхностей (12), (13) друг с другом при свинчивании соединения позволяет увеличить крутящий момент свинчивания при сохранении контактных напряжений на необходимом уровне в пределах упругой деформации.The execution of the persistent end surfaces (12), (13) of the external sealing assembly (7) at an angle of inclination of 5-17 ° to the normal to the axial line of the thread, provided that the angle of inclination of the persistent end surface of the male element exceeds the angle of inclination of the persistent end surface of the female element, provides preloading and fixing of the radial sealing surfaces (8), (9) of the external sealing unit (7). In addition, precise positioning of the driven (1) and covering (2) elements relative to each other, accurate fixation of a predetermined interference and torque value during make-up of the joint — that is, improved make-up characteristics, and the ability to control the make-up of the joint — are ensured. Also, the large contact area of the persistent end surfaces (12), (13) with each other when making the connection allows you to increase the make-up torque while maintaining contact stresses at the required level within the elastic deformation.

При увеличении указанных углов наклона упорных торцевых поверхностей (12), (13) выше заявленных пределов начинают возникать значительные деформации внутреннего диаметра охватывающего элемента (2) при сжатии или перекручивании соединения. При уменьшении углов ниже заявленных пределов теряется эффект клина, так как клин охватывающего элемента (2) становится более жестким в осевом направлении.With an increase in the indicated inclination angles of the persistent end surfaces (12), (13) above the stated limits, significant deformations of the inner diameter of the enclosing element (2) begin to arise upon compression or twisting of the joint. If the angles decrease below the stated limits, the wedge effect is lost, since the wedge of the enclosing element (2) becomes more rigid in the axial direction.

Расположение радиальных уплотнительных поверхностей (8), (9) охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов внешнего герметизирующего узла (7) под углом 7-12° к осевой линии резьбы обеспечивает оптимальную площадь их контакта и высокий уровень напряжений контактирующих между собой поверхностей охватываемого и охватывающего элементов, обеспечивающий герметичность соединения при всех сочетаниях воздействующих на него нагрузок.The location of the radial sealing surfaces (8), (9) of the covered (1) and covering (2) elements of the external sealing assembly (7) at an angle of 7-12 ° to the axial line of the thread provides an optimal contact area and a high level of stresses of the surfaces contacting each other male and female elements, ensuring the tightness of the connection with all combinations of loads acting on it.

Внутренний герметизирующий узел (6) образован контактирующими между собой радиальными уплотнительными поверхностями (10), (11), выполненными на охватываемом (1) и охватывающем (2) элементах. Радиальные уплотнительные поверхности (10), (11) выполнены под углом 1,5-4,0° к осевой линии резьбы, при условии превышения угла наклона уплотнительной поверхности (11) охватываемого элемента (1) над углом наклона уплотнительной поверхности (10) охватывающего элемента (2).The internal sealing unit (6) is formed by radial sealing surfaces (10), (11) in contact, which are made on male (1) and female (2) elements. Radial sealing surfaces (10), (11) are made at an angle of 1.5-4.0 ° to the axial line of the thread, provided that the angle of inclination of the sealing surface (11) of the male element (1) exceeds the angle of inclination of the sealing surface (10) of the female element (2).

Торцевые поверхности (14), (15) внутреннего герметизирующего узла (6), выполненные на охватываемом и охватывающем элементах, расположены под углом 89,5-90,5° к осевой линии резьбы.The end surfaces (14), (15) of the internal sealing unit (6), made on the male and female elements, are located at an angle of 89.5-90.5 ° to the center line of the thread.

Внутренняя равнопроходность (замкнутость внутреннего контура колонны обсадных труб в целом), обеспечивает беспрепятственное прохождение скважинного оборудования внутри обсадной колонны, что повышает эксплуатационную эффективность соединения.Internal equidistance (isolation of the inner contour of the casing string as a whole), provides unhindered passage of downhole equipment inside the casing, which increases the operational efficiency of the connection.

