EA042334B1

EA042334B1 - SCREW CONNECTION FOR STEEL PIPES

Info

Publication number: EA042334B1
Application number: EA202290155
Authority: EA
Inventors: Йоусуке Оку; Садао Доути
Original assignee: Ниппон Стил Корпорейшн; Валлурек Ойл Энд Гэс Франс
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2020-08-20
Publication date: 2023-02-03

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Настоящее изобретение относится к резьбовому соединению для стальных труб, применяемому для соединения стальных труб.The present invention relates to a threaded connection for steel pipes used for connecting steel pipes.

Уровень техникиState of the art

Стальные трубы, называемые трубами для нефтяных скважин, применяют, например, для ведения разведки или добычи в нефтяных скважинах, газовых скважинах и т.д. (ниже в данном документе вместе называемых нефтяными скважинами или т.п.), разработке необычных запасов, таких как нефтяной песок или сланцевый газ, возврата или хранения двуокиси углерода (улавливания и захоронения углекислого газа (CCS), для получения геотермальной энергии или в источниках горячей воды. Для соединения стальных труб применяют резьбовое соединение.Steel pipes, referred to as oil well pipes, are used, for example, for exploration or production in oil wells, gas wells, and the like. (hereinafter collectively referred to as oil wells or the like), the development of unusual reserves such as oil sand or shale gas, the recovery or storage of carbon dioxide (carbon capture and storage (CCS), geothermal energy or in sources hot water A threaded connection is used to connect steel pipes.

Такие резьбовые соединения труб для нефтяных скважин в общем относят к категориям типа с соединительной муфтой и интегрального типа.Such oil well pipe threaded connections are generally categorized as box type and integral type.

В соединении, относящемся к типу с соединительной муфтой, стальные трубы соединяют, применяя трубчатую соединительную муфту. Конкретно, охватывающую резьбу обеспечивают на внутренней периферии каждого из концов соединительной муфты, а охватываемую резьбу обеспечивают на наружной периферии каждого из концов стальной трубы. Затем, один конец одной стальной трубы свинчивают с одним концом соединительной муфты, и один конец другой стальной трубы свинчивают с другим концом соединительной муфты так, что данные стальные трубы соединяются. То есть, соединение типа с соединительной муфтой напрямую соединяет пару труб, одна из которых является стальной трубой, и другая является соединительной муфтой.In a coupling type connection, steel pipes are connected using a tubular coupling. Specifically, a female thread is provided on the inner periphery of each of the ends of the coupling, and a male thread is provided on the outer periphery of each of the ends of the steel pipe. Then, one end of one steel pipe is screwed to one end of the coupling, and one end of the other steel pipe is screwed to the other end of the coupling, so that these steel pipes are connected. That is, the coupling type connection directly connects a pair of pipes, one of which is a steel pipe and the other is a coupling.

Интегральным соединением напрямую соединяют стальные трубы без применения отдельной соединительной муфты. Конкретно, охватывающую резьбу обеспечивают на внутренней периферии одного конца стальной трубы, а охватываемую резьбу обеспечивают на наружной периферии другого конца, и один конец одной стальной трубы, обеспеченный охватываемой резьбой, ввинчивают в другой конец другой стальной трубы, обеспеченной охватывающей резьбой так, что данные стальные трубы соединяются.Integral connection directly connects steel pipes without the use of a separate coupling. Specifically, a female thread is provided at the inner periphery of one end of the steel pipe, and a male thread is provided at the outer periphery of the other end, and one end of one steel pipe provided with the male thread is screwed into the other end of the other steel pipe provided with the female thread so that these steel pipes are connected.

Соединительный участок конца стальной трубы, на котором обеспечена охватываемая резьба, содержит элемент, подлежащий установке в охватывающую резьбу, обеспеченную на стальной трубе или соединительной муфте, и обычно называемый ниппелем. Концевой участок стальной трубы или соединительной муфты, на котором обеспечена охватывающая резьба, содержит элемент для приема охватываемой резьбы стальной трубы, и называемый муфтой. Ниппель и муфта образуют концы труб и, следовательно, имеют трубчатую форму.The connecting portion of the end of the steel pipe, on which the male thread is provided, contains an element to be installed in the female thread provided on the steel pipe or the coupling, and is commonly referred to as a nipple. The end section of the steel pipe or coupling, on which the female thread is provided, contains an element for receiving the male thread of the steel pipe, and is called a coupling. The pin and box form the ends of the pipes and are therefore tubular in shape.

В последнее время стали широко распространенными такие методики строительства скважин, как DwC (бурение обсадной колонной) и горизонтальное бурение, что обуславливает быстро увеличивающуюся потребность в соединениях, рассчитанных на высокий крутящий момент. Заявители настоящей заявки изготовили соединения для высокого крутящего момента для стальных труб с наружными диаметрами до 9-5/8 (244,5 мм), представленные резьбовыми соединениями с применением конических резьб с сечениями в форме ласточкина хвоста, которые также известны, как клиновидные резьбы, такие как раскрытые патентным документом 1, идентифицированным ниже. С клиновидными резьбами ширина выступа резьбы охватываемой формы на ниппеле постепенно уменьшается по ходу вдоль спирали резьбы к оконечности, а ширина канавки резьбы охватывающей формы на противоположной муфте постепенно уменьшается аналогично. Дополнительно, обе, рабочие стороны и закладные стороны резьбы охватываемой и охватывающей форм имеют отрицательные углы бокового наклона; когда скрепление ниппеля и муфты закончено, рабочие стороны соприкасаются друг с другом, и закладные стороны соприкасаются друг с другом, так что резьбы охватываемой и охватывающей форм являются плотно прилегающими. Данная конструкция обеспечивает резьбовому соединению с клиновидными резьбами высокое сопротивление крутящему моменту.Recently, well construction techniques such as DwC (casing drilling) and horizontal drilling have become widespread, resulting in a rapidly increasing demand for connections designed for high torque. Applicants of the present application have made connections for high torque for steel pipes with outer diameters up to 9-5/8 (244.5 mm), represented by threaded connections using tapered dovetail threads, which are also known as wedge threads, such as those disclosed by Patent Document 1 identified below. With wedge-shaped threads, the width of the male thread boss on the nipple gradually decreases along the thread helix to the tip, and the groove width of the female thread on the opposite box gradually decreases similarly. Additionally, both working sides and embedded sides of the threads of the male and female forms have negative lateral inclination angles; when the connection of the pin and box is completed, the working sides touch each other and the insert sides touch each other so that the threads of the male and female molds are tightly fitting. This design provides a threaded connection with wedge threads with high torque resistance.

Документы предшествующего уровня техникиPrior Art Documents

Патентные документы.Patent Documents.

[Патентный Документ 1] публикация WO 2015/194193 А1.[Patent Document 1] publication WO 2015/194193 A1.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Проблемы, решаемые изобретением.Problems solved by the invention.

Заявители настоящей заявки разработали резьбовые соединения для высокого крутящего момента для стальных труб с большими диаметрами. При разработке резьбовых соединений с диаметрами больше 9-5/8 согласно конструктивным стандартам, по существу, одинаковым с обычными и проведении испытаний опытных изделий, согласно ISO 13679:2011, Series А с приложением комплексной нагрузки, возникало сдвиговое разрушение в резьбе охватываемый формы на ниппеле при приложении максимальной растягивающей нагрузки.The applicants of the present application have developed threaded connections for high torque for steel pipes with large diameters. When developing threaded connections with diameters greater than 9-5/8 according to design standards essentially the same as conventional ones and testing prototype products, according to ISO 13679:2011, Series A with the application of a complex load, shear failure occurred in the thread of the male form on the nipple when the maximum tensile load is applied.

Задачей настоящего изобретения является создание резьбового соединения для стальных труб большого диаметра, которое может демонстрировать высокое сопротивление крутящему моменту и высокую герметичность и, одновременно, обеспечивать сопротивление сдвигу, подходящее размеру стальной трубы, подлежащей соединению.It is an object of the present invention to provide a threaded connection for large diameter steel pipes that can exhibit high torque resistance and high tightness, and at the same time provide shear resistance suitable for the size of the steel pipe to be connected.

- 1 042334- 1 042334

Средство решения проблем.Problem solver.

