EA043019B1 - THREADED CONNECTION - Google Patents
THREADED CONNECTION Download PDFInfo
- Publication number
- EA043019B1 EA043019B1 EA202290281 EA043019B1 EA 043019 B1 EA043019 B1 EA 043019B1 EA 202290281 EA202290281 EA 202290281 EA 043019 B1 EA043019 B1 EA 043019B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- thread
- annular groove
- intermediate shoulder
- nipple
- pin
- Prior art date
Links
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Настоящее изобретение относится к резьбовому соединению, используемому для соединения стальных труб.The present invention relates to a threaded connection used to connect steel pipes.
Предпосылки к созданию изобретенияPrerequisites for the invention
Добыча подземных ресурсов в нефтяных скважинах, скважинах природного газа и т.д. (далее в совокупности именуемые нефтяные скважины или тому подобное) включает использование обсадных труб, которые образуют многослойную стенку скважин или трубопроводы, расположенные внутри обсадной трубы для добычи нефти или газа. Такая обсадная труба или трубопровод изготавливается путем соединения большого количества стальных труб с использованием резьбового соединения. Стальная труба, используемая в нефтяной скважине, иногда называется трубой для нефтяной скважины.Extraction of underground resources in oil wells, natural gas wells, etc. (hereinafter collectively referred to as oil wells or the like) includes the use of casing pipes that form a multilayer wall of wells or pipelines located inside the casing pipe for producing oil or gas. Such a casing or pipeline is made by connecting a large number of steel pipes using a threaded connection. The steel pipe used in an oil well is sometimes called an oil well pipe.
Резьбовые соединения обычно классифицируются как интегрального типа и муфтового типа.Threaded connections are generally classified as integral type and socket type.
Интегральное соединение напрямую соединяет стальные трубы. Конкретно, внутренняя резьба предусмотрена на одном конце каждой трубы для нефтяной скважины, в то время как наружная резьба предусмотрена на другом конце каждой трубы для нефтяной скважины; при этом во внутреннюю резьбу на одной трубе для нефтяной скважины ввинчивается наружная резьба на другой трубе для нефтяной скважины, так что трубы нефтяной скважины соединяются.Integral connection connects steel pipes directly. Specifically, an internal thread is provided at one end of each oil well pipe, while an external thread is provided at the other end of each oil well pipe; wherein the female thread on one oil well pipe is screwed into the male thread on the other oil well pipe, so that the oil well pipes are connected.
В случае соединения муфтового типа, трубы для нефтяной скважины соединяются с использованием трубчатой соединительной муфты. Конкретно, внутренняя резьба предусмотрена на каждом из концов соединительной муфты, в то время как наружная резьба предусмотрена на каждом из концов каждой трубы для нефтяной скважины. Затем одна наружная резьба на одной трубе для нефтяной скважины ввинчивается в одну внутреннюю резьбу соединительной муфты, а одна наружная резьба другой трубы для нефтяной скважины ввинчивается в другую внутреннюю резьбу соединительной муфты, так что трубы для нефтяной скважины соединяются. То есть, соединение муфтового типа соединяет пару труб, одна из которых является трубой нефтяной скважины, в то время как другая является соединительной муфтой.In the case of a coupling type connection, the oil well pipes are connected using a tubular coupling. Specifically, an internal thread is provided at each end of the coupling, while an external thread is provided at each end of each oil well pipe. Then, one male thread on one oil well pipe is screwed into one female thread of the coupling, and one male thread of the other oil well pipe is screwed into the other female thread of the coupling, so that the oil well pipes are connected. That is, a box-type connection connects a pair of pipes, one of which is an oil well pipe, while the other is a coupling.
Конец трубы для нефтяной скважины, на котором предусмотрена наружная резьба, включает элемент, который должен быть вставлен во внутреннюю резьбу, предусмотренную на трубе для нефтяной скважины или соединительной муфте, и таким образом, обычно называется ниппелем. Конец трубы для нефтяной скважины или соединительной муфты, на котором предусмотрена внутренняя резьба, включает элемент для приема наружной резьбы, предусмотренной на трубе для нефтяной скважины, и таким образом, обычно называется муфтой.An end of an oil well pipe provided with an external thread includes a member to be inserted into an internal thread provided on the oil well pipe or a coupling, and is thus commonly referred to as a pin. An end of an oil well pipe or a coupling provided with an internal thread includes a member for receiving an external thread provided on the oil well pipe, and thus is commonly referred to as a sleeve.
В последние годы появились тенденции к бурению еще более глубоких скважин при более высоких температурах и более высоких давлениях. В глубоких скважинах, где сложность распределения пластового давления по глубине требует увеличения слоев обсадной трубы, иногда используются резьбовые соединения тонкого типа, максимальный внешний диаметр которых в стыке, то есть внешний диаметр муфты, по существу, равен внешнему диаметру тела трубы, трубы для нефтяной скважины. Резьбовое соединение с внешним диаметром муфты, по существу, равным внешнему диаметру тела трубы для нефтяной скважины, часто называют резьбовым соединением утопленного типа. Резьбовое соединение с внешним диаметром муфты, меньшим, чем примерно 108% внешнего диаметра тела трубы, трубы для нефтяной скважины, часто называют резьбовым соединением полуутопленного типа. Такие резьбовые соединения утопленного типа и полуутопленного типа не только должны обладать высокой прочностью и герметичностью, но также должны иметь жесткие ограничения по размеру для их различных участков, чтобы позволить их резьбовым и уплотнительным структурам располагаться при ограниченной толщине стенки трубы.In recent years, there have been trends towards drilling even deeper wells at higher temperatures and higher pressures. In deep wells, where the difficulty of distributing formation pressure over depth requires an increase in casing layers, thin-type threaded connections are sometimes used, the maximum outer diameter of which at the joint, that is, the outer diameter of the sleeve, is essentially equal to the outer diameter of the pipe body, oil well pipe . A threaded connection with an outside diameter of the box substantially equal to the outside diameter of the body of an oil well pipe is often referred to as a recessed type threaded connection. A threaded connection with an outside diameter of the box less than about 108% of the outside diameter of the pipe body, oil well pipe, is often referred to as a semi-recessed type threaded connection. Such recessed type and semi-recessed type threaded connections not only must have high strength and tightness, but also must have strict size restrictions for their various sections to allow their threaded and sealing structures to be located within a limited pipe wall thickness.
В резьбовых соединениях утопленного типа и полуутопленного типа с жесткими ограничениями по размеру часто используется конструкция соединения, которая имеет наружную и внутреннюю резьбу, состоящую из двухступенчатых резьб с резьбовыми участками, расположенными впереди и сзади промежуточных заплечиков, предусмотренных средней части соединения, как определено вдоль осевого направления. Резьбовые соединения таких двухступенчатых резьбовых конструкций раскрыты, например, в патентных документах 1 и 2, перечисленных ниже. Дополнительно, резьбовые соединения двухступенчатых резьбовых конструкций, в которых поверхности промежуточных заплечиков заменены конструкциями промежуточных заплечиков крюкообразного типа с заплечиками, которые подходят друг к другу, раскрыты, например, в патентных документах 3 и 4, перечисленных ниже.Strictly sized recessed and semi-recessed threaded connections often use a connection design that has male and female threads consisting of two-stage threads with threaded portions located in front and behind intermediate shoulders provided by the middle part of the connection, as defined along the axial direction. . Threaded connections of such two-stage threaded structures are disclosed, for example, in Patent Documents 1 and 2 listed below. Additionally, threaded connections of two-stage threaded structures in which the intermediate shoulder surfaces are replaced with hook-type intermediate shoulder structures with matching shoulders are disclosed, for example, in Patent Documents 3 and 4 listed below.
В таких резьбовых соединениях с двухступенчатыми резьбовыми конструкциями, присутствуют критические сечения (PICCS и BICCS) в средней части соединения, как раскрыто в патентном документе 1.In such threaded connections with two-stage threaded designs, there are critical sections (PICCS and BICCS) in the middle part of the connection, as disclosed in Patent Document 1.
Критическое сечение (CCS) представляет собой поперечное сечение соединения, которое имеет наименьшую площадь для сопротивления растягивающим нагрузкам, когда соединение свинчено. При приложении чрезмерной осевой растягивающей нагрузки, вероятно, произойдет разрыв в критическом сечении или около него.The critical section (CCS) is the cross-section of the connection that has the smallest area to resist tensile loads when the connection is screwed. When an excessive axial tensile load is applied, a break is likely to occur at or near the critical section.
В типовом резьбовом соединении с конструкцией одноступенчатой резьбы, передача растягивающей нагрузки от ниппеля к муфте происходит в осевом направлении по всей области резьбового зацепления. Таким образом, сечения ниппеля, на которые действует вся растягивающая нагрузка, расположеныIn a typical threaded connection with a single-stage thread design, the transfer of tensile load from the pin to the box occurs in the axial direction over the entire threaded engagement area. Thus, the sections of the nipple, on which the entire tensile load acts, are located
- 1 043019 дальше по направлению к телу трубы ниппеля, чем область зацепления, в то время как сечения муфты, на которые действует вся растягивающая нагрузка, расположены дальше по направлению к телу трубы муфты, чем область зацепления резьбы. Сечение, на которое действует вся растягивающая нагрузка и которое имеет наименьшую площадь, является критическим сечением. То есть, когда соединение свинчено, то поперечное сечение муфты, которое содержит ту впадину резьбы внутренней резьбы, которая соответствует тому концу зацепления между наружной и внутренней резьбами, который находится ближе к кончику наружной резьбы, представляет собой критическое сечение муфты (BCCS). Дополнительно, когда соединение свинчено, то поперечное сечение ниппеля, которое содержит ту впадину резьбы наружной резьбы, которая соответствует тому концу зацепления между наружной и внутренней резьбой, который находится ближе к телу трубы наружной резьбы, представляет собой критическое сечение ниппеля (PCCS). Меньшая из площадей критических сечений муфты и ниппеля представляет собой критическое сечение (CCS) резьбового соединения. Отношение площади критического сечения к площади сечения тела трубы для трубы нефтяной скважины, является известным как эффективность соединения, и широко используется в качестве индикатора прочности на растяжение соединения относительно прочности на растяжение тела трубы для нефтяной скважины.- 1 043019 further towards the body of the pipe of the nipple than the engagement area, while the sections of the coupling, on which the entire tensile load acts, are located further towards the body of the coupling pipe than the engagement area of the thread. The section on which the entire tensile load acts and which has the smallest area is the critical section. That is, when the connection is screwed, the box cross section that contains that female thread root that corresponds to that end of the engagement between the male and female threads that is closest to the tip of the male thread is the box critical section (BCCS). Additionally, when the connection is screwed, the cross section of the pin that contains that male thread root that corresponds to that end of the engagement between the male and female threads that is closest to the body of the male thread pipe is the critical section of the pin (PCCS). The smaller of the critical sections of the box and nipple is the critical section (CCS) of the threaded connection. The ratio of critical area to sectional area of the body of the oil well pipe is known as joint efficiency, and is widely used as an indicator of the tensile strength of the joint relative to the tensile strength of the body of the oil well pipe.