Расположение радиальных уплотнительных поверхностей (10), (11) охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов внутреннего герметизирующего узла (6) под углом 1,5-4,0° к осевой линии резьбы, при условии превышения угла наклона уплотнительной поверхности (11) охватываемого элемента (1) над углом наклона уплотнительной поверхности (10) охватывающего элемента (2), обеспечивает оптимальную площадь их контакта и высокий уровень напряжений контактирующих поверхностей охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов, обеспечивающий герметичность соединения при всех сочетаниях предельных нагрузок.The location of the radial sealing surfaces (10), (11) of the male (1) and female (2) elements of the internal sealing assembly (6) at an angle of 1.5-4.0 ° to the axial line of the thread, provided that the angle of inclination of the sealing surface ( 11) the male element (1) above the angle of inclination of the sealing surface (10) of the female element (2), provides an optimal contact area and a high level of stresses of the contact surfaces of the male (1) and female (2) elements, ensuring a tight connection When all combinations of limit loads.

На охватывающем элементе (2) на сходе резьбы выполнена окружная канавка (17), предназначенная для отвода резьбонарезного инструмента без повреждения им поверхностей соединения, а также для размещения в образуемой ею при свинчивании соединения полости излишек резьбоуплотнительной смазки. Кроме того, при нарезании резьбы на охватывающем элементе (2) в месте схода резьбы на кромках вершин резьбы (3) образуются заусенцы, выступающие в сторону осевой линии резьбы (3). Наличие указанных заусенцев приводит при свинчивании соединения к повреждению радиальной уплотнительной поверхности (11) охватываемого элемента (1), образованию на ней задиров, что впоследствии сказывается на герметичности и износостойкости соединения. Окружная канавка (17), выполненная на сходе резьбы (3) охватывающего элемента (2), исключает заусенцы на кромках вершин резьбы из зоны контакта с радиальной уплотнительной поверхностью (11) охватываемого элемента (1).A circumferential groove (17) is made on the enclosing element (2) at the thread exit, designed to divert the thread-cutting tool without damaging the connection surfaces, and also to place excess thread sealing grease in the cavity formed by it when screwing the joint. In addition, when cutting a thread on a female element (2), at the place where the thread comes off at the edges of the thread tops (3), burrs appear protruding toward the center line of the thread (3). The presence of these burrs leads to damage to the radial sealing surface (11) of the male element (1) during make-up of the joint, to the formation of scoring on it, which subsequently affects the tightness and wear resistance of the joint. The circumferential groove (17), made at the thread exit (3) of the female element (2), eliminates the burrs on the edges of the threads from the contact area with the radial sealing surface (11) of the male element (1).

Выполнение перехода (18) от радиальной уплотнительной поверхности (10) к поверхности окружной канавки (17), расположенной на сходе резьбы охватывающего элемента (2), сферическим обеспечивает увеличение площади контакта радиальных уплотнительных поверхностей (10), (11) охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов и высокий уровень напряжений указанных поверхностей (10), (11), обеспечивающий герметичность соединения при всех сочетаниях предельных нагрузок.The transition (18) from the radial sealing surface (10) to the surface of the circumferential groove (17) located on the thread exit of the female element (2), spherical provides an increase in the contact area of the radial sealing surfaces (10), (11) of the covered (1) and covering (2) elements and a high level of stresses of the indicated surfaces (10), (11), ensuring the tightness of the connection for all combinations of ultimate loads.

Радиус сферы, по которой выполнен переход (18) от радиальной уплотнительной поверхности (10) охватывающего элемента (2) к поверхности окружной канавки (17), составляет 1-3 мм.The radius of the sphere along which the transition (18) is made from the radial sealing surface (10) of the enclosing element (2) to the surface of the circumferential groove (17) is 1-3 mm.

На длине (16), равной 20-40% от общей длины резьбы (3), выполненной на охватываемом элементе (1), начиная от захода резьбы, осуществлено протачивание указанной резьбы с уменьшением ее высоты до 50% от полной высоты профиля резьбы (3) охватываемого элемента (1). Протачивание резьбы (3) на охватываемом элементе (1) осуществляется путем среза резьбы (3) на длине 20-40% от общей длины резьбы (3) и по высоте до 50% от полной высоты профиля резьбы (3).At a length (16) equal to 20-40% of the total length of the thread (3) made on the male element (1), starting from the thread approach, the specified thread was pumped with its height reduced to 50% of the total thread profile height (3 ) of the covered element (1). The thread (3) is threaded on the male element (1) by cutting the thread (3) over a length of 20-40% of the total length of the thread (3) and in height up to 50% of the total height of the thread profile (3).