Авторы провели обширные исследования для идентификации причин разрушения резьбы в охватываемой форме в резьбовом соединении для высокого крутящего момента для стальных труб большого диаметра и обнаружили, что ширина резьбы на конце охватываемой формы, который ближе к оконечности, слишком мала относительно прочности на растяжение или, другими словами, сопротивления сдвигу, требуемого от стальной трубы большого диаметра, и сдвиговое разрушение возникает вначале в первом витке формы резьбы, начинающемся от конца данной формы резьбы (ниже в данном документе также называется первым витком резьбы). Когда сдвиговое разрушение возникает в первом витке резьбы, нагрузки концентрируются на втором витке резьбы, которая является следующим витком резьбы расположенным в направлении внутрь, как видно в сечении во втором витке резьбы, обуславливая сдвиговое разрушение во втором витке резьбы, которое в свою очередь обуславливает концентрацию нагрузок на третьем витке резьбе, который является следующим витком резьбы расположенным в направлении внутрь, обуславливая здесь сдвиговое разрушение, и так далее; таким образом, принято, что сдвиговые разрушения возникают последовательно в витках охватываемой формы резьбы в большой области.The authors have conducted extensive research to identify the causes of thread failure in the male form in a high torque threaded connection for large diameter steel pipes and found that the thread width at the end of the male form, which is closer to the tip, is too small relative to the tensile strength or, in other words , the shear resistance required from a large diameter steel pipe, and shear failure occurs initially in the first thread form starting from the end of this thread form (hereinafter also referred to as the first thread). When shear failure occurs in the first thread, loads are concentrated on the second thread, which is the next inward thread, as seen in section in the second thread, causing shear failure in the second thread, which in turn causes load concentration on the third thread, which is the next thread in the inward direction, causing shear failure here, and so on; thus, it is assumed that shear failures occur sequentially in the turns of the male thread form over a large area.

Если применяется обычная коническая резьба с трапецеидальным сечением, приложение чрезмерной растягивающей нагрузки не вызывает разрушений в резьбах в широком диапазоне, хотя ниппель и муфта могут деформироваться так, что охватываемая резьба выскакивает из охватывающей резьбы. С другой стороны, в резьбовом соединении для высокого крутящего момента, как рассмотрено выше, резьбы с сечением в форме ласточкина хвоста в охватываемой и охватывающей формах прочно сцеплены, и охватываемая и охватывающая формы резьбы никогда не расцепляются.If a conventional trapezoidal tapered thread is used, the application of excessive tensile load does not cause failure in the threads over a wide range, although the pin and box may be deformed such that the male thread pops out of the female thread. On the other hand, in the high torque threaded connection as discussed above, the dovetail threads in the male and female forms are strongly engaged, and the male and female thread forms never disengage.

Соответственно, в резьбовом соединении для высокого крутящего момента с охватываемый и охватывающей формами резьбы, выполненными в форме ласточкина хвоста клиновидными резьбами, как видно в сечении, прочность первого витка резьбы, в котором сдвиговое разрушение возникает первым, является важным для обеспечения нужной прочности на растяжение. Как на индикаторе для оценки сопротивления сдвигу первого витка резьбы, авторы сосредоточили внимание на объеме цилиндра, V=n/4-{(DW+2TH)²-DW²}xW_min, где W_min - минимальная ширина резьбы в концевой области охватываемой формы резьбы, расположенной ближе к оконечности, измеренная на участке резьбы с наименьшей шириной резьбы (т.е. основании резьбы), к которой относятся, как к аксиальной длине; D_W - диаметр впадины профиля резьбы в такой зоне, к которой относятся, как к внутреннему диаметру цилиндра; и ТН - высота резьбы, к которой относятся, как к толщине стенки.Accordingly, in a high torque threaded connection with male and female dovetail wedge threads as seen in section, the strength of the first thread in which shear failure occurs first is important to provide the desired tensile strength. As an indicator for evaluating the shear resistance of the first thread, the authors focused on the volume of the cylinder, V=n/4-{(DW+2TH) ² -DW ² }xW _min , where W _min is the minimum thread width in the end region of the male form the thread closest to the tip, measured at the portion of the thread with the smallest thread width (i.e. the root of the thread), which is referred to as the axial length; D _W is the diameter of the root of the thread profile in such a zone, which is referred to as the inner diameter of the cylinder; and TH is the height of the thread, which is referred to as the wall thickness.

Дополнительно, сопротивление сдвигу, требуемое от резьбы, варьируется в зависимости от абсолютной величины растягивающей нагрузки, при которой тело стальной трубы переходит через предел текучести.Additionally, the shear resistance required from the thread varies depending on the absolute value of the tensile load at which the body of the steel pipe passes through the yield strength.

На основе всех данных исследований авторы обнаружили, что если резьбы в концевом участке охватываемой формы резьбы имеют сопротивление сдвигу, соответствующее размеру стальной трубы, резьбовое соединение для стальных труб большого диаметра демонстрирует высокое сопротивление крутящему моменту и высокую герметичность без сдвигового разрушения в резьбе.Based on all these studies, the authors found that if the threads in the end portion of the male thread form have a shear resistance corresponding to the size of the steel pipe, the threaded connection for large diameter steel pipes shows high torque resistance and high tightness without shear failure in the thread.

Резьбовое соединение для стальных труб настоящего изобретения содержит трубчатый ниппель, обеспеченный на оконечности стальной трубы с наружным диаметром OD больше 240 мм, и трубчатую муфту, выполненную с возможностью скрепления на ниппеле, когда ниппель ввинчивается. Ниппель содержит охватываемую форму резьбы, выполненную с конической резьбой, образованной на наружной периферии ниппеля и имеющей сечение в форме ласточкина хвоста. Муфта содержит охватывающую форму резьбы, выполненную с конической резьбой, образованной на внутренней периферии муфты и имеющей сечение в форме ласточкина хвоста. Данная охватывающая форма резьбы имеет профиль резьбы, соответствующий охватываемой резьбе. Дополнительно, шаг закладных сторон для охватываемой формы резьбы и охватывающий формы резьбы меньше шага рабочих сторон для охватываемой формы резьбы и охватывающей формы резьбы.The threaded connection for steel pipes of the present invention comprises a tubular nipple provided at the end of a steel pipe with an outer diameter OD greater than 240 mm, and a tubular sleeve capable of being fastened to the nipple when the nipple is screwed. The nipple contains a male thread form made with a conical thread formed on the outer periphery of the nipple and having a cross section in the form of a dovetail. The coupling contains a female thread form, made with a conical thread, formed on the inner periphery of the coupling and having a section in the form of a dovetail. This female thread form has a thread profile that matches the male thread. Additionally, the step of the embedded sides for the male thread form and the female thread form is less than the step of the working sides for the male thread form and the female thread form.

Охватываемая форма резьбы удовлетворяет следующим выражениям (1) и (2):The male thread form satisfies the following expressions (1) and (2):

О 40 < + 2^)² - V] X „ ,₀. ,_п ^ы- «„/.-нт иO 40 < + 2^) ² - V] X „ , ₀ . , _n ^s - "„/.-nt and

W_rai„>3,0 мм... (2)W _rai „>3.0 mm... (2)

В выражениях (1) и (2) OD - наружный диаметр стальной трубы, ID - внутренний диаметр стальной трубы, D_W - диаметр впадины профиля, смежной с рабочей стороной на конце охватываемой формы резьбы ближе к оконечности, Т_Н - высота резьбы охватываемой формы, и W_min - ширина резьбы, измеренная на основании резьбы, в концевой области охватываемой формы резьбы ближе к оконечности.In expressions (1) and (2) OD is the outer diameter of the steel pipe, ID is the inner diameter of the steel pipe, D _W is the diameter of the profile cavity adjacent to the working side at the end of the male thread form closer to the tip, T _H is the height of the thread of the male form , and W _min is the width of the thread, measured on the basis of the thread, in the end region of the male thread form closer to the tip.

Преимущества изобретенияBenefits of the Invention

Настоящее изобретение обеспечивает резьбовое соединение для стальных труб большого диаметра, которое содержит охватываемую форму резьбы на ниппеле с сопротивление сдвигу, которое подходит для размера стальной трубы большого диаметра и которое обеспечивает высокое сопротивление крутя щему моменту и высокую герметичность.The present invention provides a threaded connection for large diameter steel pipe which has a shear resistant male thread shape on a nipple which is suitable for the size of large diameter steel pipe and which provides high torque resistance and high tightness.

- 2 042334- 2 042334

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На фиг. 1 показано продольное сечение резьбового соединения для стальных труб варианта осуществления по оси трубы.In FIG. 1 shows a longitudinal section of a threaded connection for steel pipes of an embodiment along the axis of the pipe.

На фиг. 2 показано с увеличением продольное сечение охватываемый и охватывающей форм резьбы фиг. 1.In FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of the male and female thread forms of FIG. 1.

На фиг. 3 показано с увеличением продольное сечение концевой зоны охватываемой формы резьбы фиг. 1 ближе к оконечности.In FIG. 3 is an enlarged longitudinal section through the end region of the male thread form of FIG. 1 closer to the tip.

На фиг. 4 показана графическая оценка результатов сопротивления крутящему моменту с применением анализа методом конечных элементов (далее анализа FEM).In FIG. 4 shows a graphical evaluation of torque resistance results using finite element analysis (hereinafter FEM analysis).

На фиг. 5 показан путь нагружения, полученный из оценок герметичности с применением анализа FEM.In FIG. 5 shows the load path obtained from leak tightness estimates using FEM analysis.

На фиг. 6 показаны результаты графической оценки герметичности с применением анализа FEM.In FIG. 6 shows the results of a graphical leak assessment using FEM analysis.

На фиг. 7 показаны результаты графической оценки сопротивления сдвигу с применением анализа FEM.In FIG. 7 shows the results of a graphical evaluation of shear resistance using FEM analysis.

Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention

Резьбовое соединение для стальных труб настоящего варианта осуществления содержит трубчатый ниппель, обеспеченный на оконечности стальной трубы с наружным диаметром OD больше 240 мм, и трубчатую муфту, выполненную с возможностью скрепления на ниппеле, когда ниппель ввинчивается. Ниппель содержит охватываемую форму резьбы, выполненную с конической резьбой, образованной на наружной периферии ниппеля и имеющей сечение в форме ласточкина хвоста. Муфта содержит охватывающую форму резьбы, выполненную с конической резьбой, образованной на внутренней периферии муфты и имеющей сечение в форме ласточкина хвоста. Данная охватывающая форма резьбы имеет про филь резьбы, соответствующий охватываемой форме резьбы.The threaded joint for steel pipes of the present embodiment comprises a tubular nipple provided at the end of the steel pipe with an outer diameter OD greater than 240 mm, and a tubular sleeve capable of being fastened to the nipple when the nipple is screwed. The nipple contains a male thread form made with a conical thread formed on the outer periphery of the nipple and having a cross section in the form of a dovetail. The coupling contains a female thread form, made with a conical thread, formed on the inner periphery of the coupling and having a section in the form of a dovetail. This female thread form has a thread profile corresponding to the male thread form.

Дополнительно, шаг закладных сторон для охватываемой формы резьбы и охватывающей формы резьбы меньше шага рабочих сторон для охватываемой формы резьбы и охватывающей формы резьбы. То есть, каждая из охватываемой и охватывающей форм резьбы представлена клиновидной резьбой, имеющей ширину резьбы, которая постепенно уменьшается или увеличивается к оконечности.Additionally, the step of the embedded sides for the male thread form and the female thread form is less than the step of the working sides for the male thread form and the female thread form. That is, each of the male and female thread shapes is represented by a wedge thread having a thread width that gradually decreases or increases towards the tip.

Охватываемая форма резьбы удовлетворяет следующим выражениям, (1) и (2):The male thread form satisfies the following expressions, (1) and (2):

|пл_П< М+2Г„)²---((W-(W)---^so“-⁽¹⁾, и|pl _P < M + 2Gn) ² ---((W-(W)--- ^so "- ⁽¹⁾ , and

W_min>3,0MM ...(2).W _min >3.0MM ...(2).

В выражениях (1) и (2) OD - наружный диаметр стальной трубы, ID - внутренний диаметр стальной трубы, D_W - диаметр впадины профиля смежной с рабочей стороной на конце охватываемой формы резьбы ближе к оконечности, Т_Н - высота резьбы охватываемой формы и W_min - ширина резьбы, измеренная на основании резьбы, в концевой области охватываемой формы резьбы, ближе к оконечности. Высота резьбы охватываемой и охватывающей форм в общем одинаковая. Высота резьбы охватываемой формы и высота резьбы охватывающей формы является постоянной по всей длине участка винтовой полнопрофильной резьбы.In expressions (1) and (2) OD is the outer diameter of the steel pipe, ID is the inner diameter of the steel pipe, D _W is the diameter of the profile cavity adjacent to the working side at the end of the male thread form closer to the tip, T _H is the height of the thread of the male form and W _min - thread width, measured on the basis of the thread, in the end region of the male thread form, closer to the tip. The thread height of the male and female molds is generally the same. The thread height of the male form and the thread height of the female form are constant over the entire length of the helical full profile thread section.

Более предпочтительно, охватываемая форма резьбы удовлетворяет следующему выражению (3):More preferably, the male thread form satisfies the following expression (3):

°'⁴⁵ ------------ °'^{50 &} °' ⁴⁵ ------------ °' ^{50 &}

В резьбовом соединении для стальных труб настоящего изобретения высота резьбы, ТН охватываемой формы предпочтительно не меньше 1,8 мм, для обеспечения достаточного сопротивление крутящему моменту. С другой стороны, если высота резьбы, Т_Н охватываемой формы слишком большая, это означает глубокие канавки резьбы на внутренней периферии муфты, которые уменьшают прочность на растяжение муфты; принимая это во внимание, высота резьбы, ТН охватываемой формы, предпочтительно, не больше 2,3 мм.In the threaded joint for steel pipes of the present invention, the thread height TH of the male shape is preferably not less than 1.8 mm in order to provide sufficient torque resistance. On the other hand, if the thread height _TH of the male shape is too large, this means deep thread grooves on the inner periphery of the coupling, which reduce the tensile strength of the coupling; taking this into account, the height of the thread, TH of the male form, is preferably not more than 2.3 mm.

Формы в сечении вершин резьбы охватываемой и охватывающей форм резьбы и формы в сечении впадин профиля охватываемой и охватывающей форм резьбы могут быть отрезками прямой, параллельными оси стальной трубы, или могут быть отрезками прямой, наклоненными на угол конусности всей охватываемой и охватывающей резьбы.The cross-sectional shapes of the thread tops of the male and female thread forms and the cross-sectional shapes of the profile troughs of the male and female thread forms can be straight segments parallel to the axis of the steel pipe, or they can be straight segments inclined at the taper angle of the entire male and female thread.

Охватываемая форма резьбы и охватывающая форма резьбы, как определено в формуле изобретения, может содержать область полнопрофильной резьбы, где диапазон в котором область полнопрофильной резьбы охватываемой формы и область полнопрофильной резьбы охватывающей формы являются плотно прилегающими, когда ниппель и муфта скреплены, может иметь длину по оси 40-60 мм. Можно обеспечить область неполнопрофильной резьбы, которая проходит сразу от конца, ближе к оконечности одной или каждой из областей полнопрофильной резьбы, представляющих охватываемую и охватывающую формы резьбы. Можно обеспечить область неполнопрофильной резьбы или другую область полнопрофильной резьбы с постоянной шириной резьбы, которая проходит сразу от конца, ближе к основанию одной или каждой из областей полнопрофильной резьбы, представляющих охватываемую и охватывающую форму резьбы, как определено в формуле изобретения (т.е. конец ближе к телу стальнойThe male thread form and the female thread form, as defined in the claims, may comprise a full thread region, where the range in which the male form full thread region and the female form full thread region are tightly fitting when the pin and box are bonded may have an axial length 40-60 mm. It is possible to provide a partial thread region that extends immediately from the end, closer to the tip of one or each of the full thread regions representing the male and female thread forms. It is possible to provide a partial thread region or other full thread region with a constant thread width that extends immediately from the end, closer to the root of one or each of the full thread regions representing the male and female thread form as defined in the claims (i.e., the end closer to the steel body

- 3 042334 трубы). В контексте настоящего изобретения область полнопрофильной резьбы может быть областью имеющей последовательные витки резьбы с постоянной высотой резьбы, и область не полнопрофильной резьбы может быть областью с постепенно уменьшающейся высотой резьбы. Когда соединение скреплено, обе группы, рабочие стороны и закладные стороны резьб в области полнопрофильной резьбы и области неполнопрофильной резьбы охватываемой формы могут быть в контакте с рабочими сторонами и закладными сторонами резьбы охватывающей формы. Когда соединение скреплено, обе группы, рабочие стороны и закладные стороны витков резьбы в области полнопрофильной резьбы и области неполнопрофильной резьбы охватывающей формы могут соприкасаться с рабочими сторонами и закладными сторонами витков резьбы охватываемой формы.- 3 042334 pipes). In the context of the present invention, a full thread region may be a region having successive threads with a constant thread height, and a non-full thread region may be a progressively decreasing thread height region. When the connection is fastened, both sets, flanks and cradles of the threads in the full profile thread region and the partial thread region of the male form may be in contact with the flanks and cradles of the female form threads. When the connection is fastened, both groups, working sides and false sides of the threads in the full profile thread area and the partial thread area of the female form can come into contact with the working sides and the false sides of the male form threads.

Каждая из рабочих и закладных сторон каждой резьбы, имеющей сечение в форме ласточкина хвоста, имеет отрицательный угол бокового наклона. Например, угол бокового наклона рабочих и закладных сторон может составлять от -10° до -1°. Угол бокового наклона рабочей стороны является углом, образованным между рабочей стороной и прямой линией перпендикулярной оси трубы, CL (см. фиг. 1) в продольном сечении. Угол бокового наклона закладной стороны является углом между закладной стороной и прямой линией перпендикулярной оси трубы, CL в продольном сечении. Если рабочая или закладная сторона параллельна прямой линии перпендикулярной оси трубы, CL, угол бокового наклона равен 0°. Если рабочая или закладная сторона охватываемой резьбы наклонена и обращена радиально наружу, угол бокового наклона данной стороны принимает положительное значение. Напротив, если рабочая или закладная сторона охватываемой резьбы наклонена и обращена радиально внутрь, угол бокового наклона данной стороны принимает отрицательное значение. Если рабочая или закладная сторона охватывающей резьбы наклонена и обращена радиально внутрь, угол бокового наклона данной стороны принимает положительное значение. Напротив, если рабочая или закладная сторона охватывающей резьбы наклонена и обращена радиально наружу, угол бокового наклона данной стороны принимает отрицательное значение.Each of the working and mortgage sides of each thread, having a section in the form of a dovetail, has a negative angle of lateral inclination. For example, the angle of lateral inclination of the working and embedded sides can be from -10° to -1°. The lateral slope angle of the working side is the angle formed between the working side and a straight line perpendicular to the axis of the pipe, CL (see Fig. 1) in longitudinal section. The lateral slope angle of the embed side is the angle between the embed side and a straight line perpendicular to the axis of the pipe, CL in longitudinal section. If the working or embedded side is parallel to a straight line perpendicular to the pipe axis, CL, the side slope angle is 0°. If the working or embed side of the male thread is inclined and faces radially outward, the lateral angle of this side takes on a positive value. On the contrary, if the working or mortgage side of the male thread is inclined and faces radially inward, the lateral angle of this side takes a negative value. If the working or mortgage side of the female thread is inclined and faces radially inward, the lateral slope of this side takes on a positive value. On the contrary, if the working or mortgage side of the female thread is inclined and faces radially outward, the angle of the lateral inclination of this side takes a negative value.

Наружный диаметр тела стальной трубы может составлять, более предпочтительно, не меньше 245 мм и, еще более предпочтительно, не меньше 270 мм. Наружный диаметр тела стальной трубы, предпочтительно, не больше 400 мм, и еще более предпочтительно, не больше 350 мм и, наиболее предпочтительно, не больше 310 мм. Тело стальной трубы, предпочтительно, имеет толщину стенки, в общем постоянную по всей длине по оси. Тело стальной трубы, предпочтительно, имеет наружный и внутренний диаметры в общем постоянные по всей длине по оси. Ниппель обеспечен на конце тела стальной трубы.The outer diameter of the body of the steel pipe may be more preferably not less than 245 mm, and even more preferably not less than 270 mm. The outer diameter of the body of the steel pipe is preferably not more than 400 mm, and even more preferably not more than 350 mm, and most preferably not more than 310 mm. The body of the steel pipe preferably has a wall thickness that is generally constant over its entire axial length. The body of the steel pipe preferably has outer and inner diameters that are generally constant throughout the entire axial length. The nipple is provided at the end of the steel pipe body.

Во время выполнения стальной трубы внутреннюю и наружную поверхности трубы прокатывают, при этом трубу вращает инструмент. Вместе с тем, на выполнение трубы влияют различные факторы, такие как положение инструмента во время прокатки, износ инструмента и температура прокатки, так что полученная стальная труба может не обязательно иметь строго кольцевое сечение, но может быть деформирована, иметь сечение не строго кольцевое, такое как эллиптическое. Независимо от того, имеет ли труба строго кольцевую или не строго кольцевую форму, наружный диаметр полученной стальной трубы измеряют в множестве точек в направлении по окружности, и трубу отгружают, как принятое изделие если максимальное значение данных измерений меньше значения, заданного API (American Petroleum Institute) (по действующему стандарту 101% номинального наружного диаметра стальной трубы). Наружный диаметр OD стальной трубы настоящего изобретения может быть номинальным наружным диаметром стальной трубы.During the production of the steel pipe, the inner and outer surfaces of the pipe are rolled while the tool rotates the pipe. However, various factors, such as the position of the tool during rolling, the wear of the tool, and the temperature of rolling, influence the performance of the pipe, so that the resulting steel pipe may not necessarily have a strictly annular cross section, but may be deformed, have a cross section not strictly annular, such like an elliptical. Regardless of whether the pipe is strictly annular or not strictly annular, the outer diameter of the obtained steel pipe is measured at a plurality of points in the circumferential direction, and the pipe is shipped as an accepted product if the maximum value of these measurements is less than the value specified by API (American Petroleum Institute ) (according to the current standard 101% of the nominal outer diameter of the steel pipe). The outer diameter OD of the steel pipe of the present invention may be the nominal outer diameter of the steel pipe.

Также проверяют внутренний диаметр, при этом внутренний диаметр и внутреннюю поверхность выполненной стальной трубы измеряют, применяя оправочный калибромер, как раскрыто в JP 2016130668 А. Диаметр оправочного калибромера также задан стандартами API: для стальных труб 10-3/4 65.7# (наружный диаметр тела трубы: 273,05 мм; внутренний диаметр тела трубы: 242,82 мм), заданный диаметр оправки является номинальным внутренним диаметром стальной трубы минус 5/32 дюймов (4 мм); таким образом, выполненную стальную трубу можно отгружать, как принятое изделие, если минимальное значение внутреннего диаметра трубы не меньше 242,82-5/32x25,4=238,851 мм. Внутренний диаметр ID стальной трубы настоящего изобретения может быть номинальным внутренним диаметром стальной трубы.The inner diameter is also checked, wherein the inner diameter and the inner surface of the completed steel pipe are measured using a mandrel gauge as disclosed in JP 2016130668 A. The diameter of the mandrel gauge is also specified by API standards: for steel pipes 10-3/4 65.7# (body outer diameter pipe: 273.05 mm; pipe body inner diameter: 242.82 mm), the specified mandrel diameter is the nominal inner diameter of the steel pipe minus 5/32 inch (4 mm); thus, the finished steel pipe can be shipped as an accepted product if the minimum inner diameter of the pipe is not less than 242.82-5/32x25.4=238.851 mm. The inner diameter ID of the steel pipe of the present invention may be the nominal inner diameter of the steel pipe.

Высота резьбы, Т_Н может также быть номинальной высотой резьбы стальной трубы. D_W и W_m;_n в выражении (1), приведенном выше, можно вычислить на основе номинальных значений различных параметров, определяющих профиль конической резьбы, таких как длина резьбы, угол конусности резьбы, высота резьбы, шаг рабочих сторон и шаг закладных сторон.The thread height, T _H , can also be the nominal thread height of the steel pipe. D _W and W _m ; _n in the expression (1) above can be calculated based on the nominal values of various parameters that determine the profile of the tapered thread, such as thread length, thread taper angle, thread height, flank pitch, and embed pitch.

Перечисленные выше номинальные значения в приложении к трубам для нефтяных скважин при удовлетворении требований стандартов API и размеров различных участков, можно считать номинальными значениями, если они соответствуют допускам, заданным стандартами API. Наружный диаметр OD, внутренний диаметр ID, высота резьбы, Т_Н, D_W и Wmjn могут быть измеренными значениями. Если стальная труба не имеет строго кольцевого сечения, предпочтительным является применение значения, полученного выпрямлением стальной трубы, в реальности или в моделировании для получения строго кольцевого сечения.The above listed oil well tubing ratings, when meeting the requirements of API standards and the dimensions of various sections, can be considered ratings if they meet the tolerances specified by API standards. Outer diameter OD, inner diameter ID, thread height, T _H , D _W and Wmjn can be measured values. If the steel pipe does not have a strictly annular section, it is preferable to use the value obtained by straightening the steel pipe in reality or in simulation to obtain a strictly annular section.

- 4 042334- 4 042334

Резьбовое соединение для стальных труб настоящего варианта осуществления описано ниже со ссылкой на чертежи. В чертежах одинаковым и совпадающим элементам присвоены одинаковые обозначения, и одинаковые описания не повторяются.The threaded connection for steel pipes of the present embodiment will be described below with reference to the drawings. In the drawings, like and matching elements are given the same designations and the same descriptions are not repeated.

Показанное на фиг. 1, резьбовое соединение 1 для стальных труб настоящего варианта осуществления содержит трубчатый ниппель 10 и трубчатую муфту 20. Ниппель 10 выполнен из концевого участка стальной трубы 2. Муфта 20 выполнена из концевого участка соединительной муфты, и выполнена с возможностью скрепления на ниппеле 10, когда ниппель 10 устанавливается в ней. Участки стальной трубы 2 за исключением концевых участков могут также относиться в данном документе к телу трубы. На фиг. 1 показана ось CL стальной трубы 2, наружный диаметр OD тела стальной трубы 2, т.е. диаметр наружной периферии, а также внутренний диаметр ID тела трубы, т.е. диаметр внутренней периферии. Стальная труба 2 настоящего варианта осуществления является стальной трубой большого диаметра, в которой наружный диаметр OD тела трубы больше 240 мм.Shown in FIG. 1, the threaded connection 1 for steel pipes of the present embodiment includes a tubular nipple 10 and a tubular sleeve 20. The nipple 10 is formed from the end portion of the steel pipe 2. The sleeve 20 is formed from the end portion of the coupling, and is configured to be fastened on the nipple 10 when the nipple 10 is installed in it. Sections of the steel pipe 2, with the exception of the end sections, may also refer herein to the pipe body. In FIG. 1 shows the axis CL of the steel pipe 2, the outer diameter OD of the body of the steel pipe 2, i. diameter of the outer periphery, as well as the inner diameter ID of the pipe body, i.e. diameter of the inner periphery. The steel pipe 2 of the present embodiment is a large diameter steel pipe in which the outer diameter OD of the pipe body is larger than 240 mm.

Ниппель 10 содержит охватываемую форму 11 резьбы и упорный выступ 12. Охватываемая форма 11 резьбы представлена резьбой, проходящей спирально на наружной периферии ниппеля 10. Охватываемая форма 11 резьбы представлена клиновидной резьбой, имеющей ширину резьбы, которая постепенно уменьшается к оконечности ниппеля 10. Каждый виток резьбы охватываемой формы 11 резьбы имеет сечение в форме ласточкина хвоста. Упорный выступ 12 проходит от конца ближнего к оконечности охватываемой формы 11 резьбы до оконечности. Участок 13 уплотнения ниппеля обеспечен на наружной периферии упорного выступа 12. В показанном варианте реализации участок 13 уплотнения ниппеля представлен цилиндрической уплотнительной поверхностью, выполненной по дуге, как видно в сечении; альтернативно, форма в сечении уплотнительного участка ниппеля 13 может быть прямолинейной или может быть образована комбинацией прямой линии и дуги.The nipple 10 comprises a male thread form 11 and an anvil 12. The male thread form 11 is represented by threads extending helically on the outer periphery of the nipple 10. The male thread form 11 is represented by a wedge-shaped thread having a thread width that gradually decreases towards the tip of the nipple 10. Each thread The male thread form 11 has a dovetail section. The stop ledge 12 extends from the end closest to the tip of the male thread form 11 to the tip. A pin sealing portion 13 is provided on the outer periphery of the stop lip 12. In the embodiment shown, the pin sealing portion 13 is represented by a cylindrical sealing surface formed in an arc as seen in section; alternatively, the cross-sectional shape of the sealing portion of the nipple 13 may be rectilinear or may be formed by a combination of a straight line and an arc.

Муфта 20 содержит открытый конец для приема ниппеля 10. Муфта 20 содержит охватывающую форму 21 резьбы, обеспеченную на своей внутренней периферии, и уплотнительный участок 22 муфты. Охватывающая форма 21 резьбы является комплементарной охватываемой форме 11 резьбы, представлена резьбой, которая проходит спирально на внутренней периферии муфты 20. Охватывающая форма 21 резьбы представлена клиновидной резьбой, имеющей ширину резьбы, которая постепенно увеличивается от открытого конца к внутренней муфте 20. Каждый виток резьбы охватывающей формы 21 имеет сечение в форме ласточкина хвоста. Уплотнительный участок 22 муфты образован конической поверхностью, расположенной дальше к внутренней муфте 20, чем охватывающая форма 21 резьбы. Уплотнительный участок 22 муфты может быть представлен цилиндрической уплотнительной поверхностью, выполненной в виде дуги, как видно в сечении, или может быть выполнен, как комбинация прямой линии и дуги, как видно в сечении.The sleeve 20 includes an open end for receiving the nipple 10. The sleeve 20 includes a female thread form 21 provided on its inner periphery and a seal portion 22 of the sleeve. The female thread form 21 is complementary to the male thread form 11, represented by a thread that runs helically on the inner periphery of the sleeve 20. The female thread form 21 is represented by a wedge-shaped thread having a thread width that gradually increases from the open end to the inner sleeve 20. Each thread of the female Form 21 has a dovetail section. The sealing section 22 of the sleeve is formed by a conical surface located farther to the inner sleeve 20 than the female form 21 of the thread. The sealing portion 22 of the coupling may be a cylindrical sealing surface formed in the form of an arc, as seen in section, or may be made as a combination of a straight line and an arc, as seen in section.

Как показано на фиг. 1 и 2, охватываемая форма 11 резьбы настоящего варианта осуществления содержит область полнопрофильной резьбы ниппеля и область неполнопрофильной резьбы ниппеля. Область полнопрофильной резьбы ниппеля является областью, содержащей витки резьбы, имеющие заданную высоту резьбы, Т_Н и расположенные с заданным шагом рабочих сторон, LP и шагом закладных сторон, SP. Область неполнопрофильной резьбы ниппеля является областью, где глубина выреза на наружной поверхности стальной трубы 2 не является достаточной для обеспечения заданной высоты витка резьбы, в результате того факта, что воображаемая коническая поверхность, образующая коническую форму конической резьбы, пересекает наружную поверхность стальной трубы 2. Охватывающая форма 21 резьбы содержит область полнопрофильной резьбы муфты и область неполнопрофильной резьбы муфты. Область полнопрофильной резьбы муфты проходит от точки вблизи открытого конца муфты 20 до точки вблизи второго витка резьбы охватываемой формы 11 на ниппеле 10. Витки резьбы в области неполнопрофильной резьбы муфты сцепляются с первым витком 11А резьбы охватываемой формы 11 резьбы на ниппеле 10, когда ниппель 10 и муфта 20 скреплены. Как показано на фиг. 2, когда соединение скреплено, высота резьбы в область полнопрофильной резьбы охватываемой формы 11 меньше высоты резьбы в области полнопрофильной резьбы охватывающей формы 21, так что небольшой зазор (около 0,1 мм, например) создается между вершиной резьбы охватываемой формы 11 и впадиной профиля резьбы охватывающей формы 21, когда вершина резьбы охватывающей формы 21 находится в контакте с впадиной профиля резьбы охватываемой формы 11. Предпочтительно, диапазон, в котором область полнопрофильной резьбы охватываемой формы 11 плотно прилегает к области полнопрофильной резьбы охватывающей формы 21, когда соединение скреплено, имеет длину по оси от 40 до 60 мм.As shown in FIG. 1 and 2, the male thread form 11 of the present embodiment comprises a pin full thread region and a pin partial thread region. The full profile thread area of the nipple is an area containing threads having a given thread height, T _H and located with a given pitch of the working sides, LP and the pitch of the embedded sides, SP. The part-profile thread region of the pin is the region where the depth of the cut on the outer surface of the steel pipe 2 is not sufficient to provide a given thread height, as a result of the fact that an imaginary conical surface forming the conical shape of the tapered thread intersects the outer surface of the steel pipe 2. the thread form 21 comprises a box full thread area and a box partial thread area. The box full thread region extends from a point near the open end of the box 20 to a point near the second male thread 11 on the pin 10. The threads in the box partial thread area engage the first thread 11A of the male thread 11 on the pin 10 when the pin 10 and coupling 20 are fastened. As shown in FIG. 2, when the joint is fastened, the thread height in the full thread area of the male form 11 is less than the thread height in the full thread area of the female form 21, so that a small gap (about 0.1 mm, for example) is created between the thread crest of the male form 11 and the root of the thread profile. of the female form 21 when the crest of the thread of the female form 21 is in contact with the root of the thread profile of the male form 11. axles from 40 to 60 mm.

Как показано на фиг. 1 и 2, каждая из рабочих сторон 11L, 21L и закладных сторон 11S, 21S каждой резьбы охватываемой и охватывающей форм 11 и 21 имеет отрицательный угол бокового наклона, θ. Угол бокового наклона, θ рабочих сторон 11L и 21L и угол бокового наклона, θ закладных сторон 11S и 21S может быть одинаковым, или может быть разным.As shown in FIG. 1 and 2, each of the working sides 11L, 21L and mortgage sides 11S, 21S of each thread of the male and female forms 11 and 21 has a negative lateral angle, θ. The angle of lateral inclination, θ of the working sides 11L and 21L and the angle of lateral inclination, θ of the embedded sides 11S and 21S may be the same or may be different.

Когда ниппель 10 и муфта 20 скреплены, закладная сторона 11S и рабочая сторона 11L резьбы охватываемой формы 11 соприкасаются с закладной стороной 21S и рабочей стороной 21L резьбы охватывающей формы 21 так, что ниппель 10 блокируется на муфте 20, при этом обеспечивается высокое сопротивление крутящему моменту, и когда участок 13 уплотнения ниппеля плотно прилегает к уплотни- 5 042334 тельному участку 22 муфты, благодаря посадке с натягом, обеспечивается высокая герметичность.When the pin 10 and the box 20 are fastened, the insertion side 11S and the working side 11L of the thread of the male form 11 come into contact with the insertion side 21S and the working side 21L of the thread of the female form 21 so that the pin 10 is locked on the sleeve 20, while providing high torque resistance, and when the nipple seal portion 13 abuts tightly against the box seal portion 22, high tightness is achieved due to the interference fit.

В настоящем варианте осуществления, как показано на фиг. 1 и 3, профиль охватываемой формы 11 резьбы разработан таким, что виток 11А резьбы на конце, который ближе к оконечности, области полнопрофильной резьбы охватываемой формы 11 удовлетворяет следующим выражениям, (1) и (2):In the present embodiment, as shown in FIG. 1 and 3, the profile of the male thread form 11 is designed such that the thread 11A at the end closest to the tip of the full length thread area of the male form 11 satisfies the following expressions, (1) and (2):

’^{м s}--«w-im--^{а т}, и' ^{m s} --"w-im-- ^{a t} , and

W_min>3,0 мм ... (2)W _min >3.0 mm ... (2)

В выражениях (1) и (2) OD - наружный диаметр стальной трубы 2, ID - внутренний диаметр стальной трубы, D_W - диаметр впадины профиля смежной с рабочей стороной витка 11А резьбы, ТН - высота витка 11А резьбы относительно канавки резьбы, смежной с его рабочей стороной, и W_min - ширина витка 11А резьбы, измеренная на основании резьбы.In expressions (1) and (2), OD is the outer diameter of the steel pipe 2, ID is the inner diameter of the steel pipe, D _W is the diameter of the profile cavity adjacent to the working side of the thread 11A, TH is the height of the thread 11A with respect to the thread groove adjacent to its working side, and W _min - the width of the thread 11A, measured on the basis of the thread.

Резьбовое соединение 1 для стальных труб настоящего варианта осуществления обеспечивает сбалансированную комбинацию высокого сопротивления крутящему моменту, высокую герметичность и высокое сопротивление сдвигу на каждой из охватываемой и охватывающей форм 11 и 21 резьбы, представленных клиновидной резьбой, и охватываемая форма 11 резьбы сконструирована так, что минимальная ширина резьбы первого витка 11А резьбы, измеренная на ее основании, охватываемой формы 11 резьбы составляет по меньшей мере 3 мм, и выражение (1) выше удовлетворяется.The threaded connection 1 for steel pipes of the present embodiment provides a balanced combination of high torque resistance, high tightness and high shear resistance on each of the male and female thread forms 11 and 21 represented by wedge threads, and the male thread form 11 is designed such that the minimum width of the thread of the first thread 11A measured on its base of the male thread form 11 is at least 3 mm, and the expression (1) above is satisfied.

Настоящее изобретение можно применять не только для резьбовых соединений, относящихся к типу с соединительными муфтами, но также для интегральных резьбовых соединений. Настоящее изобре тение не ограничено показанным выше вариантом осуществления, и являются возможными другие различные модификации, не выходящие за рамки сущности изобретения.The present invention can be applied not only to threaded connections of the coupler type, but also to integral threaded connections. The present invention is not limited to the embodiment shown above, and various other modifications are possible without departing from the spirit of the invention.

ПримерыExamples

Для подтверждения преимуществ резьбового соединения для стальных труб настоящего варианта осуществления проведены моделирования численного анализа посредством метода упругопластический конечных элементов для оценки сопротивления крутящему моменту, герметичности и сопротивления сдвигу.In order to confirm the advantages of the threaded joint for steel pipes of the present embodiment, numerical analysis simulations were carried out using the elastoplastic finite element method to evaluate torque resistance, tightness, and shear resistance.

Условия испытаний.Test conditions.

Для анализа FEM было создано множество испытываемых образцов (моделей для анализа) с отличающимися профилями резьбы, и проводили упругопластический анализ методом конечных элементов для каждого испытываемого образца, сравнивая их показатели работы. Каждый испытываемый образец являлся резьбовым соединением с соединительной муфтой, имеющей базовую конструкцию, показанную на фиг. 1-3, в соединении со стальными трубами со следующими параметрами:For FEM analysis, a plurality of test pieces (analysis models) with different thread profiles were created, and elastoplastic finite element analysis was performed on each test piece, comparing their performance. Each test piece was a threaded connection with a coupler having the basic design shown in FIG. 1-3, in connection with steel pipes with the following parameters:

размеры стальных труб: 10-3/4 65.7# (с телом трубы с наружным диаметром 273,05 мм и внутренним диаметром 242,82 мм);steel pipe dimensions: 10-3/4 65.7# (with a pipe body with an outer diameter of 273.05mm and an inner diameter of 242.82mm);

материал: материал трубы для нефтяных скважин Q125 согласно стандартам API (номинальный предел текучести YS=862 МПа (125 тыс.фунт/кв.дюйм));material: API Q125 oil well pipe material (nominal yield strength YS=862 MPa (125 ksi));

угол бокового наклона рабочих и закладных сторон резьбы: -5°.angle of lateral inclination of the working and mortgage sides of the thread: -5°.

В таблице показаны размеры и другие параметры резьбовых соединений, применявшихся для анализа в качестве испытываемых образцов.The table shows the dimensions and other parameters of the threaded connections used for analysis as test samples.

- 6 042334- 6 042334

исп ыт Spanish yt ДЛИН а LENGTH A КОН усн KOH sleep Т Н T H LP мм LP mm SP мм SP mm W min W min DW мм DW mm ВЫ ра YOU ra МТ W MT W Fs Н/ fs N/ Ps % PS % испы тани experience Tanya уе мы й обр азе ye we th image резьб ы мм threads s mm ость резь бы, град awn carving, hail м м m m мм mm же ние (1) same nie (1) фут. фунт foot. lb. МИ н MI n е ре аль ной труб ы e real pipe Ц C №1 #1 115,8 0 115.8 0 5,72 5.72 2, 0 20 9,3 6 9.3 6 9,00 9.00 2,55 2.55 263, 7 263, 7 0,3 5 0.3 5 1896 85 1896 85 57 7 57 7 18,69 18.69 сдай говое hand over new срав нит srav nit разру тени destroy shadows ельн ый eln th е e при мер at measures №2 #2 115,8 0 115.8 0 5,72 5.72 2, 0 2, 0 9,7 4 9.7 4 9,37 9.37 2,73 2.73 263, 7 263.7 0,3 7 0.3 7 1827 40 1827 40 57 6 57 6 19,16 19.16 не испы Not experience срав нит srav nit тыва tuva ельн eln ли whether ый th при мер at measures №3 No. 3 115,8 0 115.8 0 5,72 5.72 2, 0 20 Ю, 12 YU, 12 9,73 9.73 2,92 2.92 263, 7 263, 7 0,4 0 0.4 0 1758 13 1758 13 57 4 57 4 18,42 18.42 Не испы Don't try срав нит srav nit тыва tuva ель spruce ли whether ный ny при at

- 7 042334- 7 042334

мер measures №4 #4 115,8 0 115.8 0 5,72 5.72 2, 0 20 ю, 50 yu, 50 ιο,ι 0 ιο, ι 0 3,12 3.12 263, 8 263, 8 0,4 3 0.4 3 1686 38 1686 38 57 5 57 5 14,89 14.89 не испы тыва ли Not test whether при мер диза ина изоб рете НИЯ an example of the design of an invention №5 #5 115,8 0 115.8 0 5,72 5.72 2, 0 2, 0 и, 60 And, 60 11,1 6 11.1 6 3,64 3.64 263, 8 263.8 0,5 0 0.5 0 1550 92 1550 92 58 2 58 2 11,78 11.78 не испы тыва ли Not test whether при мер диза йна изоб рете НИЯ image design example rete NIA №6 #6 115,8 0 115.8 0 5,72 5.72 2, 0 20 12, ю 12, yu 11,6 4 11.6 4 3,88 3.88 263, 8 263, 8 0,5 3 0.5 3 1509 36 1509 36 58 0 58 0 -9,42 -9.42 не испы тыва ли Not experience tuva whether при мер диза йна изоб рете НИЯ image design example rete NIA №7 #7 115,8 0 115.8 0 5,72 5.72 2, 0 20 12, 70 12, 70 12,2 1 12.2 1 4,16 4.16 263, 9 263.9 0,5 7 0.5 7 1426 77 1426 77 58 3 58 3 -8,27 -8.27 не испы тыва ли Not experience tuva whether при мер диза йна изоб рете НИЯ image design example rete NIA №8 #8 123,3 0 123.3 0 5,72 5.72 2, 2 2, 2 Ю, 00 Yu, 00 10,5 0 10.5 0 3,29 3.29 263, 1 263, 1 0,4 9 0.4 9 2092 80 2092 80 43 9 43 9 12,73 12.73 не испы тыва ли Not test whether при мер диза йна изоб рете at design measure yna pic rete НИЯ NIA №9 #9 136,0 0 136.0 0 4,78 4.78 2, 2 2, 2 и, 00 And, 00 10,5 0 10.5 0 3,30 3.30 263, 7 263, 7 0,5 0 0.5 0 1959 79 1959 79 46 6 46 6 -9,10 -9.10 нет сдви говог О разру тени я no shift talk About breaking the shadows при мер диза йна изоб рете НИЯ at measures diza ina pic rete NIA

В таблице испытываемый образец № 1 создали на основе правил конструирования, одинаковых с правилами для обычных трубных соединений от среднего до малого диаметра для стальных труб, хотя испытываемые образцы № 2-7 создавали посредством модификации дизайна испытываемого образца № 1 по отношению к шагу рабочих сторон, LP и шагу закладных сторон, SP. Испытываемый образец № 8 выполнен на основе испытываемого образца № 1, имеющим профиль резьбы с шагом рабочих сторон, LP 11,00 мм и шагом закладных сторон, SP 10,50 мм и с увеличенной высотой резьбы, ТН. Испытываемый образец № 9 выполнен на основе испытываемого образца № 8, имеющим профиль резьбы, созданный уменьшением конусности резьбы для увеличения длины резьбы. Значения выражения (1) и W_min для каждого из испытываемых образцов № 1-9 были определены; оказалось, что испытываемые образцы № 1-3In the table, test piece No. 1 was created based on the design rules that are the same as those for conventional medium to small diameter pipe joints for steel pipes, although test pieces No. 2-7 were created by modifying the design of test piece No. 1 with respect to the pitch of the working sides, LP and step mortgage sides, SP. Test sample No. 8 is made on the basis of test sample No. 1, having a thread profile with a working side pitch, LP 11.00 mm and a mortgage side pitch, SP 10.50 mm and with an increased thread height, TH. Test Sample No. 9 is based on Test Sample No. 8 having a thread profile created by reducing thread taper to increase thread length. The values of expression (1) and W _min for each of the tested samples No. 1-9 were determined; it turned out that the tested samples No. 1-3

- 8 042334 имели значения за пределами диапазонов настоящего изобретения и следовательно рассматриваются, как сравнительные примеры, а значения испытываемых образцов № 4-9 имели значения в диапазонах настоящего изобретения. Длина резьбы в таблице означает всю длину резьбы, содержащую область полнопрофильной резьбы и область неполнопрофильной резьбы. конусность резьбы означает удвоенный угол между прямой линией, проходящий через середину, определенный вдоль направления высоты рабочей стороны, каждой резьбы, как видно в сечении охватываемой формы резьбы, с одной стороны, и осью трубы резьбы с другой.- 8 042334 had values outside the ranges of the present invention and are therefore considered as comparative examples, and the values of test samples No. 4-9 had values in the ranges of the present invention. The thread length in the table means the entire length of the thread, containing the full thread area and the partial thread area. The taper of a thread means twice the angle between a straight line passing through the middle, defined along the direction of the height of the working side, of each thread, as seen in the section of the male thread form, on the one hand, and the axis of the thread pipe on the other.

Оценка сопротивления крутящему моменту.Torque resistance rating.

Для оценки сопротивления крутящему моменту значение, при котором инициируется текучесть на диаграмме крутящего момента свинчивания MTV (значение максимального крутящего момента) обрабатывали как крутящий момент на пределе текучести и применяли для оценки. Результаты оценки показаны в таблице и на фиг. 4.To evaluate the torque resistance, the value at which fluidity is initiated on the make-up torque chart MTV (Maximum Torque Value) was treated as yield torque and used for evaluation. The evaluation results are shown in the table and in FIG. 4.

Оценка герметичности.Tightness assessment.

Для оценки герметичности прикладывали комплексную нагрузку, имитируя реальное испытание, как показано на фиг. 5, для вычисления контактной силы уплотнения, возникающей между участками 13 и 22 уплотнения. Самое низкое значение контактной силы на пути нагружения обрабатывали, как минимальную контактную силу Fs уплотнения, и герметичность оценивали на основе абсолютной величины данного значения. Результаты оценки показаны в таблице и на фиг. 6.To evaluate the tightness, a complex load was applied, simulating a real test, as shown in FIG. 5 to calculate the sealing contact force generated between the sealing portions 13 and 22. The lowest value of the contact force in the loading path was treated as the minimum contact force Fs of the seal, and the tightness was evaluated based on the absolute value of this value. The evaluation results are shown in the table and in FIG. 6.

Сопротивление сдвигу.Shear resistance.

Для оценки сопротивления сдвигу прикладывали нагрузку, составляющую 90% растягивающей нагрузки, при которой тело стальной трубы 2 переходит через предел текучести, и вычисляли пластическую деформацию сдвига, Ps на участке поверхности охватываемой формы 11 резьбы, который расположен вблизи впадины профиля резьбы смежной с рабочей стороной первого витка 11А резьбы, (участок поверхности вблизи круглого участка, соединяющего рабочую сторону и поверхность канавки резьбы смежную с рабочей стороной), на котором сдвиговое разрушение инициируется, и посчитали, что чем меньше абсолютное значение Ps, тем лучше сопротивление сдвигу. Результаты оценки показаны в таблице и на фиг. 7.To evaluate the shear resistance, a load of 90% of the tensile load was applied at which the body of the steel pipe 2 passes the yield point, and the plastic shear strain, Ps, was calculated on the surface area of the male thread form 11, which is located near the root of the thread profile adjacent to the working side of the first thread 11A, (a surface area near the circular area connecting the working side and the groove surface of the thread adjacent to the working side) on which shear failure is initiated, and it was considered that the smaller the absolute value of Ps, the better the shear resistance. The evaluation results are shown in the table and in FIG. 7.