Такие критические сечения муфты и ниппеля также присутствуют в резьбовом соединении двухступенчатой резьбовой конструкцией. Дополнительно, как описано выше, резьбовое соединение с двухступенчатой конструкцией резьбы имеет положения с небольшими площадями сечения соединения для сопротивления растягивающим нагрузкам, причем эти положения находятся в осевой середине соединения. То есть, резьбовое соединение с двухступенчатой резьбовой конструкцией имеет участок без резьбового зацепления в осевой середине. В этом сечении без резьбового зацепления, растягивающая нагрузка, совместно воспринимаемая ниппелем и муфтой, передается в осевом направлении без увеличения или уменьшения. Таким образом, то сечение ниппеля внутри участка без резьбового зацепления, которое имеет наименьшую площадь, представляет собой промежуточное критическое сечение ниппеля (PICCS), в то время как то сечение муфты внутри участка без резьбового зацепления, которое имеет наименьшую площадь, представляет собой промежуточное критическое сечение муфты (BICCS). Для предотвращения разрыва в средних участках соединения, предпочтительно, максимизировать общую площадь промежуточных критических сечений ниппеля и муфты.Such critical sections of the box and nipple are also present in a threaded connection with a two-stage threaded design. Additionally, as described above, a threaded connection with a two-step thread design has positions with small connection cross-sectional areas to resist tensile loads, these positions being in the axial middle of the connection. That is, the threaded joint with the two-stage threaded structure has a non-threaded engagement portion at the axial middle. In this section, without thread engagement, the tensile load shared by the pin and box is transmitted in the axial direction without increasing or decreasing. Thus, that section of the pin inside the non-threaded section that has the smallest area is the intermediate critical section of the pin (PICCS), while that section of the box inside the section of the non-threaded engagement that has the smallest area is the intermediate critical section couplings (BICCS). To prevent rupture in the middle sections of the connection, it is preferable to maximize the total area of the intermediate critical sections of the pin and box.
Документы предшествующего уровня техникиPrior Art Documents
Патентные документы.Patent Documents.
Патентный документ 1: JP 2013-536339 A.Patent Document 1: JP 2013-536339A.
Патентный документ 2: JP 2002-357287 A.Patent Document 2: JP 2002-357287A.
Патентный документ 3: JP Hei7-504483 A.Patent Document 3: JP Hei7-504483A.
Патентный документ 4: JP 2013-519854 A.Patent Document 4: JP 2013-519854 A.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Проблемы, решаемые изобретением.Problems solved by the invention.
Однако, в резьбовом соединении с двухступенчатой резьбовой конструкцией поверхности промежуточного заплечика предусмотрены в участке без резьбового зацепления. Чтобы улучшить сопротивление крутящему моменту, необходимо обеспечить определенный радиальный размер поверхностей промежуточного заплечика для обеспечения большей площади контакта между поверхностями промежуточного заплечика. В результате трудно обеспечить, чтобы промежуточные критические сечения ниппеля и муфты в резьбовых соединениях утопленного типа и полуутопленного типа двухступенчатых резьбовых конструкций имели большие площади сечения.However, in a threaded connection with a two-stage threaded structure, the surfaces of the intermediate shoulder are provided in the non-threaded engagement portion. In order to improve torque resistance, it is necessary to provide a certain radial size of the surfaces of the intermediate shoulder to provide a larger area of contact between the surfaces of the intermediate shoulder. As a result, it is difficult to ensure that the intermediate critical sections of the pin and box in the threaded connections of the recessed type and semi-recessed type of two-stage threaded structures have large cross-sectional areas.
Промежуточные критические сечения ниппеля и муфты расположены вблизи поверхностей промежуточного заплечика. При измерении вдоль каждого ниппеля и муфты, площадь сечения быстро изменяется на поверхностях промежуточного заплечика; как таковые промежуточные критические сечения ниппеля и муфты, которые находятся рядом, могут легко создавать большие напряжения.The intermediate critical sections of the nipple and box are located near the surfaces of the intermediate shoulder. When measured along each pin and box, the cross-sectional area rapidly changes on the surfaces of the intermediate shoulder; as such, the intermediate critical sections of the pin and box that are close together can easily generate large stresses.
В обычных резьбовых соединениях, диаметр скошенного участка в нижней части каждой поверхности промежуточного заплечика минимизирован, как показано в патентных документах 1 и 2, чтобы гарантировать определенную площадь контакта между поверхностями промежуточного заплечика и гарантировать определенную толщину стенки трубы на поверхностях промежуточного заплечика и вблизи них. В результате, процесс создания поверхностей промежуточного заплечика является затруднительным.In conventional threaded connections, the diameter of the beveled portion at the bottom of each intermediate shoulder surface is minimized, as shown in Patent Documents 1 and 2, to ensure a certain contact area between the intermediate shoulder surfaces and to guarantee a certain pipe wall thickness at and near the intermediate shoulder surfaces. As a result, the process of creating intermediate shoulder surfaces is difficult.
Патентный Документ 2 раскрывает резьбовое соединение, имеющее кольцевые рельефы, которые обеспечивают гибкость в отношении расширения или изгиба резьбового соединения. Эти кольцевые рельефы образованы кольцевыми канавками, предусмотренными на внешней периферии ниппеля и внутренней периферии муфты, расположенной рядом с промежуточными заплечиками. Эти кольцевые канавки расположены на расстоянии от поверхностей промежуточного заплечика и не влияют на возможность создания промежуточных заплечиков. Патентный документ 2 также ничего не говорит о разрывах в промежуточных критических сечениях во время приложения растягивающей нагрузки.Patent Document 2 discloses a threaded connection having annular reliefs that provide flexibility in expanding or bending the threaded connection. These annular reliefs are formed by annular grooves provided on the outer periphery of the pin and the inner periphery of the box adjacent to the intermediate shoulders. These annular grooves are located at a distance from the surfaces of the intermediate shoulder and do not affect the ability to create intermediate shoulders. Patent Document 2 also says nothing about breaks in intermediate critical sections during application of a tensile load.
Крюкообразные структуры промежуточного заплечика, раскрытые в патентных документах 3 и 4, имеют сложные конструкции, которые еще труднее создать.The intermediate shoulder hook structures disclosed in Patent Documents 3 and 4 have complex designs that are even more difficult to create.
Задачей настоящего изобретения является создание резьбового соединения двухступенчатой резьбо- 2 043019 вой конструкции, включающего поверхности промежуточного заплечика, где предотвращается разрыв в или рядом с участками промежуточного критического сечения ниппеля или муфты при приложении растягивающей нагрузки, а площади промежуточного заплечика являются более легкими в создании, таким образом, повышая производительность.It is an object of the present invention to provide a threaded connection of a two-stage threaded design, including intermediate shoulder surfaces, where breakage is prevented at or near the sections of the intermediate critical section of the pin or box when a tensile load is applied, and the areas of the intermediate shoulder are easier to create, such thus improving performance.
Средство для решения проблем.A tool for solving problems.
Резьбовое соединение согласно настоящему изобретению включает трубчатый ниппель и трубчатую муфту, при этом ниппель и муфта свинчиваются при ввинчивании ниппеля в муфту. На внешней периферии ниппеля предусмотрены: первая наружная резьба; вторая наружная резьба, отстоящая от первой наружной резьбы и расположенная дальше к кончику, как определено вдоль осевого направления, причем вторая наружная резьба имеет меньший диаметр, чем первая наружная резьба; поверхность промежуточного заплечика, образованная ступенчатым участком, расположенным между первой наружной резьбой и второй наружной резьбой; и первая периферийная поверхность, образованная участком внешней периферии ниппеля, расположенным между поверхностью промежуточного заплечика и второй наружной резьбой. На внутренней периферии муфты предусмотрены: первая внутренняя резьба, входящая в зацепление с первой наружной резьбой, когда соединение свинчено; вторая внутренняя резьба, входящая в зацепление со второй наружной резьбой, когда соединение свинчено; поверхность промежуточного заплечика, образованная ступенчатым участком, расположенным между первой внутренней резьбой и второй внутренней резьбой, причем поверхность промежуточного заплечика находится в контакте с поверхностью промежуточного заплечика ниппеля, когда соединение свинчено; и вторая периферийная поверхность, образованная внутренним периферийным участком муфты, расположенным между поверхностью промежуточного заплечика и первой внутренней резьбой. Первая кольцевая канавка предусмотрена на одной из первой периферийной поверхности и второй периферийной поверхности, причем первая кольцевая канавка имеет криволинейную поверхность, плавно прилегающую к поверхности промежуточного заплечика, соответствующей с периферийной поверхностью, причем криволинейная поверхность является по меньшей мере участком поверхности внутри канавки первой кольцевой канавки.The threaded connection according to the present invention includes a tubular pin and a tubular box, wherein the pin and box are screwed together when the pin is screwed into the box. On the outer periphery of the nipple are provided: the first external thread; a second male thread spaced from the first male thread and further towards the tip, as defined along the axial direction, the second male thread having a smaller diameter than the first male thread; an intermediate shoulder surface defined by a stepped portion located between the first male thread and the second male thread; and a first peripheral surface defined by a portion of the outer periphery of the pin located between the surface of the intermediate shoulder and the second external thread. On the inner periphery of the coupling are provided: a first internal thread engaged with the first external thread when the connection is screwed; a second female thread engaging with the second male thread when the connection is screwed; an intermediate shoulder surface formed by a stepped portion located between the first female thread and the second female thread, the intermediate shoulder surface being in contact with the intermediate shoulder surface of the pin when the connection is screwed; and a second peripheral surface defined by an inner peripheral portion of the box located between the surface of the intermediate shoulder and the first internal thread. The first annular groove is provided on one of the first peripheral surface and the second peripheral surface, wherein the first annular groove has a curved surface smoothly adjacent to the surface of the intermediate shoulder corresponding to the peripheral surface, the curved surface being at least a portion of the surface inside the groove of the first annular groove.
Преимущества изобретения.advantages of the invention.
Настоящее изобретение обеспечивает резьбовое соединение двухступенчатой резьбовой конструкции, включающей поверхности промежуточного заплечика, где предотвращается разрыв в или рядом с участком промежуточного критического сечения ниппеля или муфты при приложении растягивающей нагрузки, а площади промежуточного заплечика являются более легкими в создании, тем самым повышая производительность.The present invention provides a threaded connection of a two-stage threaded structure including intermediate shoulder surfaces where breakage is prevented at or near the intermediate critical section of the pin or box when a tensile load is applied, and the intermediate shoulder areas are easier to create, thereby improving productivity.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Фиг. 1 представляет собой вид продольного сечения резьбового соединения для стальной трубы согласно варианту осуществления, которое свинчено.Fig. 1 is a longitudinal sectional view of a threaded connection for a steel pipe according to an embodiment, which is screwed.
Фиг. 2 представляет собой увеличенный вид продольного сечения основных участков резьбового соединения для стальной трубы.Fig. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of the main portions of a threaded connection for a steel pipe.
Фиг. 3 представляет собой вид сечения резьбового соединения, иллюстрирующий профиль поверхностей промежуточного заплечика и близлежащих областей ниппеля и муфты.Fig. 3 is a cross-sectional view of the threaded connection illustrating the profile of the surfaces of the intermediate shoulder and the adjacent areas of the pin and box.
Фиг. 4 представляет собой вид сбоку режущей части кончика режущего инструмента для создания поверхности промежуточного заплечика.Fig. 4 is a side view of the cutting portion of the tip of the cutting tool for creating the surface of the intermediate shoulder.
Фиг. 5 показывает процесс создания поверхности промежуточного заплечика.Fig. 5 shows the process of creating the intermediate shoulder surface.