Осуществление вышеуказанного протачивания резьбы (3) на охватывающем элементе (1) способствует увеличению захода (заведения) охватываемого элемента (1) в охватывающий элемент (2) при сборке соединения, что обеспечивает улучшенную центровку и легкое свинчивание соединения на начальном этапе, что может иметь решающее значение при сборке соединения в полевых условиях при отсутствии специальных приборов для центровки.The implementation of the above threading of the thread (3) on the female element (1) increases the approach (establishment) of the male element (1) in the female element (2) during assembly of the connection, which provides improved alignment and easy make-up of the connection at the initial stage, which can be decisive value when assembling the connection in the field in the absence of special instruments for alignment.

Осуществление протачивания резьбы (3) на охватывающем элементе (1) на длину менее 20% от общей длины резьбы (3) не приведет к описанному выше эффекту улучшения центровки. ПревышениеPulling the thread (3) on the female element (1) to a length of less than 20% of the total length of the thread (3) will not lead to the above-described effect of improving alignment. Excess

- 3 026614 длины протачивания резьбы (3) на охватывающем элементе (1) выше 40% от общей длины резьбы (3) приведет к ощутимому падению восприятия резьбой осевых растягивающих нагрузок и увеличит вероятность выхода резьб (3) из зацепления друг с другом.- 3,026,614 the length of threading of the thread (3) on the female element (1) above 40% of the total length of the thread (3) will lead to a noticeable decrease in the perception of axial tensile loads by the thread and increase the likelihood of threads (3) coming out of engagement with each other.

Превышение высоты протачивания резьбы (3) на охватывающем элементе (1) более 50% от полной высоты профиля резьбы (3) также приведет к ощутимому падению восприятия резьбой осевых растягивающих нагрузок и увеличит вероятность выхода резьб (3) из зацепления друг с другом.Exceeding the thread penetration height (3) on the female element (1) by more than 50% of the total thread profile height (3) will also lead to a noticeable decrease in the perception of axial tensile loads by the thread and increase the likelihood of the threads (3) coming out of engagement with each other.

Герметичное резьбовое соединение обсадных труб работает следующим образом.Sealed threaded connection of casing works as follows.

При выполнении операции свинчивания соединения первоначально осуществляется взаимодействие охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов с помощью упорных трапецеидальных конических резьб (3), выполненных на концах на наружной поверхности охватываемого элемента (1) и внутренней поверхности охватывающего элемента (2).When performing the screwing operation of the joint, the male (1) and female (2) elements are initially interacted with the help of persistent trapezoidal tapered threads (3) made at the ends on the outer surface of the male element (1) and the inner surface of the female element (2).

В процессе свинчивания соединения происходит продвижение радиальной уплотнительной поверхности (11) охватываемого элемента (1) вдоль окружной канавки (17), выполненной на охватывающем элементе (2), затем уплотнительная поверхность (11) охватываемого элемента (1) внутреннего герметизирующего узла (6) взаимодействует с уплотнительной поверхностью (10) охватывающего элемента (2). За счет диаметральных деформаций конических уплотнительных поверхностей (10), (11) создается уплотнение типа металл-металл.In the process of making up the connection, the radial sealing surface (11) of the male element (1) advances along the circumferential groove (17) made on the female element (2), then the sealing surface (11) of the male element (1) of the internal sealing unit (6) interacts with a sealing surface (10) of the female member (2). Due to the diametrical deformations of the conical sealing surfaces (10), (11), a metal-metal seal is created.

Одновременно происходит взаимодействие радиальных уплотнительных поверхностей (8), (9) и упорных торцевых поверхностей (12), (13) внешнего герметизирующего узла (7).At the same time, the radial sealing surfaces (8), (9) and the thrust end surfaces (12), (13) of the external sealing assembly (7) interact.

Окончание процесса свинчивания соединения происходит при смыкании упорных торцевых поверхностей (12), (13), выполненных на охватываемом (1) и охватывающем (2) элементах внешнего герметизирующего узла (7).The end of the process of screwing the connection occurs when the thrust end surfaces (12), (13) are closed, made on the male (1) and female (2) elements of the external sealing assembly (7).

Пример осуществления изобретения.An example embodiment of the invention.