Результаты оценки.Evaluation results.

Как показано на фиг. 4, для испытываемых образцов № 1-7, MTV несколько уменьшается, когда шаг рабочих сторон, LP резьбы увеличивается; при этом, сопротивление крутящему моменту, требуемое от изделия, считается обеспеченным. Для испытываемых образцов № 8 и № 9, жесткость охватываемой формы резьбы увеличили и длину резьбы несколько увеличили, так что MTV несколько увеличилось. Данные результаты позволяют предположить, что резьбовое соединение, удовлетворяющее настоящему изобретению, демонстрирует сопротивление крутящему моменту, по существу, равное сопротивлению резьбового соединения, удовлетворяющего правилам конструирования, одинаковым с теми, что применяют для обычных соединений труб среднего-малого диаметра для стальных труб.As shown in FIG. 4, for test specimens No. 1-7, MTV decreases somewhat when the thread pitch, LP of the thread increases; at the same time, the torque resistance required from the product is considered to be provided. For test specimens No. 8 and No. 9, the rigidity of the male thread form was increased and the thread length was slightly increased, so that the MTV increased slightly. These results suggest that a threaded joint according to the present invention exhibits a torque resistance substantially equal to that of a threaded joint conforming to the same design rules as those used for conventional medium to small diameter pipe connections for steel pipes.

С другой стороны, как показано на фиг. 6, для испытываемых образцов № 1-7, минимальная контактная сила Fs уплотнения оставалась, по существу, на одном уровне, даже когда шаг 4 рабочих сторон витков резьбы варьировался. Для каждого из испытываемых образцов № 8 и № 9, герметичность была несколько ниже, чем герметичность для испытываемых образцов № 1-7. При этом, величина уменьшения оставалась в допустимом диапазоне, и герметичность, требуемую для изделия, считали обеспеченной. Для каждого испытываемого образца минимальная контактная сила Fs уплотнения возникала на этапе нагрузки с наружным давлением и сжатием, идентифицированными позициями (9), (17).On the other hand, as shown in FIG. 6, for test specimens Nos. 1-7, the minimum seal contact force Fs remained substantially the same even when the thread pitch 4 was varied. For each of the test samples No. 8 and No. 9, the tightness was slightly lower than the tightness for the tested samples No. 1-7. At the same time, the amount of reduction remained in the allowable range, and the tightness required for the product was considered to be provided. For each test piece, the minimum sealing contact force Fs occurred during the loading phase with the external pressure and compression identified by references (9), (17).

Для оценки сопротивления сдвигу, как показано на фиг. 7, для испытываемых образцов № 2 и № 3, которые не удовлетворяли требованиям настоящего изобретения, пластическая деформация сдвига, Ps лишь уменьшилась от уровня испытываемого образца № 1. Для № 4-9, которые удовлетворяли требованиям настоящего изобретения, можно видеть, что пластическая деформация сдвига, Ps значительно уменьшилась от уровня испытываемого образца № 1.To evaluate shear resistance, as shown in FIG. 7, for the test specimens No. 2 and No. 3, which did not meet the requirements of the present invention, the plastic shear strain, Ps, only decreased from the level of the test specimen No. 1. For No. 4-9, which satisfied the requirements of the present invention, it can be seen that the plastic deformation shift, Ps decreased significantly from the level of the tested sample No. 1.

Данные результаты демонстрируют, что, для каждого из испытываемых образцов № 4-9, которые удовлетворяли требованиям настоящего изобретения, сопротивление крутящему моменту и герметичность находились в общем на уровнях, одинаковых с испытываемым образцом № 1, но сопротивление сдвигу кардинально увеличилось.These results demonstrate that, for each of the test samples No. 4-9, which met the requirements of the present invention, the torque resistance and tightness were generally at the same levels as the test sample No. 1, but the shear resistance increased dramatically.

Испытание реальной трубы.Real pipe test.

Для испытываемых образцов № 1 и № 9, изготовили экземпляры для оценки сопротивления сдвигу испытанием реальной трубы.For test samples No. 1 and No. 9, specimens were made to evaluate shear resistance by testing a real pipe.

Для выполнения обработки поверхности на испытываемых экземплярах, никакой обработки поверхности не выполнялось на ниппеле после обработки резанием, а муфту подвергли обработке поверхности, применяя фосфат марганца. Во время скрепления ниппеля и муфты на соединении применяли смазку BOL 4010 NM, которая является экологически безопасно, и скрепление производили с заданным крутящим моментом до проведения испытания на растяжение/сжатие, в котором растягивающую нагрузку и сжимающую нагрузку прикладывали попеременно, каждая из данных нагрузок составляла 90% нагрузки растяжения/сжатия, при которой тело стальной трубы переходит через предел текучести, и опреTo perform surface treatment on the test specimens, no surface treatment was performed on the pin after cutting, and the box was subjected to surface treatment using manganese phosphate. During pin and box bonding, BOL 4010 NM lubricant, which is environmentally friendly, was applied to the joint and bonded at a specified torque until a tensile/compression test was performed in which tensile load and compressive load were applied alternately, each of these loads was 90 % tensile/compression load at which the body of the steel pipe passes through the yield strength, and determine

- 9 042334 деляли, возникает ли сдвиговое разрушение в охватываемой форме резьбы на ниппеле.- 9 042334 divided whether shear failure occurs in the male form of the thread on the nipple.

В данных испытаниях для испытываемого образца № 1 возникало сдвиговое разрушение в охватываемой форме резьбы во время пятнадцатого цикла растяжения, хотя для испытываемого образца № 9, сдвиговое разрушение не возникало даже после 25-го цикла повторяющихся нагрузок растяжения и сжатия. Это подтверждает, что резьбовое соединение настоящего изобретения имеет удовлетворительное сопротивление сдвигу.In these tests, Test Sample No. 1 experienced shear failure in the male thread form during the fifteenth tensile cycle, while for Test Sample No. 9, shear failure did not occur even after the 25th cycle of repeated tensile and compressive loads. This confirms that the threaded connection of the present invention has satisfactory shear resistance.

Перечень ссылочных позицийList of reference positions

1: резьбовое соединение для стальных труб; 10: ниппель; 11: охватываемая форма резьбы; 20: муфта; 21: охватывающая форма резьбы; 2: стальная труба.1: threaded connection for steel pipes; 10: nipple; 11: male thread form; 20: clutch; 21: female thread form; 2: steel pipe.

Claims

1. A threaded connection for steel pipes, comprising a tubular nipple provided at the end of a steel pipe with an outer diameter OD greater than 240 mm, and a tubular coupling configured to be fastened to the nipple when the nipple is screwed in, while the nipple contains a male thread shape made with a conical thread formed on the outer periphery of the nipple, the coupling contains a female thread form made with a conical thread formed on the inner periphery of the coupling, each of the male and female thread forms has a dovetail-shaped cross section, and the pitch of the embedded sides for the male thread form and the female form the thread pitch is less than the pitch of the working sides for the male thread form and the female thread form, and at the same time the male thread form satisfies the following expressions (1) and (2):

„.. < “o” + ЪГ - Л * “',· < . _m ^(1> , and

W _mjn >3.0mm ... (2) where OD is the outer diameter of the steel pipe, ID is the inner diameter of the steel pipe, D _W is the diameter of the profile cavity adjacent to the working side at the end of the male thread form closer to the tip, T _H is the height thread of the male form, and Wmin is the width of the thread, measured at the base of the thread, in the end region of the male thread form closer to the tip.

2. A threaded connection for steel pipes according to claim 1, wherein the male thread form satisfies the following expression (3):

0.45 {(О* + 2Г _Н ) ² - Р/} x И^ _{n <} ((ОР) ² - (/Р) ² } ^{_ k }}

3. A threaded connection for steel pipes according to claim 1 or 2, in which the thread height (T _H ) of the male thread form is not less than 1.8 mm.

4. Threaded connection for steel pipes according to claims 1, 2 or 3, in which the thread height (T _N ) of the male thread form is not more than 2.3 mm.

5. A threaded joint for steel pipes according to any one of claims 1 to 4, wherein the taper angle of the male thread form is not greater than 5.72°.