Фиг. 6A представляет собой график, показывающий эквивалентную пластическую деформацию, возникающую в промежуточном критическом сечении ниппеля и рядом с ним, когда к каждому из образцов № 1 и № 2 прикладывается простая растягивающая нагрузка.Fig. 6A is a graph showing the equivalent plastic strain occurring at and near the intermediate critical section of the pin when a simple tensile load is applied to each of Samples #1 and #2.
Фиг. 6В представляет собой график, показывающий эквивалентную пластическую деформацию, возникающую в промежуточном критическом сечении ниппеля и рядом с ним, когда повторяющаяся нагрузка прикладывается к каждому из образцов № 1 и № 2.Fig. 6B is a graph showing the equivalent plastic strain occurring at and near the intermediate critical section of the pin when a repeated load is applied to each of Specimen #1 and #2.
Фиг. 6С представляет собой вид сечения впадины резьбы второй наружной резьбы в промежуточном критическом сечении ниппеля и рядом с ним, показывающий положения измерения деформации для различных точек на горизонтальных осях графиков по фиг. 6A и 6B.Fig. 6C is a cross-sectional view of the thread root of the second male thread at and near the intermediate throat of the pin, showing strain measurement positions for various points on the horizontal axes of the plots of FIG. 6A and 6B.
Фиг. 7A представляет собой график, показывающий эквивалентную пластическую деформацию, возникающую в промежуточном критическом сечении муфты и рядом с ним, когда к каждому из образцов № 1 и № 2 прикладывается простая растягивающая нагрузка.Fig. 7A is a graph showing the equivalent plastic strain occurring at and near the intermediate critical section of the coupling when a simple tensile load is applied to each of Samples #1 and #2.
Фиг. 7В представляет собой график, показывающий эквивалентную пластическую деформацию, возникающую в промежуточном критическом сечении муфты и рядом с ним, когда повторяющаяся нагрузка прикладывается к каждому из образцов № 1 и № 2.Fig. 7B is a graph showing the equivalent plastic strain occurring at and near the intermediate critical section of the coupling when a repeated load is applied to each of Specimen #1 and #2.
Фиг. 7С представляет собой вид сечения впадины резьбы первой внутренней резьбы в промежуточном критическом сечении муфты и рядом с ним, показывающий положения измерения деформации для различных точек на горизонтальных осях графиков по фиг. 7A и 7B.Fig. 7C is a sectional view of the thread root of the first female thread in and adjacent to the intermediate critical section of the box, showing strain measurement positions for various points on the horizontal axes of the plots of FIG. 7A and 7B.
Фиг. 8A представляет собой график, показывающий эквивалентную пластическую деформацию, возникающую в промежуточном критическом сечении ниппеля и рядом с ним, когда к каждому из образцов № 3 и № 4 прикладывается простая растягивающая нагрузка.Fig. 8A is a graph showing the equivalent plastic strain occurring at and near the intermediate critical section of the pin when a simple tensile load is applied to each of Samples #3 and #4.
- 3 043019- 3 043019
Фиг. 8В представляет собой график, показывающий эквивалентную пластическую деформацию, возникающую в промежуточном критическом сечении ниппеля и рядом с ним, когда повторяющаяся нагрузка прикладывается к каждому из образцов № 3 и № 4.Fig. 8B is a graph showing the equivalent plastic strain occurring at and near the intermediate critical section of the pin when a repeated load is applied to each of Specimen #3 and #4.
Фиг. 9A представляет собой график, показывающий эквивалентную пластическую деформацию, возникающую в промежуточном критическом сечении муфты и рядом с ним, когда к каждому из образцов № 3 и № 4 прикладывается простая растягивающая нагрузка.Fig. 9A is a graph showing the equivalent plastic strain occurring at and near the intermediate critical section of the coupling when a simple tensile load is applied to each of Samples #3 and #4.
Фиг. 9В представляет собой график, показывающий эквивалентную пластическую деформацию, возникающую в промежуточном критическом сечении муфты и рядом с ним, когда повторяющаяся нагрузка прикладывается к каждому из образцов № 3 и № 4.Fig. 9B is a graph showing the equivalent plastic strain occurring at and near the intermediate critical section of the coupling when a repeated load is applied to each of Samples #3 and #4.
Варианты осуществления для выполнения изобретенияEmbodiments for carrying out the invention
Резьбовое соединение согласно настоящему варианту осуществления включает трубчатый ниппель и трубчатую муфту. Ниппель и муфта свинчиваются при ввинчивании ниппеля в муфту. Ниппель может быть предусмотрен на конце стальной трубы, такой как труба для нефтяной скважины. Муфта может быть предусмотрена на конце соединительной муфты или на конце другой стальной трубы. Труба для нефтяной скважины или соединительная муфта могут быть изготовлены из металла, такого как нержавеющая сталь или сплав на основе никеля.The threaded connection according to the present embodiment includes a tubular nipple and a tubular box. The nipple and socket are screwed together when the nipple is screwed into the socket. The nipple may be provided at the end of a steel pipe such as an oil well pipe. The sleeve may be provided at the end of the coupling or at the end of another steel pipe. The oil well pipe or coupling may be made of a metal such as stainless steel or a nickel-based alloy.
На внешней периферии ниппеля предусмотрены: первая наружная резьба; вторая наружная резьба, отстоящая от первой наружной резьбы и расположенная дальше к кончику, как определено вдоль осевого направления, причем вторая наружная резьба имеет меньший диаметр, чем первая наружная резьба; поверхность промежуточного заплечика, образованная ступенчатым участком, расположенным между первой наружной резьбой и второй наружной резьбой; и первая периферийная поверхность, образованная участком внешней периферии ниппеля, расположенным между поверхностью промежуточного заплечика и второй наружной резьбой. Поверхность промежуточного заплечика может быть образована стороной ступенчатого участка (то есть торцевой поверхностью, обращенной к кончику, как определено в осевом направлении). Каждая из первой и второй наружной резьбы может быть образована сужающейся резьбой с диаметром, постепенно уменьшающимся по направлению к кончику ниппеля, как определено вдоль осевого направления. В таких вариантах реализации, вторая наружная резьба, имеющая меньший диаметр, чем первая наружная резьба, означает, что диаметр второго резьбового участка наружной резьбы по направлению к основанию меньше диаметра части первого резьбового участка наружной резьбы по направлению к кончику.On the outer periphery of the nipple are provided: the first external thread; a second male thread spaced from the first male thread and further towards the tip, as defined along the axial direction, the second male thread having a smaller diameter than the first male thread; an intermediate shoulder surface defined by a stepped portion located between the first male thread and the second male thread; and a first peripheral surface defined by a portion of the outer periphery of the pin located between the surface of the intermediate shoulder and the second external thread. The surface of the intermediate shoulder may be formed by the side of the stepped portion (ie, the end surface facing the tip, as defined in the axial direction). Each of the first and second male threads may be formed by a tapering thread with a diameter progressively decreasing towards the tip of the pin as defined along the axial direction. In such embodiments, a second male thread having a smaller diameter than the first male thread means that the diameter of the second threaded portion of the male thread towards the root is less than the diameter of the portion of the first threaded portion of the male thread towards the tip.
Кроме того, внешняя уплотняющая поверхность ниппеля может быть предусмотрена на внешней периферии штифта, расположенная дополнительно к основанию, чем первая наружная резьба, в то время как внутренняя уплотняющая поверхность ниппеля может быть предусмотрена на внешней периферии ниппеля, расположенной дополнительно к кончику, чем вторая наружная резьба. Промежуточная уплотняющая поверхность ниппеля может быть предусмотрена на внешней периферии ниппеля, расположенной между поверхностью промежуточного заплечика и первой наружной резьбой или между поверхностью промежуточного заплечика и второй наружной резьбой. В зависимости от требуемой герметичности и/или конструкции соединения могут быть предусмотрены одна или несколько таких уплотняющих поверхностей.In addition, the outer sealing surface of the pin may be provided on the outer periphery of the pin, located additional to the base than the first male thread, while the inner sealing surface of the pin may be provided on the outer periphery of the pin, located additional to the tip than the second male thread. . The intermediate sealing surface of the pin may be provided on the outer periphery of the pin located between the surface of the intermediate shoulder and the first external thread or between the surface of the intermediate shoulder and the second external thread. One or more of these sealing surfaces may be provided depending on the required sealing and/or connection design.
На внутренней периферии муфты предусмотрены: первая внутренняя резьба, входящая в зацепление с первой наружной резьбой, когда соединение свинчено; вторая внутренняя резьба, входящая в зацепление со второй наружной резьбой, когда соединение свинчено; поверхность промежуточного заплечика, образованная ступенчатым участком, расположенным между первой внутренней резьбой и второй внутренней резьбой; и вторая периферийная поверхность, образованная внутренним периферийным участком муфты, расположенным между поверхностью промежуточного заплечика и первой внутренней резьбой. Поверхность промежуточного заплечика муфты может быть образована боковой поверхностью ступенчатого участка. Поверхность промежуточного заплечика муфты находится в контакте с поверхностью промежуточного заплечика ниппеля, когда соединение свинчено. Первая и вторая внутренние резьбы могут иметь профили резьбы, дополняющие профили резьбы первой и второй наружной резьб, соответственно, и каждая может состоять из сужающейся резьбы с диаметром, постепенно уменьшающимся к кончику муфты, как определено вдоль осевого направлении (т.е. к основанию ниппеля, как определено вдоль осевого направления).On the inner periphery of the coupling are provided: a first internal thread engaged with the first external thread when the connection is screwed; a second female thread engaging with the second male thread when the connection is screwed; an intermediate shoulder surface formed by a stepped portion located between the first female thread and the second female thread; and a second peripheral surface defined by an inner peripheral portion of the box located between the surface of the intermediate shoulder and the first internal thread. The surface of the intermediate shoulder of the coupling may be formed by the side surface of the stepped section. The surface of the intermediate shoulder of the box is in contact with the surface of the intermediate shoulder of the pin when the connection is screwed. The first and second internal threads may have thread profiles complementary to the thread profiles of the first and second external threads, respectively, and each may consist of tapered threads with a diameter progressively decreasing towards the tip of the box, as defined along the axial direction (i.e., towards the base of the pin , as defined along the axial direction).
Каждая наружная и внутренняя резьбы могут быть упорной резьбой или клиновой резьбой с продольным сечением, имеющим форму ласточкина хвоста, и с шириной резьбы, постепенно уменьшающейся к кончику вдоль спирали резьбы, или любой другой подходящей резьбой.Each external and internal thread may be a thrust thread or wedge thread with a dovetail shaped longitudinal section and thread width progressively decreasing towards the tip along the helix of the thread, or any other suitable thread.
Уплотняющая поверхность также может быть предусмотрена на внутренней периферии муфты, которая соответствует уплотняющей поверхности, предусмотренной на внешней периферии ниппеля. То есть в реализациях, где предусмотрена внешняя уплотняющая поверхность ниппеля, может быть предусмотрена внешняя уплотняющая поверхность муфты, которая находится в контакте с внешней уплотняющей поверхностью ниппеля, когда соединение свинчено. В реализациях, где предусмотрена внутренняя уплотняющая поверхность ниппеля, может быть предусмотрена внутренняя уплотняющая поверхность муфты, которая находится в контакте с внутренней уплотняющей поверхностью ниппеля, когдаThe sealing surface may also be provided on the inner periphery of the box, which corresponds to the sealing surface provided on the outer periphery of the pin. That is, in implementations where an outer sealing surface of the pin is provided, an outer sealing surface of the box may be provided that is in contact with the outer sealing surface of the pin when the connection is screwed. In implementations where an inner sealing surface of the pin is provided, an inner sealing surface of the box may be provided that is in contact with the inner sealing surface of the pin when
- 4 043019 соединение свинчено. В реализациях, где предусмотрена промежуточная уплотняющая поверхность ниппеля, может быть предусмотрена промежуточная уплотняющая поверхность муфты, которая находится в контакте с промежуточной уплотняющей поверхностью ниппеля, когда соединение свинчено. Для каждой пары уплотняющих поверхностей, находящихся в контакте друг с другом, заданная величина радиального взаимного влияния устанавливается между уплотняющими поверхностями, так что при соединении вместе каждая уплотняющая поверхность имеет силу упругого восстановления, благодаря которой пытается восстановить свой первоначальный диаметр. Сила упругого восстановления обеспечивает плотный контакт вдоль всей окружности, тем самым демонстрируя герметичность.- 4 043019 the connection is screwed. In implementations where an intermediate sealing surface of the pin is provided, an intermediate sealing surface of the box may be provided that is in contact with the intermediate sealing surface of the pin when the connection is screwed. For each pair of sealing surfaces in contact with each other, a predetermined amount of radial mutual influence is established between the sealing surfaces such that, when joined together, each sealing surface has a rebound force that attempts to recover its original diameter. The elastic recovery force ensures tight contact along the entire circumference, thereby demonstrating tightness.
Каждая из поверхностей промежуточного заплечика ниппеля и муфты может быть плоской поверхностью, перпендикулярной оси трубы, или может быть сужающейся поверхностью, имеющей сужающуюся образующую, слегка наклоненную относительно прямой линии, перпендикулярной оси трубы, если смотреть на нее в поперечном сечении. Каждая из поверхностей промежуточного заплечика ниппеля и муфты может представлять собой единую поверхность, расширяющуюся, по существу, по всей радиальной ширине ступенчатого участка.Each of the surfaces of the intermediate shoulder of the pin and box may be a flat surface perpendicular to the axis of the pipe, or may be a tapered surface having a tapering generatrix slightly inclined from a straight line perpendicular to the axis of the pipe as seen in cross section. Each of the surfaces of the intermediate shoulder of the pin and the box may be a single surface expanding substantially over the entire radial width of the stepped portion.
Первая кольцевая канавка может быть предусмотрена на одной из первой периферийной поверхности и второй периферийной поверхности, причем первая кольцевая канавка имеет криволинейную поверхность, плавно прилегающую к поверхности промежуточного заплечика, соответствующей с одной периферийной поверхностью, при этом криволинейная поверхность находится по меньшей мере на участке поверхности в канавке первой кольцевой канавки. Первая кольцевая канавка имеет радиальную глубину канавки. В обычных конструкциях без такой кольцевой канавки, жесткость участков, включающих или вблизи каждой из поверхностей промежуточного заплечика ниппеля и муфты, является относительно высокой, в то время как жесткость каждого из промежуточных критических сечений ниппеля и муфты, расположенных вблизи поверхностей промежуточного заплечика является низкой, так что большие деформации, превышающие диапазон упругости, могут возникать в промежуточных критических сечениях ниппеля и муфты и вблизи них, что может легко привести к поломке. Напротив, в конструкции настоящего варианта осуществления, первая кольцевая канавка предусмотрена в месте, где присутствие ступенчатого участка, образующего поверхность промежуточного заплечика, приводит к быстрому уменьшению толщины стенки трубы, тем самым улучшая растяжимость, связанную с растягивающей нагрузкой в этом положении, таким образом, снижая величину деформации, возникающей в промежуточном критическом сечении ниппеля или муфты. Дополнительно, поскольку криволинейная поверхность, образующая часть первой кольцевой канавки, плавно прилегает к соответствующей поверхности промежуточного заплечика, концентрация напряжений в первой кольцевой канавке может быть уменьшена. Дополнительно, даже если радиус кривизны изогнутой поверхности является относительно большим, определенная область контакта между поверхностями промежуточного заплечика обеспечивается, поскольку вся или часть изогнутой поверхности размещается в глубине канавки. Дополнительно, по мере увеличения радиуса кривизны изогнутой поверхности, кончик режущего инструмента, используемого для процесса резания поверхностей промежуточного заплечика и различных резьб, может быть одним с острием резания, имеющим больший радиус кривизны, чем обычные кончики режущего инструмента, тем самым увеличивая осевое перемещение за один оборот во время токарной обработки. Это будет продлевать срок службы кончиков режущего инструмента и повысит производительность при изготовлении ниппелей и муфт.The first annular groove may be provided on one of the first peripheral surface and the second peripheral surface, wherein the first annular groove has a curved surface smoothly adjacent to the surface of the intermediate shoulder corresponding to one peripheral surface, while the curved surface is located at least in a surface area in groove of the first annular groove. The first annular groove has a radial groove depth. In conventional designs without such an annular groove, the stiffness of the portions including or near each of the intermediate shoulder surfaces of the pin and box is relatively high, while the stiffness of each of the intermediate critical sections of the pin and box located near the intermediate shoulder surfaces is low, so that large deformations exceeding the elastic range can occur in and near the intermediate critical sections of the pin and box, which can easily lead to breakage. In contrast, in the structure of the present embodiment, the first annular groove is provided at a location where the presence of a stepped portion forming the surface of the intermediate shoulder causes the pipe wall thickness to rapidly decrease, thereby improving the tensile load-related extensibility at that position, thereby reducing the amount of deformation that occurs in the intermediate critical section of the nipple or box. Further, since the curved surface forming part of the first annular groove smoothly abuts the corresponding surface of the intermediate shoulder, the stress concentration in the first annular groove can be reduced. Additionally, even if the radius of curvature of the curved surface is relatively large, a certain area of contact between the surfaces of the intermediate shoulder is provided because all or part of the curved surface is placed in the depth of the groove. Additionally, as the radius of curvature of the curved surface increases, the tip of the cutting tool used for the cutting process of the surfaces of the intermediate shoulder and various threads may be one with a cutting point having a larger radius of curvature than conventional cutting tool tips, thereby increasing the axial movement in one turnover during turning. This will extend the life of the cutting tool tips and increase productivity in the manufacture of nipples and couplings.
Вторая кольцевая канавка предусмотрена на другой одной из первой периферийной поверхности и второй периферийной поверхности, причем вторая кольцевая канавка имеет криволинейную поверхность, плавно прилегающую к поверхности промежуточного заплечика, соответствующей с другой периферийной поверхностью, причем криволинейная поверхность является по меньшей мере участком поверхности внутри канавки второй кольцевой канавки. Вторая кольцевая канавка имеет радиальную глубину канавки. Поскольку предусмотрены кольцевые канавки, которые примыкают к поверхностям промежуточного заплечика как ниппеля, так и муфты, указанные выше преимущества могут быть получены как на промежуточных критических сечениях ниппеля, так и муфты. Вторая кольцевая канавка может иметь такую же форму и размер сечения, что и первая кольцевая канавка.The second annular groove is provided on the other one of the first peripheral surface and the second peripheral surface, the second annular groove having a curved surface smoothly adjacent to the surface of the intermediate shoulder corresponding to the other peripheral surface, the curved surface being at least a portion of the surface inside the second annular groove. grooves. The second annular groove has a radial groove depth. Because annular grooves are provided that abut the intermediate shoulder surfaces of both the pin and the box, the above benefits can be obtained on both the intermediate critical sections of the pin and the box. The second annular groove may have the same shape and sectional size as the first annular groove.
Предпочтительно, первая и/или вторая кольцевая канавка (канавки) может быть кольцевой канавкой, продолжающейся вдоль всей окружности ниппеля или муфты. Это будет дополнительно улучшать производительность.Preferably, the first and/or second annular groove(s) may be an annular groove extending along the entire circumference of the pin or box. This will further improve performance.
Предпочтительно, радиус кривизны криволинейной поверхности первой кольцевой канавки равен радиусу кривизны криволинейной поверхности второй кольцевой канавки. Таким образом, общий кончик режущего инструмента может быть использован для первой и второй кольцевых канавок.Preferably, the radius of curvature of the curved surface of the first annular groove is equal to the radius of curvature of the curved surface of the second annular groove. Thus, the common tip of the cutting tool can be used for the first and second annular grooves.
Первая кольцевая канавка может быть предусмотрена на первой периферийной поверхности. Это будет предотвращать разрыв участка критического сечения ниппеля и, в тоже время, улучшать способность создания поверхности промежуточного заплечика ниппеля.The first annular groove may be provided on the first peripheral surface. This will prevent breakage of the critical section of the pin and, at the same time, improve the ability to form the surface of the intermediate shoulder of the pin.
В реализациях, где на ниппеле предусмотрена первая кольцевая канавка, первая периферийная поверхность может дополнительно включать в себя участок без резьбы, расположенный между первой кольцевой канавкой и второй наружной резьбой и имеющий осевую длину. Этот участок без резьбы может иметь внешнюю периферийную поверхность с внешним диаметром, большим, чем диаметр впадиныIn implementations where a first annular groove is provided on the pin, the first peripheral surface may further include an unthreaded portion located between the first annular groove and the second external thread and having an axial length. This unthreaded portion may have an outer peripheral surface with an outer diameter greater than the diameter of the trough.
- 5 043019 резьбы второй наружной резьбы, которая примыкает к участку без резьбы. В такой реализации, участок без резьбы обеспечивает жесткость участком ниппеля между первой кольцевой канавкой и промежуточным критическим сечением ниппеля, обеспечивая сопротивление нагрузкам сжатия и/или изгибающим нагрузкам.- 5 043019 threads of the second external thread, which is adjacent to the area without thread. In such an implementation, the unthreaded portion provides rigidity to the pin portion between the first annular groove and the intermediate critical section of the pin, providing resistance to compressive loads and/or bending loads.
Первая кольцевая канавка, предусмотренная на ниппеле, может дополнительно включать в себя сужающуюся поверхность, прилегающую к этому одному из концов криволинейной поверхности, как определено в осевом направлении, которое является противоположным направлению, связанному с поверхностью промежуточного заплечика, при этом сужающаяся поверхность является участком поверхности в канавке первой кольцевой канавки, а криволинейная поверхность и внешняя периферийная поверхность участка без резьбы могут быть соединены через эту сужающуюся поверхность. В таких реализациях, кончик режущей части режущего инструмента может быть вставлен в ниппель вдоль сужающейся поверхности до того положения на первой круговой канавке, в котором должен быть образован изогнутый участок, и может быть создана поверхность промежуточного заплечика сразу после создания изогнутой поверхности, что еще дополнительно повышает производительность. В описанной выше конструкции, первая периферийная поверхность включает в себя внешнюю периферийную поверхность участка без резьбы, а также изогнутую поверхность и сужающуюся поверхность первой кольцевой канавки, а первая кольцевая канавка определяется формой этой первой периферийной поверхности.The first annular groove provided on the pin may further include a tapered surface adjacent to that one of the ends of the curved surface, as defined in an axial direction that is opposite to the direction associated with the surface of the intermediate shoulder, the tapered surface being a surface portion in groove of the first annular groove, and the curved surface and the outer peripheral surface of the non-threaded portion can be connected through this tapered surface. In such implementations, the tip of the cutting portion of the cutting tool may be inserted into the pin along the tapered surface to the position on the first circumferential groove where the curved portion is to be formed, and the surface of the intermediate shoulder may be created immediately after the curved surface has been created, further improving performance. In the structure described above, the first circumferential surface includes an outer circumferential surface of the non-threaded portion, as well as a curved surface and a tapered surface of the first annular groove, and the first annular groove is defined by the shape of the first circumferential surface.
Ниппель включает промежуточное критическое сечение PICCS ниппеля (см. фиг. 3), расположенное рядом с тем одним из концов второй наружной резьбы, который находится ближе к поверхности промежуточного заплечика. Предпочтительно, площадь AP1 сечения того поперечного сечения ниппеля, которое содержит нижнюю часть первой кольцевой канавки, предусмотренной на ниппеле, больше, чем площадь AP2 сечения промежуточного критического сечения ниппеля. Это обеспечит прочность участка ниппеля, снабженного первой кольцевой канавкой.The nipple includes an intermediate critical section PICCS nipple (see Fig. 3), located near that one of the ends of the second external thread, which is closer to the surface of the intermediate shoulder. Preferably, the cross-sectional area A P1 of that cross-section of the pin which contains the lower part of the first annular groove provided on the pin is larger than the cross-sectional area AP2 of the intermediate critical section of the pin. This will ensure the strength of the section of the nipple provided with the first annular groove.
Предпочтительно, край, соединяющий изогнутую поверхность первой кольцевой канавки, предусмотренной на ниппеле, и поверхность P1 промежуточного заплечика может быть расположена радиально внутри от радиально внутреннего края P2 поверхности промежуточного заплечика муфты (см. фиг. 3). В таких реализациях, может быть обеспечена большая площадь контакта между поверхностями промежуточного заплечика, даже когда радиус кривизны криволинейной поверхности является относительно большим. Радиально внутренний край P2 поверхности промежуточного заплечика муфты определяется как внутренний конец прямого участка поверхности промежуточного заплечика, если смотреть в продольном сечении, за исключением закругленных участков на вершинах.Preferably, the edge connecting the curved surface of the first annular groove provided on the pin and the intermediate shoulder surface P1 may be disposed radially inward from the radially inner edge P2 of the box intermediate shoulder surface (see FIG. 3). In such implementations, a large area of contact between intermediate shoulder surfaces can be provided even when the radius of curvature of the curved surface is relatively large. The radially inner edge P2 of the surface of the intermediate shoulder of the box is defined as the inner end of the straight portion of the surface of the intermediate shoulder when viewed in longitudinal section, excluding the rounded portions at the vertices.
Первая кольцевая канавка может быть предусмотрена на второй периферийной поверхности. В таких реализациях, может быть предотвращен разрыв в промежуточном критическом поперечном сечении муфты, и в то же время может быть улучшена способность создавать поверхность промежуточного заплечика муфты.The first annular groove may be provided on the second peripheral surface. In such implementations, a break in the intermediate critical cross section of the box can be prevented, while at the same time, the ability to form the surface of the box's intermediate shoulder can be improved.
В реализациях, где на муфте предусмотрена первая кольцевая канавка, вторая периферийная поверхность может дополнительно включать в себя участок без резьбы, расположенный между первой кольцевой канавкой и первой внутренней резьбой и имеющий продольную длину. Этот участок без резьбы может иметь внутреннюю периферийную поверхность с внутренним диаметром, меньшим, чем диаметр впадины резьбы первой внутренней резьбы, которая примыкает к участку без резьбы. В таких реализациях, участок без резьбы обеспечивает жесткость для участков муфты между первой кольцевой канавкой и промежуточным критическим сечением муфты, тем самым обеспечивая сопротивление против нагрузок сжатия и/или изгибающих нагрузок.In implementations where a first annular groove is provided on the box, the second peripheral surface may further include an unthreaded portion located between the first annular groove and the first internal thread and having a longitudinal length. This unthreaded area may have an inner circumferential surface with an inner diameter smaller than the diameter of the thread root of the first internal thread that abuts the unthreaded area. In such implementations, the unthreaded portion provides stiffness to the portions of the box between the first annular groove and the intermediate critical section of the box, thereby providing resistance against compressive and/or bending loads.
Первая кольцевая канавка, предусмотренная на муфте, может дополнительно включать в себя сужающуюся поверхность, прилегающую к этому одному из концов криволинейной поверхности, как определено вдоль осевого направления, которое является противоположным направлению, связанному с поверхностью промежуточного заплечика, при этом сужающаяся поверхность является участком поверхности в канавке первой кольцевой канавки, а криволинейная поверхность и внутренняя периферийная поверхность участка без резьбы могут быть соединены через эту сужающуюся поверхность. В таких реализациях, кончик режущей части режущего инструмента может быть вставлен в муфту вдоль сужающейся поверхности до того положения на первой круговой канавке, в котором должна быть образована криволинейная поверхность, и может быть создана поверхность промежуточного заплечика сразу после создания изогнутой поверхности, что еще дополнительно повышает производительность. В описанной выше конструкции, первая периферийная поверхность включает в себя внутреннюю периферийную поверхность участка без резьбы, а также криволинейную поверхность и сужающуюся поверхность первой кольцевой канавки, а первая кольцевая канавка определяется формой этой первой периферийной поверхности.The first annular groove provided on the sleeve may further include a tapered surface adjacent to that one of the ends of the curved surface, as defined along an axial direction that is opposite to the direction associated with the surface of the intermediate shoulder, the tapered surface being a surface portion in groove of the first annular groove, and the curved surface and the inner peripheral surface of the non-threaded portion can be connected through this tapered surface. In such implementations, the tip of the cutting portion of the cutting tool may be inserted into the sleeve along the tapered surface to the position on the first circumferential groove where the curved surface is to be formed, and the intermediate shoulder surface may be created immediately after the curved surface is created, further improving performance. In the structure described above, the first circumferential surface includes an inner circumferential surface of the unthreaded portion, as well as a curved surface and a tapered surface of the first annular groove, and the first annular groove is defined by the shape of the first circumferential surface.
Муфта включает промежуточное критическое сечение муфты (см. фиг. 3), расположенное рядом с тем одним из концов первой внутренней резьбы, который находится ближе к поверхности промежуточного заплечика. Предпочтительно, площадь AB1 сечения того поперечного сечения муфты, которое содержит нижнюю часть первой кольцевой канавки, предусмотренной на муфте, больше, чем площадь AB2 сечения промежуточного критического сечения BICCS муфты. Это обеспечит прочность участка муфты, снаб- 6 043019 женного первой кольцевой канавкой.The coupling includes an intermediate critical section of the coupling (see Fig. 3), located next to one of the ends of the first internal thread, which is closer to the surface of the intermediate shoulder. Preferably, the cross-sectional area A B1 of that cross-section of the box which contains the lower part of the first annular groove provided on the box is larger than the sectional area A B2 of the intermediate critical section BICCS of the box. This will ensure the strength of the section of the coupling provided with the first annular groove.
Предпочтительно, край, соединяющий криволинейную поверхность первой кольцевой канавки, предусмотренной на муфте, и поверхность P3 промежуточного заплечика может быть расположена радиально наружу радиально внешнего края P4 поверхности промежуточного заплечика ниппеля (см. фиг. 3). В таких реализациях, может быть обеспечена большая площадь контакта между поверхностями промежуточного заплечика, даже когда радиус кривизны криволинейной поверхности является относительно большим. Радиально внутренний край P3 поверхности промежуточного заплечика муфты определяется как внешний конец прямого участка поверхности промежуточного заплечика, если смотреть в продольном сечении, за исключением закругленных участков на вершинах.Preferably, the edge connecting the curved surface of the first annular groove provided on the box and the surface P 3 of the intermediate shoulder may be located radially outward of the radially outer edge P 4 of the surface of the intermediate shoulder of the nipple (see Fig. 3). In such implementations, a large area of contact between intermediate shoulder surfaces can be provided even when the radius of curvature of the curved surface is relatively large. The radially inner edge P 3 of the surface of the intermediate shoulder of the box is defined as the outer end of the straight portion of the surface of the intermediate shoulder when viewed in longitudinal section, excluding the rounded areas at the tops.
Резьбовое соединение согласно настоящему варианту осуществления может быть подходящим образом реализовано как резьбовое соединение полуутопленного типа с муфтой, имеющей максимальный внешний диаметр менее 108% диаметра трубы стальной трубы, включая ниппель, и, в частности, подходящим образом реализован как интегральное резьбовое полуутопленное соединение с муфтой, предусмотренной на конце другой стальной трубы.The threaded connection according to the present embodiment can be suitably implemented as a semi-recessed type threaded connection with a box having a maximum outer diameter of less than 108% of the pipe diameter of the steel pipe including the pin, and in particular, suitably implemented as an integral threaded semi-recessed joint with a box, provided at the end of another steel pipe.
В контексте настоящего изобретения, различные критические сечения не включают в себя сечения резьб, а площадь сечения каждого критического сечения определяется как площадь сечения, исключающая любую резьбу, независимо от того будь то участок с идеальной резьбой или участок с несовершенной резьбой, винта с сужающейся резьбой.In the context of the present invention, the various critical sections do not include thread sections, and the sectional area of each critical section is defined as the sectional area excluding any thread, whether it be a perfectly threaded region or an imperfectly threaded region, of a tapered screw.
Конструкция резьбового соединения для трубы нефтяной скважины.The design of a threaded connection for an oil well pipe.
Ссылаясь на фиг. 1, резьбовое соединение для стальной трубы согласно настоящему варианту осуществления, обозначенное цифрой 1, представляет собой резьбовое соединение интегрального типа, включающее трубчатый ниппель 2 и трубчатую муфту 3, выполненную с возможностью навинчивания на ниппель 2, когда ниппель 2 вкручивается в нее. Ниппель 2 предусмотрен на конце одной из пары труб для нефтяной скважины, которые должны быть соединены вместе, в то время как муфта 3 предусмотрена на конце другой трубы для нефтяной скважины. Чтобы максимизировать толщину стенки трубы каждого из ниппеля 2 и муфты 3 в расположении, где ниппель 2, предусмотренный на конце одной трубы для нефтяной скважины, вставлен во внутреннюю часть муфты 3, расположенной на конце другой трубы для нефтяной скважины, ниппель 2 и муфта 3 образуются путем обработки конца трубы для нефтяной скважины, снабженного ниппелем 2 для получения уменьшенного диаметра, и обработки конца трубы для нефтяной, скважины, снабженного муфтой 3 для получения увеличенного диаметра с последующей обработкой каждого конца трубы, имеющего уменьшенный или увеличенный диаметр.Referring to FIG. 1, the steel pipe threaded joint of the present embodiment, indicated by 1, is an integral type threaded joint including a tubular nipple 2 and a tubular sleeve 3 capable of being screwed onto the nipple 2 when the nipple 2 is screwed into it. A nipple 2 is provided at the end of one of a pair of oil well pipes to be connected together, while a box 3 is provided at the end of the other oil well pipe. In order to maximize the pipe wall thickness of each of the pin 2 and the box 3 in the arrangement where the pin 2 provided at the end of one oil well pipe is inserted into the inside of the box 3 located at the end of the other oil well pipe, the pin 2 and the box 3 are formed by processing the end of the oil well pipe provided with the nipple 2 to obtain a reduced diameter, and processing the end of the oil well pipe provided with the sleeve 3 to obtain an increased diameter, and then processing each end of the pipe having a reduced or increased diameter.
Ниппель 2 продолжается от конца тела одной трубы для нефтяной скважины вдоль оси трубы, где направление продолжения (т.е. направление вправо на фиг. 1) может также называться как направление внешнего конца ниппеля. На внешней периферии ниппеля 2, начиная от тела трубы к внешнему концу, предусмотрены внешняя уплотняющая поверхность 21 ниппеля, первая наружная резьба 22, образованная винтом с сужающейся резьбой, участок 23 без резьбы, имеющий внешнюю периферийную поверхность, смежную с впадиной резьбы первой наружной резьбы 22, ступенчатый участок, включающий промежуточную поверхность 24 затяжки заплечика, кольцевая канавка 25, участок 26 без резьбы, имеющий внешнюю периферийную поверхность, прилегающую к вершине резьбы второй наружной резьбы 27, вторая наружная резьба 27, состоящая из винта с сужающейся резьбой с меньшим диаметром, чем первая наружная резьба 22, и внутренняя уплотняющая поверхность 28 ниппеля. Кольцевая канавка 25 предусмотрена на внешней периферийной поверхности ниппеля, расположенной между поверхностью 24 промежуточного заплечика и второй наружной резьбой 27.The nipple 2 extends from the end of the body of one oil well pipe along the axis of the pipe, where the direction of extension (ie the direction to the right in Fig. 1) may also be referred to as the direction of the outer end of the nipple. On the outer periphery of the nipple 2, starting from the pipe body to the outer end, there is an external sealing surface 21 of the nipple, a first external thread 22 formed by a screw with a tapering thread, a section 23 without a thread, having an external peripheral surface adjacent to the thread root of the first external thread 22 , a stepped section including an intermediate shoulder tightening surface 24, an annular groove 25, an unthreaded section 26 having an outer peripheral surface adjacent to the thread tip of the second outer thread 27, a second outer thread 27 consisting of a screw with a tapered thread with a smaller diameter than the first external thread 22, and the internal sealing surface 28 of the nipple. An annular groove 25 is provided on the outer peripheral surface of the pin located between the surface 24 of the intermediate shoulder and the second external thread 27.
Муфта 3 продолжается от конца тела другой трубы для нефтяной скважины вдоль оси трубы, где направление продолжения (т.е. направление влево на фиг. 1) может также называться как направление внешнего конца муфты. На внешней периферии муфты 3, начиная от внешнего конца к телу трубы, предусмотрены внешняя уплотняющая поверхность 31 муфты, первая внутренняя резьба 32, образованная винтом с сужающейся резьбой, участок 33 без резьбы, имеющий внутреннюю периферийную поверхность, смежную с вершиной резьбы первой наружной резьбы 32, кольцевая канавка 34, ступенчатый участок, включающий промежуточную поверхность 35 затяжки заплечика, участок 36 без резьбы, прилегающий к впадине резьбы второй внутренней резьбы 37, вторая внутренняя резьба 37, состоящая из винта с сужающейся резьбой с меньшим диаметром, чем первая внутренняя резьба 32, и внутренняя уплотняющая поверхность 38 муфты. Кольцевая канавка 34 предусмотрена на внутренней периферийной поверхности муфты, расположенной между поверхностью 35 промежуточного заплечика и первой внутренней резьбой 32.The sleeve 3 extends from the body end of the other oil well pipe along the axis of the pipe, where the direction of continuation (ie, the direction to the left in FIG. 1) may also be referred to as the direction of the outer end of the sleeve. On the outer periphery of the coupling 3, starting from the outer end to the body of the pipe, there is an outer sealing surface 31 of the coupling, a first internal thread 32 formed by a screw with a tapering thread, a threadless section 33 having an internal peripheral surface adjacent to the top of the thread of the first external thread 32 , an annular groove 34, a stepped section including an intermediate shoulder tightening surface 35, a threadless section 36 adjacent to the thread root of the second internal thread 37, a second internal thread 37 consisting of a screw with a tapered thread with a smaller diameter than the first internal thread 32, and an inner sealing surface 38 of the sleeve. An annular groove 34 is provided on the inner peripheral surface of the box located between the surface 35 of the intermediate shoulder and the first internal thread 32.
Как показано на фиг. 1, резьбовое соединение 1 с двухступенчатой резьбовой конструкцией по настоящему варианту осуществления имеет критическое сечение PCCS ниппеля, расположенное рядом с тем концом области зацепления между первой наружной и внутренней резьбами 22 и 32, который находится ближе к ниппелю тела трубы, и критическое сечение BCCS муфты, расположенное рядом с тем концом области зацепления между второй наружной и внутренней резьбами 27 и 37, который находится ближе к муфте тела трубы. Дополнительно, соединение имеет промежуточное критическое сечение BICCS муфты, расположенное рядом с тем концом области зацепления между первой наружной и внут- 7 043019 ренней резьбами 22 и 32, который находится ближе к поверхности промежуточного заплечика, и промежуточное критическое сечение PICCS ниппеля, расположенное рядом с тем концом области зацепления между второй наружной и внутренней резьбами 27 и 37, который находится ближе к поверхности промежуточного заплечика.As shown in FIG. 1, the threaded connection 1 with a two-stage threaded design of the present embodiment has a pin throat PCCS located near that end of the engagement area between the first male and female threads 22 and 32 that is closer to the pipe body pin, and a box throat BCCS, located near that end of the engagement area between the second male and female threads 27 and 37, which is closer to the sleeve of the pipe body. Additionally, the connection has an intermediate collar BICCS located adjacent to that end of the engagement area between the first male and female threads 22 and 32 that is closer to the surface of the intermediate shoulder, and an intermediate throat PICCS of the pin located adjacent to that the end of the engagement area between the second external and internal threads 27 and 37, which is closer to the surface of the intermediate shoulder.
Когда ниппель 2 и муфта 3 свинчены, внешняя уплотняющая поверхность 21 ниппеля и внешняя уплотняющая поверхность 31 муфты находятся в контакте вдоль всей окружности для образования уплотнения металл-металл, первая наружная резьба 22 зацепляет первую внутреннюю резьбу 32, поверхности 24 и 35 промежуточного заплечика находятся в контакте, чтобы выдерживать крутящий момент свинчивания, вторая наружная резьба 27 входит в зацепление со второй внутренней резьбой 37, а внутренняя уплотняющая поверхность 28 ниппеля находится в контакте с внутренней уплотняющей поверхностью 38 муфты вдоль всей окружности для образования уплотнения металл-металл.When the pin 2 and box 3 are screwed, the outer sealing surface 21 of the pin and the outer sealing surface 31 of the box are in circumferential contact to form a metal-to-metal seal, the first male thread 22 engages the first female thread 32, the surfaces 24 and 35 of the intermediate shoulder are in contact to withstand the make-up torque, the second male thread 27 engages with the second female thread 37, and the inner sealing surface 28 of the pin is in contact with the inner sealing surface 38 of the box along the entire circumference to form a metal-to-metal seal.
Когда соединение свинчено, участок 23 без резьбы ниппеля 2 был вставлен в участок 33 без резьбы муфты 3, и участок 26 без резьбы ниппеля 2 был вставлен в участок 36 без резьбы муфты 3. Между участками 22 и 33 без резьбы образуется зазор, и между участками 26 и 36 без резьбы образуется зазор.When the connection is screwed, the unthreaded section 23 of pin 2 was inserted into the unthreaded section 33 of box 3, and the section 26 without thread of pin 2 was inserted into the unthreaded section 36 of box 3. A gap is formed between sections 22 and 33 without thread, and between the sections 26 and 36 without a thread, a gap is formed.
Каждая из кольцевых канавок 25 и 34 составлена кольцевой канавкой, которая является непрерывной вдоль всей окружности. Кольцевая канавка 25 ниппеля 2 включает в себя криволинейную поверхность 25a, плавно прилегающую к поверхности промежуточного заплечика ниппеля 2 и имеющую постоянный радиус кривизны, и сужающуюся поверхность 25b, прилегающую к одному из концов криволинейной поверхности 25a, которая определяется вдоль осевого направления, которое является противоположным концу, связанному с поверхностью 24 промежуточного заплечика, при этом криволинейная поверхность и сужающаяся поверхность образуют поверхность в канавке кольцевой канавки. Сужающаяся поверхность 25b соединяет криволинейную поверхность 25a с внешней периферийной поверхностью участка 26 без резьбы. Кольцевая канавка 34 муфты 3 включает в себя криволинейную поверхность 34a, плавно прилегающую к поверхности 35 промежуточного заплечика муфты 3 и имеющую постоянный радиус кривизны, и сужающуюся поверхность 34b, прилегающую к одному из концов криволинейной поверхности 34a, которая определяется вдоль осевого направления, которое является противоположным концу, связанному с поверхностью 35 промежуточного заплечика, при этом криволинейная поверхность и сужающаяся поверхность образуют поверхность в канавке кольцевой канавки. Сужающаяся поверхность 34b соединяет криволинейную поверхность 34a с внутренней периферийной поверхностью участка 33 без резьбы.Each of the annular grooves 25 and 34 is composed of an annular groove that is continuous along the entire circumference. The annular groove 25 of the pin 2 includes a curved surface 25a smoothly adjacent to the surface of the intermediate shoulder of the pin 2 and having a constant radius of curvature, and a tapering surface 25b adjacent to one end of the curved surface 25a, which is defined along an axial direction that is opposite to the end associated with the surface 24 of the intermediate shoulder, while the curved surface and the tapering surface form a surface in the groove of the annular groove. The tapering surface 25b connects the curved surface 25a with the outer peripheral surface of the non-threaded portion 26. The annular groove 34 of the sleeve 3 includes a curved surface 34a smoothly adjacent to the surface 35 of the intermediate shoulder of the sleeve 3 and having a constant radius of curvature, and a tapering surface 34b adjacent to one end of the curved surface 34a, which is defined along an axial direction that is opposite the end associated with the surface 35 of the intermediate shoulder, while the curved surface and the tapering surface form a surface in the groove of the annular groove. The tapered surface 34b connects the curved surface 34a with the inner peripheral surface of the non-threaded portion 33.
Глубина канавки кольцевой канавки 25, то есть ее глубина относительно внешней периферийной поверхности участка 26 без резьбы, может быть, по существу, равна глубине впадины около того одного из концов второй наружной резьбы 27, который расположен внутрь, как определено вдоль осевого направления (т.е. ближе к поверхности промежуточного заплечика). Ссылаясь на фиг. 3, площадь поперечного сечения ниппеля 2, содержащая нижнюю часть периферийной канавки 25, называемая площадью AP1 сечения, предпочтительно, больше, чем площадь промежуточного критического сечения PICCS ниппеля, называемая как площадь AP2 сечения. Дополнительно, чтобы позволить кольцевой канавке 25 в достаточной степени проявлять свои эффекты, глубина канавки может быть, предпочтительно, такой, чтобы площадь AP1 сечения была меньше 110% площади AP2 сечения. Более предпочтительно, глубина канавки кольцевой канавки 25 может быть такой, чтобы площадь AP1 сечения была меньше 105% площади AP2 сечения.The depth of the groove of the annular groove 25, i.e. its depth relative to the outer peripheral surface of the unthreaded portion 26, may be substantially equal to the depth of the trough near that one of the ends of the second external thread 27 which is inward, as defined along the axial direction (i.e., i.e. closer to the surface of the intermediate shoulder). Referring to FIG. 3, the cross-sectional area of the pin 2 containing the lower part of the peripheral groove 25, referred to as the cross-sectional area A P1 , is preferably larger than the intermediate critical section PICCS of the pin, referred to as the cross-sectional area A P2 . Additionally, in order to allow the annular groove 25 to sufficiently exhibit its effects, the depth of the groove may preferably be such that the sectional area A P1 is less than 110% of the sectional area A P2 . More preferably, the groove depth of the annular groove 25 may be such that the sectional area A P1 is less than 105% of the sectional area A P2 .
Глубина канавки кольцевой канавки 34, то есть ее глубина относительно внутренней периферийной поверхности участка 33 без резьбы, может быть, по существу, равна глубине впадины около того одного из концов первой внутренней резьбы 32, который расположен внутрь, как определено вдоль осевого направления (т.е. ближе к поверхности промежуточного заплечика). Ссылаясь на фиг. 3, площадь поперечного сечения муфты 3, содержащая нижнюю часть периферийной канавки 34, называемая площадью AB1 сечения, предпочтительно, больше, чем площадь промежуточного критического сечения BICCS ниппеля, называемая как площадь AB2 сечения. Дополнительно, чтобы позволить кольцевой канавке 34 в достаточной степени проявлять свои эффекты, глубина канавки может быть, предпочтительно, такой, чтобы площадь AB1 сечения была меньше 110% площади AB2 сечения. Более предпочтительно, глубина канавки кольцевой канавки 34 может быть такой, чтобы площадь AP1 сечения была меньше 105% площади AP2 сечения.The depth of the groove of the annular groove 34, i.e. its depth relative to the inner peripheral surface of the unthreaded portion 33, may be substantially equal to the depth of the trough near that one of the ends of the first internal thread 32 which is inward, as defined along the axial direction (i.e. i.e. closer to the surface of the intermediate shoulder). Referring to FIG. 3, the cross-sectional area of the box 3 containing the lower part of the peripheral groove 34, referred to as the cross-sectional area AB1, is preferably larger than the area of the intermediate critical section BICCS of the pin, referred to as the cross-sectional area A B2 . Additionally, in order to allow the annular groove 34 to sufficiently exhibit its effects, the depth of the groove may preferably be such that the sectional area A B1 is less than 110% of the sectional area A B2 . More preferably, the groove depth of the annular groove 34 may be such that the sectional area A P1 is less than 105% of the sectional area A P2 .
В показанном варианте осуществления, каждая из поверхностей 24 и 35 промежуточного заплечика образована плоской поверхностью, перпендикулярной оси трубы. Как подробно показано на фиг. 3, радиально внутренний край P1 поверхности 24 промежуточного заплечика ниппеля 2, в целом, находится в том же радиальном положении, что и внешняя периферийная поверхность участка 26 без резьбы, а радиально внешний край P4 поверхности 24 промежуточного заплечика, в целом, находится в том же радиальном положении, что и внешняя периферийная поверхность участка 23 без резьбы. Радиально внутренний край P2 поверхности 35 промежуточного заплечика муфты 3, в целом, находится в том же радиальном положении, что и внутренняя периферийная поверхность участка 36 без резьбы, а радиально внешний край P3 поверхности 35 промежуточного заплечика, в целом, находится в таком же радиальном положе- 8 043019 нии, что и внутренняя периферийная поверхность участка 33 без резьбы. Внутренний край поверхности 24 промежуточного заплечика ниппеля 2, то есть край, соединяющий поверхность 24 промежуточного заплечика и криволинейную поверхность 25a периферийной канавки 25, обозначенный P1, расположен радиально внутри от радиально внутреннего края P2 промежуточного заплечика 35 муфты. Внешний край поверхности 35 промежуточного заплечика муфты 3, то есть край, соединяющий поверхность 35 промежуточного заплечика и криволинейную поверхность 34a кольцевой канавки 34, обозначенный P3, расположен радиально наружу от радиально внешнего края поверхности 24 промежуточного заплечика ниппеля, обозначенного P4. Поскольку криволинейные поверхности 25a и 34a соединяются с поверхностями 24 и 35 промежуточного заплечика, радиусы кривизны криволинейных поверхностей 25a и 34a могут быть увеличены без уменьшения площади контакта между промежуточными поверхностями 24 и 35 промежуточного заплечика.In the embodiment shown, intermediate shoulder surfaces 24 and 35 are each formed by a flat surface perpendicular to the axis of the pipe. As shown in detail in FIG. 3, the radially inner edge P1 of the intermediate shoulder surface 24 of the nipple 2 is generally in the same radial position as the outer circumferential surface of the unthreaded portion 26, and the radially outer edge P4 of the intermediate shoulder surface 24 is generally in that the same radial position as the outer peripheral surface of the unthreaded section 23. The radially inner edge P 2 of the surface 35 of the intermediate shoulder of the coupling 3 is generally in the same radial position as the inner peripheral surface of the unthreaded section 36, and the radially outer edge P 3 of the surface 35 of the intermediate shoulder is generally in the same 8 043019 radial position as the inner peripheral surface of section 33 without thread. The inner edge of the intermediate shoulder surface 24 of the pin 2, that is, the edge connecting the intermediate shoulder surface 24 and the curved surface 25a of the peripheral groove 25, designated P1, is located radially inward from the radially inner edge P 2 of the intermediate sleeve shoulder 35. The outer edge of the intermediate shoulder surface 35 of the box 3, that is, the edge connecting the intermediate shoulder surface 35 and the curved surface 34a of the annular groove 34, indicated by P 3 , is located radially outward from the radially outer edge of the intermediate shoulder surface 24 of the nipple, indicated by P 4 . Since the curved surfaces 25a and 34a are connected to the surfaces 24 and 35 of the intermediate shoulder, the radii of curvature of the curved surfaces 25a and 34a can be increased without reducing the contact area between the intermediate surfaces 24 and 35 of the intermediate shoulder.
Способ обработки для создания кольцевой канавки.Processing method for creating an annular groove.
Фиг. 4 представляет собой увеличенный вид сбоку заостренной режущей части 4 кончика режущего инструмента (резьбонарезной пластины) для обработки с целью создания резьбы 22, 27, 32 и 37 и кольцевых канавок 25 и 34. Режущая часть 4 имеет закругленный кончик 41 с заданным радиусом R кривизны, а также левый и правый боковые края 42 и 43. Левый и правый боковые края 42 и 43 расположены под углом α режущей пластины, с тем, чтобы постепенно расширяться по мере удаления от закругленного кончика 41.Fig. 4 is an enlarged side view of the pointed cutting part 4 of the tip of the cutting tool (thread cutting insert) for processing to create threads 22, 27, 32 and 37 and annular grooves 25 and 34. The cutting part 4 has a rounded tip 41 with a predetermined radius R of curvature, and left and right side edges 42 and 43. The left and right side edges 42 and 43 are positioned at an angle α of the insert so as to gradually widen as they move away from the rounded tip 41.
Режущая часть 4 имеет задние углы K' и K'' относительно обрабатываемой поверхности, которые необходимы во время обработки. То есть, как показано на фиг. 5, механическая обработка невозможна, если углы θ' и θ'' между левым и правым боковыми краями 42 и 43 и обрабатываемой поверхностью больше, чем задние углы K' и K''. Таким образом, во время обработки для создания поверхности 24 промежуточного заплечика ниппеля и кольцевой канавки 25, режущая часть 4 может быть вставлена в заготовку под углом, который удовлетворяет соотношению θ' > K' и соотношению θ'' > K'', как показано на фиг. 5, чтобы обеспечить последовательную механическую обработку для создания кольцевой канавки 25 и поверхности 24 промежуточного заплечика. Дополнительно, поскольку кольцевая канавка 25 включает в себя сужающуюся поверхность 25b, можно вставить режущую часть 4, сохраняя задний угол K'. Дополнительно, ввиду необходимости использования закругленного кончика 41 с радиусом R кривизны, меньшим, чем радиус кривизны криволинейной поверхности 25a, которая должна быть создана, кольцевая канавка 25 настоящего изобретения имеет глубину, которая позволяет обеспечивать относительно большой радиус R' кривизны для криволинейной поверхности 25a без ущерба для площади контакта между поверхностями промежуточного заплечика, что позволяет использовать кончик режущего инструмента с закругленным кончиком 41, имеющим большой радиус R кривизны. То же самое относится к процессу для кольцевой канавки 34 и поверхности 35 промежуточного заплечика муфты.The cutting part 4 has relief angles K' and K'' with respect to the surface to be machined, which are necessary during machining. That is, as shown in FIG. 5, machining is not possible if the angles θ' and θ'' between the left and right side edges 42 and 43 and the surface to be machined are larger than the clearance angles K' and K''. Thus, during processing to create the surface 24 of the intermediate shoulder of the nipple and the annular groove 25, the cutting portion 4 can be inserted into the workpiece at an angle that satisfies the relationship θ' > K' and the relationship θ'' > K'', as shown in fig. 5 to provide consistent machining to create the annular groove 25 and intermediate shoulder surface 24. Additionally, since the annular groove 25 includes the tapered surface 25b, it is possible to insert the cutting portion 4 while maintaining the relief angle K'. Additionally, in view of the need to use a rounded tip 41 with a radius R of curvature smaller than the radius of curvature of the curved surface 25a to be created, the annular groove 25 of the present invention has a depth that allows a relatively large radius R' of curvature to be provided to the curved surface 25a without compromising for the area of contact between the surfaces of the intermediate shoulder, which allows the use of the tip of the cutting tool with a rounded tip 41 having a large radius R of curvature. The same applies to the process for the annular groove 34 and the intermediate shoulder surface 35 of the coupling.
Настоящее изобретение является не только применимым к резьбовым соединениям интегрального типа, но также и к резьбовым соединениям муфтового типа. Дополнительно, каждая из резьб может быть трапециевидной резьбой, закругленной кромкой API, упорной резьбой API или клиновидной резьбой. В противном случае, настоящее изобретение не ограничено иллюстрированными выше вариантами осуществления, и возможны различные модификации без отклонения от духа настоящего изобретения.The present invention is not only applicable to integral type threaded connections, but also to box type threaded connections. Additionally, each of the threads may be a trapezoidal thread, an API rounded thread, an API thrust thread, or a wedge thread. Otherwise, the present invention is not limited to the embodiments illustrated above, and various modifications are possible without deviating from the spirit of the present invention.
ПримерыExamples
Для подтверждения эффектов резьбового соединения для стальной трубы согласно настоящему варианту осуществления, численный имитационный анализ проводился с использованием упругопластического метода конечных элементов.In order to confirm the effects of a threaded connection for a steel pipe according to the present embodiment, numerical simulation analysis was carried out using the elastoplastic finite element method.
Условия испытания.Test conditions.
Образцы (модели для анализа) интегрального резьбового соединения для трубы нефтяной скважины, показанного на фиг. 1-3, из двух (большого и малого) диаметров трубы, где образцы № 2 и № 4 имели кольцевые канавки 25 и 34, а образцы № 1 и № 3 не имели ни одной кольцевой канавки, и был проведен упругопластический анализ с использованием метода конечных элементов для каждого образца, и было проведено сравнение между различными значениями эквивалентной пластической деформации, создаваемой во впадине резьбы второй наружной резьбы, включая промежуточное критическое сечение ниппеля, и эквивалентной пластической деформации, создаваемой во впадине резьбы первой внутренней резьбы, включая промежуточное критическое сечение муфты.Samples (models for analysis) of an integral threaded connection for an oil well pipe shown in FIG. 1-3, of two (large and small) pipe diameters, where samples No. 2 and No. 4 had annular grooves 25 and 34, and samples No. 1 and No. 3 did not have any annular grooves, and an elastic-plastic analysis was carried out using the method finite elements for each sample, and a comparison was made between different values of the equivalent plastic deformation generated in the thread root of the second male thread, including the intermediate critical section of the pin, and the equivalent plastic deformation generated in the thread root of the first internal thread, including the intermediate critical section of the box.
Размер труб для нефтяной скважины.Oil well pipe size.
Трубы для нефтяной скважины образцов № 1 и № 2 имели размер 9 5/8'' 47,0# (внешний диаметр тела трубы: 244,48 мм; внутренний диаметр тела трубы: 220,50 мм), а эффективность соединения (то есть отношение площади критического сечения BCCS муфты к площади сечения тела трубы) 67,3%.The oil well pipes of samples No. 1 and No. 2 had a size of 9 5/8'' 47.0# (pipe body outer diameter: 244.48 mm; pipe body inner diameter: 220.50 mm), and the connection efficiency (i.e. the ratio of the critical section area of the BCCS coupling to the sectional area of the pipe body) 67.3%.
Трубы для нефтяной скважины образцов № 3 и № 4 имели размер, описанный как 13 3/8'' 72,0# (внешний диаметр тела трубы: 339,73 мм; внутренний диаметр тела трубы: 313,60 мм), и эффективность соединения 70,5%.Oil well pipes of samples No. 3 and No. 4 had a size described as 13 3/8'' 72.0# (pipe body outer diameter: 339.73 mm; pipe body inner diameter: 313.60 mm), and the connection efficiency 70.5%.
Для каждого образца каждая резьба имела единый размер, описанный как угол сужения резьбы 1,591°, высоту резьбы 1,3 мм и шаг резьбы 5,08 мм.For each sample, each thread had a single dimension, described as a taper angle of 1.591°, a thread height of 1.3 mm, and a thread pitch of 5.08 mm.
- 9 043019- 9 043019
Дополнительно, каждая из кольцевых канавок 25 и 34 каждого образца имела единую форму, где радиус кривизны криволинейной поверхности 25a, 34a составлял 1,7 мм, глубина канавки составляла 1,2 мм и угол между образующей сужения сужающейся поверхности 25b, 34b и оси трубы составляла 15°.Additionally, each of the annular grooves 25 and 34 of each sample had a uniform shape, where the radius of curvature of the curved surface 25a, 34a was 1.7 mm, the depth of the groove was 1.2 mm, and the angle between the constriction generatrix of the converging surface 25b, 34b and the pipe axis was 15°.
Материал труб для нефтяной скважины.Oil well pipe material.
Материал труб для нефтяной скважины Q125 в соответствии со стандартами API (номинальный предел текучести YS=862 МПа (125 тыс. фунтов/кв.дюйм)).Oil well pipe material Q125 in accordance with API standards (nominal yield strength YS=862 MPa (125 ksi)).
Способ вычисления.Calculation method.
Сначала каждый образец в том виде, в котором он был изготовлен, был смоделирован и проанализирован, перед повторными сложными нагрузками, имитирующими испытания серии A, определенные в API 5C5: 2017 CAL IV, были применены к собранным моделям, а значения для различных образцов эквивалентной пластической деформации непосредственно после приложения простого растягивающего нагружения на более ранней стадии, сложного нагружения, и эквивалентная пластическая деформация после завершения всего процесса многократного сложного нагружения, сравнивались.First, each sample as it was made was simulated and analyzed, before repeated complex loads simulating the A-series tests defined in API 5C5:2017 CAL IV were applied to the assembled models, and the values for various samples of the equivalent plastic deformations immediately after the application of simple tensile loading at an earlier stage, complex loading, and the equivalent plastic deformation after completion of the entire process of multiple complex loading, were compared.
Результаты вычисления.Calculation results.
Результаты сравнения между образцами № 1 и № 2 с малым диаметром показаны на графиках на фиг. 6A, 6B, 7A и 7B.The results of the comparison between samples No. 1 and No. 2 with a small diameter are shown in the graphs in FIG. 6A, 6B, 7A and 7B.
Фиг. 6А показывает эквивалентное распределение пластической деформации в промежуточном критическом сечении ниппеля и рядом с ним непосредственно после приложения простой растягивающей нагрузки; фиг. 6В показывает эквивалентное распределение пластической деформации в промежуточном критическом сечении ниппеля и рядом с ним после завершения всего процесса многократного сложного нагружения; фиг. 7А показывает эквивалентное распределение пластической деформации в промежуточном критическом сечении муфты и рядом с ней непосредственно после приложения простой растягивающей нагрузки; и фиг. 7В показывает эквивалентное распределение пластической деформации в промежуточном критическом сечении муфты и рядом с ней после завершения всего процесса многократного сложного нагружения. Горизонтальная ось, обозначенная осевая координата, указывает расстояние от поверхности промежуточного заплечика, измеренное в направлении оси трубы, где положительное значение означает расстояние от поверхности промежуточного заплечика в направлении к телу трубы от ниппеля, а отрицательное значение означает расстояние от поверхности промежуточного заплечика в направлении к кончику ниппеля. Места, в которых была измерена эквивалентная пластическая деформация, обозначены точками на фиг. 6C и 7C.Fig. 6A shows the equivalent plastic strain distribution in and near the intermediate critical section of the pin immediately after application of a simple tensile load; fig. 6B shows the equivalent plastic strain distribution in and near the intermediate critical section of the pin after completion of the entire multiple compound loading process; fig. 7A shows the equivalent plastic strain distribution in and near the intermediate critical section of the coupling immediately after application of a simple tensile load; and fig. 7B shows the equivalent plastic strain distribution in and near the intermediate critical section of the coupling after completion of the entire multiple compound loading process. The horizontal axis, labeled axial coordinate, indicates the distance from the surface of the intermediate shoulder, measured in the direction of the pipe axis, where a positive value indicates the distance from the surface of the intermediate shoulder in the direction of the pipe body from the pin, and a negative value indicates the distance from the surface of the intermediate shoulder in the direction towards the tip nipple. The locations where the equivalent plastic strain was measured are indicated by dots in FIG. 6C and 7C.
Как будет очевидно из этих графиков, было подтверждено, что эквивалентная пластическая деформация была ниже в образце № 2, включая кольцевые канавки 25 и 34, чем в образце № 1 без кольцевой канавки, во всем диапазоне на и около промежуточного критического сечения ниппеля, а также на и около промежуточного критического сечения муфты. В графиках по фиг. 6А и 6В, правый пик соответствует закругленному участку нижней части опорной стороны второй наружной резьбы 27, в то время как левый пик соответствует закругленному участку нижней части закладной стороны.As will be apparent from these graphs, it was confirmed that the equivalent plastic strain was lower in specimen #2, including annular grooves 25 and 34, than in specimen #1 without annular groove, over the entire range at and near the intermediate critical section of the pin, and at and near the intermediate critical section of the coupling. In the graphs of Fig. 6A and 6B, the right peak corresponds to the rounded portion of the lower part of the supporting side of the second male thread 27, while the left peak corresponds to the rounded portion of the lower part of the embed side.
Различия между образцами № 1 и № 2 более значительны непосредственно после приложения простой растягивающей нагрузки, чем после завершения всего процесса, предположительно из-за того, что пластические деформации в различных положениях накапливались при повторении сложных нагрузок.The differences between samples #1 and #2 are more significant immediately after applying a simple tensile load than after the completion of the entire process, presumably due to the fact that plastic deformations in various positions accumulated with repetition of complex loads.
Аналогичным образом, результаты сравнений между образцами № 3 и № 4 большого диаметра показаны на графиках фиг. 8A, 8B, 9A и 9B. Как будет очевидно из этих графиков, образцы большого диаметра продемонстрировали тенденции, аналогичные таковым для образцов малого диаметра, подтверждая, что обеспечение кольцевых канавок снижает пластические деформации, возникающие во впадине резьбы на промежуточных критических сечениях и вблизи них, независимо от диаметра трубы.Similarly, the results of comparisons between samples #3 and #4 of large diameter are shown in the graphs of FIG. 8A, 8B, 9A and 9B. As will be apparent from these plots, the large diameter specimens showed similar trends to those of the small diameter specimens, confirming that the provision of annular grooves reduces plastic deformation occurring at the root of the thread at and near intermediate critical sections, regardless of pipe diameter.
Перечень ссылочных позицийList of reference positions
1: резьбовое соединение;1: threaded connection;
2: ниппель;2: nipple;
22: первая наружная резьба;22: first external thread;
24: поверхность промежуточного заплечика;24: intermediate shoulder surface;
25: кольцевая канавка;25: annular groove;
25а: криволинейная поверхность;25a: curved surface;
25b: сужающаяся поверхность;25b: tapering surface;
26: участок без резьбы;26: section without thread;
27: вторая наружная резьба;27: second external thread;
3: муфта;3: clutch;
32: первая внутренняя резьба;32: first female thread;
33: участок без резьбы;33: section without thread;
34: кольцевая канавка;34: annular groove;
34а: криволинейная поверхность;34a: curved surface;
34b: сужающаяся поверхность;34b: tapering surface;
35: поверхность промежуточного заплечика;35: intermediate shoulder surface;
37: вторая внутренняя резьба;37: second female thread;
- 10 043019- 10 043019
PIC CS: промежуточное критическое сечение ниппеля;PIC CS: intermediate critical section of the nipple;
BICCS: промежуточное критическое сечение муфты.BICCS: coupling intermediate critical section.
Claims (10)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019-172936 | 2019-09-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA043019B1 true EA043019B1 (en) | 2023-04-19 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10400922B2 (en) | Threaded joint for steel pipes | |
| US20050248153A1 (en) | Threaded joint for steel pipes | |
| AU2014376828B2 (en) | Threaded joint for heavy-walled oil country tubular goods | |
| WO2004023020A1 (en) | Threaded tube joint | |
| US11035502B2 (en) | Compression resistant threaded connection | |
| EA033731B1 (en) | Threaded joint for steel pipe | |
| EA033926B1 (en) | Threaded joint for steel pipes | |
| EA038944B1 (en) | Threaded joint for steel pipe | |
| US11892106B2 (en) | Threaded connection for steel pipe | |
| US7614667B2 (en) | Pipe connection | |
| JPH06281061A (en) | Threaded joint for oil well | |
| JP7290738B2 (en) | threaded joint | |
| EA043019B1 (en) | THREADED CONNECTION | |
| JPH1096489A (en) | Screw joint for oil well pipe excellent in external pressure resistance | |
| JP3714138B2 (en) | Pipe threaded joints | |
| JP7455866B2 (en) | threaded fittings for pipes | |
| OA21091A (en) | Screw-threaded joint | |
| EA042332B1 (en) | SCREW CONNECTION FOR STEEL PIPES | |
| OA20904A (en) | Threaded joint for pipe. | |
| OA20943A (en) | Threaded coupling for steel pipe | |
| EP1828658A1 (en) | Improved pipe connection |