Для проведения испытаний заявленного герметичного резьбового соединения обсадных труб были изготовлены образцы (№№ 1, 2) - обсадные трубы диаметром 139,7 мм, толщиной стенки 6,98 мм, длиной 11 м с высаженными концами. На внешнюю поверхность охватываемого элемента (1) и внутреннюю поверхность охватывающего элемента (2) были нанесены упорные трапецеидальные резьбы (3) с конусностью 1:16, шагом 4,233 мм, высотой профиля витка резьбы 1,2 мм и сформированы элементы внешнего (7) и внутреннего (6) герметизирующих узлов.To test the claimed tight threaded connection of the casing pipes, samples (No. 1, 2) were made - casing pipes with a diameter of 139.7 mm, a wall thickness of 6.98 mm, and a length of 11 m with upset ends. On the external surface of the male element (1) and the internal surface of the female element (2), resistant trapezoidal threads (3) were applied with a taper of 1:16, a pitch of 4.233 mm, a thread thread height of 1.2 mm, and external elements (7) were formed and internal (6) sealing units.

Кроме того, были изготовлены образцы (№№ 3, 4) по прототипу.In addition, samples were made (No. 3, 4) of the prototype.

Основные характеристики образцов приведены в табл.1.The main characteristics of the samples are given in table 1.

Испытания образцов проводились на многократность свинчивания-развинчивания и на газогерметичность соединения.Tests of the samples were carried out on the multiple make-up and unscrewing and gas tightness of the compound.

Таблица 1Table 1

образец №1 sample No. 1 образец №2 sample Number 2 образец №3 sample No. 3 образец №4 sample Number 4 конусность резьбы thread taper 3:16 3:16 1:16 1:16 1:12 1:12 1:12 1:12 угол наклона опорной грани профиля витка резьбы tilt angle of the support face of the thread thread profile -4° -4 ° -4° -4 ° -3° -3 ° -3° -3 ° угол наклона закладной грани профиля витка резьбы angle of inclination of the embedded face of the thread thread profile 24° 24 ° 24“ 24 “ 5“ 5" 5 ° угол наклона упорных торцевых поверхностей внутреннего герметизирующего узла angle of inclination of persistent end surfaces of the internal sealing unit 90° 90 ° 90“ 90 “ 90° 90 ° 90° 90 ° угол наклона радиальных поверхностен внутреннего герметизирующего узла (охватывающий/охватываемый элементы) the angle of inclination of the radial surfaces of the inner sealing unit (covering / covered elements) 273“ 273 “ 273° 273 ° 2,39° 2.39 ° 2,39° 2.39 ° угол наклона упорных торцевых поверхностей внешнего герметизирующего узла (охватывающий/охватываемый элементы) angle of inclination of persistent end surfaces of the external sealing assembly (female / male elements) 14715° 14715 ° 14715° 14715 ° 15° 15 ° 15° 15 ° угол наклона радиальных поверхностей внешнего the angle of inclination of the radial surfaces of the outer 10° 10 ° 10“ 10" - - - - герметизирующего узла sealing unit длина среза резьбы охватываемого элемента thread cut length of male element 30% thirty% 30% thirty% - - - - высота среза резьбы охватываемого элемента cutting height of the male element 40% 40% 40% 40% - - - - Результаты испытаний на газогерметичность Gas tightness test results 100%* one hundred%* 100%* one hundred%* 0%* 0% * 0%* 0% * Результаты испытаний на свинчиваемость Make-up test results з** h ** 3** 3 ** I * * I * * I** I **

* показатель газогерметичности, полученный при испытаниях образцов (100% - полная газогерметичность соединения, 0% - отсутствие газогерметичности);* gas tightness index obtained during testing of samples (100% - total gas tightness of the compound, 0% - lack of gas tightness);

** количество свинчиваний-развинчиваний, которые выдержали образцы при отсутствии повреждений (задиров) поверхностей герметизирующих узлов и резьб.** the number of screwing-unscrewing, which withstood the samples in the absence of damage (scoring) of the surfaces of the sealing units and threads.

Таким образом, образцы №№ 1, 2, выполненные в соответствии с заявленным изобретением, показали газогерметичность соединения при действии растягивающих, сжимающих и изгибающих нагрузок, крутящего момента в различных их сочетаниях, улучшение характеристик свинчиваемости соединения.Thus, samples No. 1, 2, made in accordance with the claimed invention, showed the gas tightness of the compound under the action of tensile, compressive and bending loads, torque in various combinations thereof, improving the screwing characteristics of the compound.

Claims (3)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Г ерметичное резьбовое соединение обсадных труб, содержащее охватываемый и охватывающий элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены упорные трапецеидальные конические резьбы и образующие внутренний и внешний герметизирующие узлы контактирующие между собой упорные торцевые и радиальные уплотнительные поверхности, при этом на охватывающем элементе на сходе резьбы выполнена окружная канавка, отличающееся тем, что упорные трапецеидальные резьбы охватываемого и охватывающего элементов выполнены с конусностью 1:16, углом наклона закладной грани профиля витка 10-30° к нормали осевой линии резьбы и углом наклона опорной грани профиля витка от 0 до -10° к нормали осевой линии резьбы, внешний герметизирующий узел образован радиальными уплотнительными поверхностями охватываемого и охватывающего элементов, выполненными под углом 7-12° к осевой линии резьбы, и упорными торцевыми поверхностями охватываемого и охватывающего элементов, выполненными под углом 5-17° к нормали осевой линии резьбы, при условии превышения угла наклона упорной торцевой поверхности охватываемого элемента над углом наклона упорной торцевой поверхности охватывающего элемента, внутренний герметизирующий узел образован радиальными уплотнительными поверхностями охватываемого и охватывающего элементов, выполненными под углом 1,5-4,0° к осевой линии резьбы, при условии превышения угла наклона уплотнительной поверхности охватываемого элемента над углом наклона уплотнительной поверхности охватывающего элемента, при этом на длине, равной 20-40% от общей длины резьбы, выполненной на охватываемом элементе, начиная от захода резьбы, осуществлено протачивание указанной резьбы с уменьшением ее высоты до 50% от полной высоты профиля резьбы охватываемого элемента, причем на охватывающем элементе переход от радиальной уплотнительной поверхности к поверхности окружной канавки выполнен сферическим.1. A tight threaded connection of casing pipes containing male and female elements, at the ends of which on the outer and inner surfaces, respectively, are made of trapezoidal tapered threads and forming internal and external sealing units contacting contact end and radial sealing surfaces, while A circumferential groove is made on the female element at the thread exit, characterized in that the persistent trapezoidal threads of the male and female elements made with a taper of 1:16, the angle of inclination of the embedded edge of the thread profile of 10-30 ° to the normal of the axial line of the thread and the angle of inclination of the reference face of the profile of the thread from 0 to -10 ° to the normal of the axial line of the thread, the external sealing assembly is formed by radial sealing surfaces of the male and female of female elements made at an angle of 7-12 ° to the axial line of the thread, and persistent end surfaces of male and female elements made at an angle of 5-17 ° to the normal of the axial line of the thread, provided that the angle of inclination of the emphasis is exceeded end surface of the male element above the angle of inclination of the thrust end surface of the female element, the internal sealing unit is formed by radial sealing surfaces of the male and female elements, made at an angle of 1.5-4.0 ° to the axial line of the thread, provided that the angle of inclination of the sealing surface of the male element above the angle of inclination of the sealing surface of the female element, while at a length equal to 20-40% of the total length of the thread made on male starting from the thread entry, the specified thread was pumped with a decrease in its height to 50% of the total thread profile height of the covered element, and on the covering element, the transition from the radial sealing surface to the surface of the circumferential groove is made spherical. 2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что окружная канавка на сходе резьбы охватывающего элемента имеет треугольный профиль.2. The compound according to claim 1, characterized in that the circumferential groove at the thread exit of the female element has a triangular profile. 3. Соединение по п.1, отличающееся тем, что радиус сферы, по которой выполнен переход от радиальной уплотнительной поверхности охватывающего элемента к поверхности окружной канавки, составляет 1-3 мм.3. The compound according to claim 1, characterized in that the radius of the sphere along which the transition from the radial sealing surface of the enclosing element to the surface of the circumferential groove is made is 1-3 mm.
EA201401342A 2013-12-30 2014-12-29 Sealed threaded joint for casing pipes EA026614B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013158490/03A RU2543398C1 (en) 2013-12-30 2013-12-30 Sealed threaded connection of casings

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201401342A1 EA201401342A1 (en) 2015-06-30
EA026614B1 true EA026614B1 (en) 2017-04-28

Family

ID=53290092

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201401342A EA026614B1 (en) 2013-12-30 2014-12-29 Sealed threaded joint for casing pipes

Country Status (2)

Country Link
EA (1) EA026614B1 (en)
RU (1) RU2543398C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU182758U1 (en) * 2017-12-26 2018-08-30 Общество С Ограниченной Ответственностью "Тмк-Премиум Сервис" THREADED CONNECTION OF PUMP AND COMPRESSOR PIPES

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230250699A1 (en) * 2020-06-29 2023-08-10 Publichnoe aktsionernoe obshchestvo "Trubnaya metallurgicheskaya kompaniya'' Threaded joint for production tubing

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU993829A3 (en) * 1976-09-14 1983-01-30 Маннесманн А.Г. (Фирма) Threaded joint for oil pipes
US6030004A (en) * 1997-12-08 2000-02-29 Shaw Industries High torque threaded tool joint for drill pipe and other drill stem components
US6322110B1 (en) * 1997-08-11 2001-11-27 Marubeni Tubulars, Inc. Tubular connection
RU26627U1 (en) * 2002-06-06 2002-12-10 Закрытое акционерное общество "Компания "Темерсо" PUMP OR DRILL PIPE JOINT
RU2256767C1 (en) * 2004-05-06 2005-07-20 Закрытое акционерное общество "Инвест ПромТорг" Threaded oil-field pipe joint with increased air-tightness (variants) and production method thereof (variants)
RU90159U1 (en) * 2009-10-22 2009-12-27 Закрытое акционерное общество "СИБ ТРЕЙД СЕРВИС" THREADED CONNECTION

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU993829A3 (en) * 1976-09-14 1983-01-30 Маннесманн А.Г. (Фирма) Threaded joint for oil pipes
US6322110B1 (en) * 1997-08-11 2001-11-27 Marubeni Tubulars, Inc. Tubular connection
US6030004A (en) * 1997-12-08 2000-02-29 Shaw Industries High torque threaded tool joint for drill pipe and other drill stem components
RU26627U1 (en) * 2002-06-06 2002-12-10 Закрытое акционерное общество "Компания "Темерсо" PUMP OR DRILL PIPE JOINT
RU2256767C1 (en) * 2004-05-06 2005-07-20 Закрытое акционерное общество "Инвест ПромТорг" Threaded oil-field pipe joint with increased air-tightness (variants) and production method thereof (variants)
RU90159U1 (en) * 2009-10-22 2009-12-27 Закрытое акционерное общество "СИБ ТРЕЙД СЕРВИС" THREADED CONNECTION

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU182758U1 (en) * 2017-12-26 2018-08-30 Общество С Ограниченной Ответственностью "Тмк-Премиум Сервис" THREADED CONNECTION OF PUMP AND COMPRESSOR PIPES

Also Published As

Publication number Publication date
EA201401342A1 (en) 2015-06-30
RU2543398C1 (en) 2015-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2631589C1 (en) Steel pipe threaded joint
RU2711367C2 (en) Pipe connection with self-locking thread, used in oil industry
RU2297512C2 (en) Air-tight threaded oil-field pipe connection
US11248725B2 (en) Threaded connection
RU2604461C1 (en) Threaded pipe connection
CA2931087C (en) Threaded joint for heavy-walled oil country tubular goods
RU2338866C1 (en) Leakproof screwed connection of oil-field pipes
US10883319B2 (en) Threaded connection for steel pipe
RU2704075C1 (en) Casing threaded connection
RU2661917C1 (en) Tubular threaded connection
RU2639343C1 (en) Threaded joint of casing pipes
JP7185059B2 (en) Threaded fittings for steel pipes
RU2504710C1 (en) Sealed threaded connection of casing pipes (versions)
RU2543398C1 (en) Sealed threaded connection of casings
US10125554B2 (en) Threaded joint for oil country tubular goods
RU182758U1 (en) THREADED CONNECTION OF PUMP AND COMPRESSOR PIPES
US20230146768A1 (en) Threaded connection for steel pipe
RU116952U1 (en) HIGH SEALED THREADED CONNECTION OF OIL AND GAS PIPES
WO2020183860A1 (en) Threaded joint
RU2785878C1 (en) High-torque sleeveless threaded connection for oil and gas field pipes
RU149815U1 (en) HIGH SEALED THREADED CONNECTION OF OIL AND GAS PIPES
RU165748U1 (en) COUPLING THREADED COUPLING CONNECTION
RU166817U1 (en) COUPLING THREADED COUPLING CONNECTION
RU183769U1 (en) THREADED COUPLING CONNECTION
RU2808401C1 (en) Threaded connection of pump-compressor pipes

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU