EA044221B1

EA044221B1 - THREADED CONNECTION FOR PIPE

Info

Publication number: EA044221B1
Application number: EA202291271
Authority: EA
Inventors: Сатоси Марута; Йоусуке Оку; Пьер Мартин; Дали Дали
Original assignee: Ниппон Стил Корпорейшн; Валлурек Ойл Энд Гэс Франс
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2023-07-31

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

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

Предпосылки к созданию изобретенияPrerequisites for creating an invention

В нефтяных скважинах, скважинах природного газа и т.д. (далее в совокупности именуемые нефтяные скважины) подземные ресурсы добываются с использованием систем обсадных труб, которые образуют множество отрезков стенок скважины и трубопроводов, расположенных внутри системы обсадных труб для добычи нефти или газа. Такая обсадная труба или трубопровод состоит из большого числа стальных труб, соединенных последовательно, причем для соединения таких труб используется резьбовое соединение для труб. Стальная труба, используемая в нефтяной скважине, также называется трубой нефтяной скважины.In oil wells, natural gas wells, etc. (collectively referred to as oil wells) underground resources are produced using casing systems that form a plurality of well sections and piping located within the casing system to produce oil or gas. Such a casing or pipeline consists of a large number of steel pipes connected in series, a threaded pipe connection being used to connect such pipes. The steel pipe used in oil well is also called oil well pipe.

Резьбовые соединения для трубы, в целом, классифицируются как интегрального типа и муфтового типа. Интегральные резьбовые соединения для трубы раскрыты, например, в патентном документе 1, а также в патентном документе 2, фиг. 5-7, оба приведены ниже, а резьбовые соединения муфтового типа для трубы раскрыты, например, в патентном документе 2, фиг. 4, а также в патентном документе 3.Pipe threaded connections are generally classified as integral type and coupling type. Integral threaded connections for pipe are disclosed, for example, in Patent Document 1 as well as in Patent Document 2, FIG. 5-7 are both shown below, and coupling-type threaded connections for pipe are disclosed, for example, in Patent Document 2, FIG. 4 and also in Patent Document 3.

Интегральное соединение напрямую соединяет трубы нефтяной скважины. Конкретно, внутренняя резьба предусмотрена на одном конце каждой трубы нефтяной скважины, в то время как наружная резьба предусмотрена на другом конце каждой трубы; при этом во внутреннюю резьбу одной трубы нефтяной скважины ввинчивается наружная резьба другой трубы нефтяной скважины, так что трубы нефтяной скважины соединяются.An integral connection directly connects the oil well pipes. 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 pipe; whereby the male thread of another oil well pipe is screwed into the internal thread of one oil well pipe, so that the oil well pipes are connected.

В случае соединения муфтового типа, трубы нефтяной скважины соединяются с использованием трубчатой соединительной муфты. В частности, внутренняя резьба предусмотрена на каждом конце соединительной муфты, в то время как наружная резьба предусмотрена на каждом конце каждой трубы нефтяной скважины. Затем одна наружная резьба одной трубы нефтяной скважины ввинчивается в одну внутреннюю резьбу соединительной муфты, а одна наружная резьба другой трубы нефтяной скважины ввинчивается в другую внутреннюю резьбу соединительной муфты, так что трубы нефтяной скважины соединяются посредством соединительной муфты. То есть, соединение муфтового типа непосредственно 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 of 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 another internal thread of the coupling, so that the oil well pipes are connected by the coupling. That is, a coupling-type connection directly connects a pair of pipes, one of which is an oil well pipe, while the other is a coupling.

В целом, конец трубы нефтяной скважины, на котором предусмотрена наружная резьба, включает элемент, который должен быть вставлен во внутреннюю резьбу, предусмотренную на трубе нефтяной скважины или соединительной муфте, и таким образом, называется ниппелем. Конец трубы для нефтяной скважины или соединительной муфты, на котором предусмотрена внутренняя резьба, включает элемент для приема наружной резьбы, предусмотренной на конце трубы нефтяной скважины, и таким образом, называется муфтой.In general, the end of an oil well pipe on which a male thread is provided includes a member that is to be inserted into a female thread provided on the oil well pipe or coupling, and is thus called a nipple. The end of the oil well pipe or coupling on which an internal thread is provided includes a member for receiving an external thread provided on the end of the oil well pipe and is thus called a coupling.

В соответствии с последними стандартами для соединений для трубы нефтяной скважины, такими как API 5C5 RP CAL-IV 2017, нагрузки растяжения, сжатия, внутреннего давления и внешнего давления вдоль эллипсов комбинированных нагрузок серии испытаний А больше, чем у более старых стандартов, таких как ISO-CAL IV 2002. Кроме того, в последние годы разрабатывались все более и более глубокие скважины с более высокими температурами и более высокими давлениями, что приводило к все более и более жестким условиям, в которых используются резьбовые соединения для трубы нефтяной скважины; в частности, желательными являются улучшения характеристики против осевых сжимающих нагрузок (далее также называемых как сопротивление сжатию).According to the latest standards for oil well pipe connections such as API 5C5 RP CAL-IV 2017, the tensile, compressive, internal pressure and external pressure loads along the combined load ellipses of test series A are greater than those of older standards such as ISO -CAL IV 2002. In addition, in recent years, deeper and deeper wells have been developed with higher temperatures and higher pressures, resulting in increasingly harsh conditions in which oil well pipe threaded connections are used; in particular, improvements in performance against axial compressive loads (hereinafter also referred to as compressive strength) are desirable.

Между тем, глубокая скважина имеет сложное распределение пластового давления по глубине, что требует повышенного количества отрезков обсадной трубы; таким образом, требуется тип резьбового соединения, которое имеет максимальный внешний диаметр, т.е. внешний диаметр муфты, который, по существу, равен внешнему диаметру тела трубы, трубы нефтяной скважины. Резьбовое соединение с внешним диаметром муфты, который, по существу, равен внешнему диаметру тела трубы, трубы нефтяной скважины, иногда называют резьбовым соединением утопленного типа. Дополнительно, резьбовое соединение с внешним диаметром муфты, который, в целом, меньше, чем 108% внешнего диаметра тела трубы, трубы нефтяной скважины, иногда 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 внутри при ограниченной толщине стенки трубы.Meanwhile, a deep well has a complex distribution of reservoir pressure along the depth, which requires an increased number of casing pipe sections; thus, a type of threaded connection is required that has a maximum outer diameter, i.e. the outer diameter of the coupling, which is essentially equal to the outer diameter of the pipe body, the oil well pipe. A threaded connection with an outer diameter of the coupling that is substantially equal to the outer diameter of the pipe body of the oil well pipe is sometimes called a recessed type threaded connection. Additionally, a threaded connection with an outer diameter of the coupling that is generally less than 108% of the outer diameter of the pipe body of the oil well pipe is sometimes called 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 inside the limited pipe wall thickness.

Для резьбовых соединений утопленного типа и полуутопленного типа с жесткими ограничениями по размеру, часто используется конструкция соединения, которая включает поверхности промежуточного заплечика в середине соединения, как определено вдоль осевого направления, с наружной и внутренней резьбами, каждая из которых составлена внутренней резьбой и внешней резьбой, расположенными впереди и сзади соответствующего промежуточного заплечика, т.е. двумя ступенями резьбы, как раскрыто в патентном документе 1. Конструкция соединения с двухступенчатой конструкцией резьбы обеспечивает большую площадь для критических сечений.For recessed type and semi-recessed type threaded connections with tight size restrictions, a connection design is often used that includes intermediate shoulder surfaces in the middle of the connection, as defined along the axial direction, with male and female threads, each composed of a female thread and an external thread, located in front and behind the corresponding intermediate shoulder, i.e. two-stage thread as disclosed in Patent Document 1. The connection design with two-stage thread design provides a larger area for the critical sections.

- 1 044221- 1 044221

Критическое сечение (CCS) означает вертикальное сечение (т.е. сечение, перпендикулярное оси трубы) соединения, в котором напряжение, возникающее, когда соединение свинчивается, и при приложении растягивающей нагрузки, является максимальным. При приложении чрезмерной растягивающей нагрузки, соединение, вероятно, будет разрушено в месте критического сечения или около него.Critical Section (CCS) means the vertical section (i.e. the section perpendicular to the axis of the pipe) of the joint at which the stress generated when the joint is made up and when a tensile load is applied is maximum. If excessive tensile load is applied, the connection is likely to fail at or near the critical section.

В резьбовом соединении для трубы нефтяной скважины, передача растягивающей нагрузки от ниппеля к муфте является в осевом направлении рассеянным вдоль всей области резьбового зацепления. Таким образом, сечение ниппеля, на которое действует вся растягивающая нагрузка, расположено дополнительно по направлению к телу трубы ниппеля, чем область зацепления резьбы, в то время как сечение муфты, на которое действует вся растягивающая нагрузка, расположено дополнительно по направлению к телу трубы муфты, чем область зацепления резьбы. То из сечений, на которое действует вся растягивающая нагрузка, которое имеет наименьшую площадь, представляет собой критическое сечение. То есть, когда соединение свинчено, и наружная и внутренняя резьбы находятся в зацеплении, вертикальное сечение (т.е. сечение, перпендикулярное оси трубы) муфты, содержащее место впадины резьбы этой внутренней резьбы, которое соответствует тому концу зацепления, который расположен ближе к кончику ниппеля, представляет собой критическое сечение муфты (BCCS). Когда соединение свинчено, и наружная и внутренняя резьбы находятся в зацеплении, вертикальное сечение (т.е. сечение, перпендикулярное оси трубы) ниппеля, содержащее место впадины резьбы этой наружной резьбы, которое соответствует тому концу зацепления, который расположен ближе к телу трубы ниппеля, представляет собой критическое сечение ниппеля (PCCS). То из критических сечений муфты и ниппеля, которое имеет меньшую площадь, представляет собой критическое сечение (CCS) данного конкретного резьбового соединения. Отношение площади критического сечения к площади сечения тела трубы, трубы нефтяной скважины называется прочностью соединения, которая является широко используемым показателем прочности на растяжение соединения для трубы нефтяной скважины относительно прочности на растяжение тела трубы.In a threaded connection for an oil well pipe, the transmission of tensile load from the pin to the coupling is axially dispersed along the entire thread engagement region. Thus, the section of the pin, which is subject to the entire tensile load, is located further towards the nipple pipe body than the thread engagement area, while the section of the coupling, which is subject to the entire tensile load, is located further towards the body of the coupling pipe, than the thread engagement area. That of the sections on which the entire tensile load acts, which has the smallest area, is the critical section. That is, when a joint is screwed together and both the male and female threads are in engagement, the vertical section (i.e., the section perpendicular to the axis of the pipe) of the coupling containing the thread root location of that internal thread corresponds to the end of the engagement that is closest to the tip nipple, represents the critical section of the coupling (BCCS). When a joint is screwed together and the male and female threads are engaged, the vertical section (i.e., the section perpendicular to the pipe axis) of the pin containing the thread root location of that male thread, which corresponds to that end of the engagement that is located closest to the pipe body of the pin, represents the pin critical section (PCCS). Whichever of the coupling and pin critical sections has the smaller area is the critical section (CCS) of that particular threaded connection. The ratio of the critical section area to the cross-sectional area of the pipe body, oil well pipe is called joint strength, which is a widely used indicator of the tensile strength of the joint for oil well pipe relative to the tensile strength of the pipe body.

Резьбовое соединение с двухступенчатой конструкцией резьбы, также имеет такие критические сечения муфты и ниппеля. Кроме того, резьбовое соединение с двухступенчатой конструкцией резьбы имеет еще одно место с небольшим сечением соединения для восприятия растягивающей нагрузки, расположенное в центральном участке соединения, как определено вдоль осевого направления, как обсуждалось выше. То есть, резьбовое соединение с двухступенчатой конструкцией резьбы имеет участок без резьбового зацепления в центральном его участке вдоль осевого направления. В этом участке без резьбового зацепления, растягивающая нагрузка, воспринимаемая ниппелем и муфтой, передается в осевом направлении без увеличения или уменьшения. Таким образом, сечение ниппеля внутри участка без резьбового зацепления, и имеющее наименьшую площадь в пределах этого участка, представляет собой промежуточное критическое сечение ниппеля (PICCS), в то время как сечение муфты, расположенное в участке без резьбового зацепления и имеющее наименьшую площадь в пределах этого участка, представляет собой промежуточное критическое сечение муфты (BICCS). Для предотвращения разрушения в центральном участке соединения, предпочтительно, чтобы сумма площадей промежуточных критических сечений ниппеля и муфты была больше, чем площадь критического сечения (CCS) резьбового соединения.A threaded connection with a two-stage thread design also has the same critical sections of the coupling and nipple. In addition, a threaded connection with a two-step thread design has another small joint section for carrying a tensile load located in the central portion of the connection as defined along the axial direction as discussed above. That is, a threaded connection with a two-stage thread design has a portion without thread engagement in its central portion along the axial direction. In this section without thread engagement, the tensile load carried by the pin and coupling is transmitted axially without increasing or decreasing. Thus, the section of the pin within the non-threaded engagement area, and having the smallest area within this area, is the pin intermediate critical section (PICCS), while the section of the coupling, located in the non-threaded engagement area, and having the smallest area within this area section, represents the intermediate critical section of the coupling (BICCS). To prevent failure in the central portion of the connection, it is preferable that the sum of the areas of the intermediate critical sections of the pin and coupling be greater than the critical section area (CCS) of the threaded connection.

Документы предшествующего уровня техникиPrior Art Documents

Патентные документыPatent documents

Патентный документ 1. JP 2018-536818 А (Публикация 2017/097700 А).Patent document 1. JP 2018-536818 A (Publication 2017/097700 A).

Патентный документ 2. JP Sho57(1982)-186690 A.Patent Document 2. JP Sho57(1982)-186690 A.

Патентный документ 3. Публикация 2014-045973 А.Patent Document 3. Publication 2014-045973 A.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Проблемы, решаемые изобретениемProblems solved by the invention

Интегральное резьбовое соединение полуутопленного типа с двухступенчатой конструкцией резьбы, раскрытое в патентном документе 1, требует образования двухступенчатой конструкции в пределах толщины стенки полой оболочки трубы нефтяной скважины, что приводит к снижении прочности соединения по сравнению с резьбовыми соединениями муфтового типа, использующих соединительную муфту, имеющую больший внешний диаметр, чем у трубы нефтяной скважины, что затрудняет обеспечение достаточной прочности для выдерживания высоких сжимающих нагрузок.The semi-recessed type integral threaded connection with a two-stage thread design disclosed in Patent Document 1 requires the formation of a two-stage design within the wall thickness of the hollow shell of the oil well pipe, which results in a decrease in the connection strength compared to the coupling type threaded connections using a coupling having a larger outside diameter than an oil well pipe, making it difficult to provide sufficient strength to withstand high compressive loads.

Как правило, для улучшения характеристики сжатия, эффективно увеличить площадь контакта между участками ниппеля и муфты, которые воспринимают сжимающие нагрузки. То есть, ожидается, что обеспечение достаточно большой радиальной ширины контакта между промежуточными заплечиками, которые функционируют как ограничители крутящего момента во время свинчивания (т.е. радиальной ширины участков контакта), будет способствовать улучшению характеристик сжатия.Generally, to improve the compression performance, it is effective to increase the contact area between the areas of the pin and the coupling that bear the compressive loads. That is, providing a sufficiently large radial contact width between the intermediate shoulders that function as torque limiters during make-up (ie, the radial width of the contact portions) is expected to improve compression performance.

Однако, если ширина контакта между поверхностями промежуточного заплечика увеличивается, толщина стенки трубы каждого из ниппеля и муфты, измеренная на резьбовых участках и/или участках уплотнения, снижается, что снижает герметичность, а также приводит к уменьшение суммы площадей промежуточного критического сечения ниппеля и критического сечения муфты, вызывающее снижение прочности на растяжение резьбового соединения.However, if the contact width between the surfaces of the intermediate shoulder increases, the pipe wall thickness of each pin and coupling, measured at the threaded sections and/or seal sections, decreases, which reduces the tightness, and also leads to a decrease in the sum of the areas of the intermediate critical section of the pin and the critical section couplings, causing a decrease in the tensile strength of the threaded connection.

Дополнительно, в патентном документе 1 говорится, что поверхности промежуточного заплечикаAdditionally, Patent Document 1 states that the surfaces of the intermediate shoulder

- 2 044221 резьбового соединения функционируют как ограничители крутящего момента во время свинчивания, и свинчивание завершается кончиком (20) ниппеля и концевым заплечиком (30) муфты, расположенными на расстоянии друг от друга, при этом патентный документ 1 ничего не говорит о поведении свинченного соединения при приложении осевой сжимающей нагрузки.- 2 044221 threaded connections function as torque limiters during make-up, and make-up is completed by the tip (20) of the pin and the end shoulder (30) of the coupling located at a distance from each other, while Patent Document 1 says nothing about the behavior of the make-up connection when application of axial compressive load.

Таким образом, в обычном резьбовом соединении патентного документа 1 сжимающие нагрузки должны восприниматься только за счет контакта между поверхностями (26, 28) промежуточного заплечика, что затрудняет значительное улучшение характеристик сжатия.Thus, in the conventional threaded connection of Patent Document 1, compressive loads must be absorbed only by the contact between the surfaces (26, 28) of the intermediate shoulder, which makes it difficult to significantly improve the compression performance.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение резьбового соединения для трубы с двухступенчатой конструкцией резьбы с дополнительным улучшением сопротивления сжатию.It is an object of the present invention to provide a threaded connection for a pipe with a two-stage thread design with further improvement in compression resistance.

Средство для решения проблемProblem Solver

Резьбовое соединение для труб согласно настоящему изобретению включает трубчатый ниппель и трубчатую муфту, при этом ниппель и муфта выполнены с возможностью свинчивания, когда ниппель ввинчивается в муфту.A threaded pipe connection according to the present invention includes a tubular nipple and a tubular coupling, wherein the nipple and the coupling are screwable when the nipple is screwed into the coupling.

Ниппель включает в себя: первую наружную резьбу; вторую наружную резьбу, расположенную дальше к кончику, чем первая наружная резьба, и имеющую меньший диаметр, чем первая наружная резьба; поверхность промежуточного заплечика ниппеля, расположенную между первой наружной резьбой и второй наружной резьбой; поверхность концевого заплечика ниппеля, расположенного на кончике ниппеля; и уплотняющую поверхность ниппеля, расположенную между второй наружной резьбой и поверхностью концевого заплечика ниппеля.The nipple includes: first male thread; a second male thread located further to the tip than the first male thread and having a smaller diameter than the first male thread; a pin intermediate shoulder surface located between the first male thread and the second male thread; the surface of a nipple end shoulder located at the tip of the nipple; and a pin sealing surface located between the second male thread and the pin end shoulder surface.

Муфта включает в себя: первую внутреннюю резьбу, выполненную с возможностью зацепления первой наружной резьбой, когда соединение свинчено; вторую внутреннюю резьбу, выполненную с возможностью зацепления второй наружной резьбой, когда соединение свинчено; поверхность промежуточного заплечика муфты, выполненную с возможностью быть в контакте с поверхностью промежуточного заплечика ниппеля, когда соединение свинчено; поверхность концевого заплечика муфты, соответствующую поверхности концевого заплечика ниппеля; и уплотняющую поверхность муфты, расположенную между второй внутренней резьбой и поверхностью концевого заплечика муфты и выполненную с возможностью быть в контакте с уплотняющей поверхностью ниппеля вдоль всей окружности, когда соединение свинчено.The coupling includes: a first internal thread configured to engage the first external thread when the connection is screwed together; a second internal thread configured to engage the second external thread when the connection is screwed; a surface of the intermediate shoulder of the coupling configured to be in contact with a surface of the intermediate shoulder of the pin when the connection is screwed; the surface of the end shoulder of the coupling corresponding to the surface of the end shoulder of the nipple; and a coupling sealing surface located between the second internal thread and a surface of the coupling end shoulder and configured to be in contact with the pin sealing surface along the entire circumference when the joint is screwed together.

В резьбовом соединении для трубы согласно настоящему изобретению осевое расстояние между поверхностью промежуточного заплечика муфты и поверхностью концевого заплечика муфты перед свинчиванием, L_B, больше, чем осевое расстояние между поверхностью промежуточного заплечика ниппеля и поверхностью концевого заплечика ниппеля, перед свинчиванием, L_P. Таким образом, во время свинчивания и в момент времени, когда поверхности промежуточного заплечика ниппеля и муфты начинают контактировать, поверхности концевого заплечика ниппеля и муфты не находятся в контакте. То есть поверхности промежуточного заплечика ниппеля и муфты функционируют как ограничители крутящего момента. С другой стороны, после завершения свинчивания, поверхности концевого заплечика ниппеля и муфты разнесены друг от друга. В качестве альтернативы, соединение может быть таким, что из-за свинчивания кончик ниппеля вытянут в направлении кончика относительно поверхности промежуточного заплечика ниппеля, и поверхность концевого заплечика ниппеля упруго деформируется в направлении кончика ниппеля, так, что после завершения свинчивания поверхности концевого заплечика ниппеля и муфты находятся в таком слабом контакте друг с другом, что практически не действуют как ограничители крутящего момента.In a threaded connection for a pipe according to the present invention, the axial distance between the surface of the intermediate collar shoulder and the surface of the end shoulder of the coupling before make-up, L _B , is greater than the axial distance between the surface of the intermediate shoulder of the pin and the surface of the end shoulder of the pin before make-up, L _P . Thus, during make-up and at the point in time when the surfaces of the intermediate shoulder of the pin and the coupling begin to contact, the surfaces of the end shoulder of the pin and the coupling are not in contact. That is, the surfaces of the intermediate shoulder of the pin and the coupling function as torque limiters. On the other hand, after make-up is completed, the surfaces of the end shoulder of the pin and the coupling are spaced apart from each other. Alternatively, the connection may be such that, due to make-up, the tip of the pin is extended in the tip direction relative to the surface of the intermediate pin shoulder, and the surface of the pin end shoulder is elastically deformed in the pin tip direction, so that after make-up is completed, the surface of the pin end shoulder and the coupling are in such weak contact with each other that they practically do not act as torque limiters.

Дополнительно, в резьбовом соединении для трубы согласно настоящему изобретению, разница между осевыми расстояниями (LB-LP) является такой, что, когда соединение свинчено и при приложении осевой сжимающей нагрузки, поверхность концевого заплечика ниппеля начинает контактировать с поверхностью концевого заплечика муфты раньше, чем достигается резьбовое соединение для труб. Таким образом, при приложении осевой сжимающей нагрузки, поверхности концевого заплечика ниппеля и муфты находятся в контакте, так что часть осевой сжимающей нагрузки может восприниматься поверхностями концевого заплечика ниппеля и муфты, и, таким образом, структура соединения в виде отверстия может обеспечить достижение требуемой прочности на сжатие. Дополнительно, контакт между поверхностями концевого заплечика ограничивает величину осевого смещения уплотняющей поверхности ниппеля относительно уплотняющей поверхности муфты и, таким образом, уменьшает повреждение, накопленное внутри и вблизи уплотняющих поверхностей ниппеля и муфты при приложении большой сжимающей нагрузки, так что герметичность при внутреннем давлении после исчезновения сжимающей нагрузки остается практически такой же, как и раньше.Additionally, in the threaded connection for pipe according to the present invention, the difference between axial distances (LB-LP) is such that when the connection is screwed and when an axial compressive load is applied, the surface of the pin end shoulder begins to contact the surface of the coupling end shoulder before it is reached threaded connection for pipes. Thus, when an axial compressive load is applied, the surfaces of the pin end shoulder and the coupling are in contact, so that part of the axial compressive load can be absorbed by the surfaces of the pin end shoulder and the coupling, and thus the hole connection structure can achieve the required strength at compression. Additionally, the contact between the end shoulder surfaces limits the amount of axial displacement of the pin sealing surface relative to the coupling sealing surface and thus reduces the damage accumulated in and adjacent to the pin and coupling sealing surfaces when a large compressive load is applied, such that sealing at internal pressure after the compressive load disappears the load remains almost the same as before.

Предпочтительно осевые расстояния L_B и L_P являются такими, что, когда соединение свинчено, и осевая сжимающая нагрузка не приложена, образуется зазор между поверхностью концевого заплечика ниппеля и поверхностью концевого заплечика муфты. В таких реализациях, поверхности концевого заплечика ниппеля и муфты не функционируют как заплечики для передачи крутящего момента, а функционируют как псевдо-заплечики, которые несут часть осевой сжимающей нагрузки.Preferably, the axial distances L _B and L _P are such that when the connection is screwed and no axial compressive load is applied, a gap is formed between the surface of the pin end shoulder and the surface of the coupling end shoulder. In such implementations, the pin and coupling end shoulder surfaces do not function as torque shoulders, but rather function as pseudo-shoulders that carry a portion of the axial compressive load.

Более предпочтительно, вторая наружная резьба и вторая внутренняя резьба сконструированы таким образом, что, когда соединение свинчено и осевая сжимающая нагрузка не приложена, образуетсяMore preferably, the second male thread and the second internal thread are designed such that when the connection is screwed and no axial compressive load is applied, a

- 3 044221 зазор между закладными сторонами второй наружной резьбы и второй внутренней резьбы, и при этом зазор между закладными сторонами имеет такой размер, что по мере постепенного увеличения прилагаемой осевой сжимающей нагрузки, сначала начинают контактировать закладные стороны, а затем контактировать поверхность концевого заплечика ниппеля и поверхность концевого заплечика муфты. В таких реализациях, часть осевой сжимающей нагрузки может восприниматься второй наружной и внутренней резьбами, что дополнительно улучшает сопротивление сжатию. Дополнительно, поверхности концевого заплечика начинают контактировать после того, как закладные стороны второй наружной и внутренней резьб начинают контактировать, тем самым уменьшая величину сжимающей нагрузки, воспринимаемой поверхностями концевого заплечика ниппеля и муфты. Таким образом, даже если площадь контакта между поверхностями концевого заплечика является небольшой, соединение, в целом, может иметь хорошее сопротивление сжатию.- 3 044221 the gap between the embedded sides of the second external thread and the second internal thread, and wherein the gap between the embedded sides is of such a size that as the applied axial compressive load gradually increases, the embedded sides first begin to contact, and then the surface of the end shoulder of the nipple and surface of the coupling end shoulder. In such implementations, part of the axial compressive load can be carried by the second male and female threads, which further improves the compression resistance. Additionally, the end shoulder surfaces begin to contact once the embedded sides of the second male and female threads begin to contact, thereby reducing the amount of compressive load carried by the pin and box end shoulder surfaces. Thus, even if the contact area between the surfaces of the end shoulder is small, the connection as a whole can have good compression resistance.

Предпочтительно, наклон прямой линии, соединяющей концы, как определено в осевом направлении, уплотняющей поверхности ниппеля составляет не менее 5% и не более 25%. Наклон более 25% затрудняет обеспечение достаточной величины взаимного влияния уплотнения. Наклон менее 5% увеличивает риск заедания во время свинчивания. Более предпочтительно, наклон может быть не менее 10% и не более 17%. Уплотняющая поверхность муфты может иметь наклон, аналогичный наклону уплотняющей поверхности ниппеля; предпочтительно, наклон уплотняющей поверхности муфты равен наклону уплотняющей поверхности ниппеля. Каждая из образующих сужения уплотняющих поверхностей ниппеля и муфты может быть прямой линией, может быть слегка изогнутой, чтобы выступать, или может локально включать выпуклую кривую линию и прямую линию.Preferably, the slope of the straight line connecting the ends, as defined in the axial direction, of the pin sealing surface is not less than 5% and not more than 25%. A slope greater than 25% makes it difficult to achieve sufficient compaction interference. A slope of less than 5% increases the risk of jamming during make-up. More preferably, the slope may be no less than 10% and no more than 17%. The sealing surface of the coupling may have a slope similar to that of the pin sealing surface; preferably, the inclination of the sealing surface of the coupling is equal to the inclination of the sealing surface of the pin. Each of the constricted sealing surfaces of the pin and box may be a straight line, may be slightly curved to project, or may locally include a convex curved line and a straight line.

Как используется в данном документе, по завершении свинчивания означает момент времени, когда после того, как ниппель свинчен на муфте, к резьбовому соединению не прикладывается ни осевая нагрузка, ни внутреннее/внешнее давление. С другой стороны, когда соединение свинчено означает, что ниппель и муфта свинчены, независимо от того, прикладывается ли по меньшей мере одно из: осевой нагрузки, внутреннего давления или внешнего давления. Когда соединение свинчено применяется, если ниппель и муфта свинчены, даже после приложения осевой нагрузки и внутреннего/внешнего давления в диапазоне, который не приводит к разрушению резьбового соединения или потере контактного поверхностного давления между уплотняющими поверхностями ниппеля и муфты, более предпочтительно, в пределах диапазона упругости.As used herein, make-up completion means the point in time when, after the pin has been made onto the coupling, no axial load or internal/external pressure is applied to the threaded connection. On the other hand, when the connection is screwed together means that the pin and the coupling are screwed together, regardless of whether at least one of axial load, internal pressure or external pressure is applied. When the connection is screwed, it is applied if the pin and coupling are screwed, even after applying an axial load and internal/external pressure in a range that does not result in failure of the threaded joint or loss of contact surface pressure between the sealing surfaces of the pin and coupling, more preferably within the elastic range .

Осевые расстояния L_P и L_B требуются только для того, чтобы дать, по существу, однозначную разность (L_B-L_P); по этой причине достаточно использовать единые стандарты для измерения, а осевые расстояния LB и LP сами по себе не обязательно должны быть точно и индивидуально определены. Например, осевое расстояние LB может быть осевым расстоянием между радиально внутренним краем поверхности промежуточного заплечика муфты и радиально внутренним краем поверхности концевого заплечика муфты; в таких реализациях, осевое расстояние LP представляет собой осевое расстояние между местом на поверхности промежуточного заплечика ниппеля, которое соответствует радиально внутреннему краю поверхности промежуточного заплечика муфты (т.е. местом, которое контактирует с радиально внутренним краем поверхности промежуточного заплечика муфты), и местом на поверхности промежуточного заплечика ниппеля, которое соответствует радиально внутреннему краю поверхности концевого заплечика муфты (т.е. местом, которое контактирует с радиально внутренним краем поверхности концевого заплечика муфты). Альтернативно, осевое расстояние L_P может быть осевым расстоянием между радиально внешним краем поверхности промежуточного заплечика ниппеля и радиально внешним краем поверхности концевого заплечика ниппеля; в таких реализациях, осевое расстояние LB представляет собой осевое расстояние между местом на поверхности промежуточного заплечика муфты, которое соответствует радиально внешнему краю поверхности промежуточного заплечика ниппеля (т.е. местом, которое контактирует с радиально внешним краем поверхности промежуточного заплечика ниппеля) и местом на поверхности промежуточного заплечика муфты, которое соответствует радиально внешнему краю поверхности концевого заплечика ниппеля (т.е. местом, которое контактирует с радиально внешним краем поверхности концевого заплечика ниппеля).The axial distances L _P and L _B are required only to give a substantially unambiguous difference (L _B -L _P ); for this reason, it is sufficient to use uniform standards for measurement, and the axial distances LB and LP themselves do not necessarily have to be precisely and individually determined. For example, the axial distance LB may be the axial distance between the radially inner surface edge of the coupling intermediate shoulder and the radially inner surface edge of the coupling end shoulder; in such implementations, the axial distance LP is the axial distance between a location on the surface of the intermediate pin shoulder that corresponds to the radially inner edge of the surface of the intermediate sleeve shoulder (i.e., a location that contacts the radially inner edge of the surface of the intermediate sleeve shoulder) and a location on a surface of the intermediate pin shoulder that corresponds to the radially inner edge of the coupling end shoulder surface (ie, a location that contacts the radially inner edge of the coupling end shoulder surface). Alternatively, the axial distance L _P may be the axial distance between the radially outer surface edge of the pin intermediate shoulder and the radially outer surface edge of the pin end shoulder; in such implementations, the axial distance LB is the axial distance between a location on the surface of the intermediate pin shoulder that corresponds to the radially outer edge of the surface of the intermediate pin shoulder (i.e., a location that contacts the radially outer edge of the surface of the intermediate pin shoulder) and a location on the surface an intermediate coupling shoulder that corresponds to the radially outer edge of the pin end shoulder surface (ie, a location that contacts the radially outer edge of the pin end shoulder surface).

Преимущества изобретенияAdvantages of the invention

Согласно настоящему изобретению, после завершения свинчивания, поверхности концевого заплечика ниппеля и муфты не находятся в контакте, или, даже если они находятся в контакте, контактное давление между поверхностями концевого заплечика ниппеля и муфты меньше, чем контактное давление между поверхностями промежуточного заплечика ниппеля и муфты. Таким образом, после завершения свинчивания ниппеля и муфты, большое сжимающее напряжение не создается в кончике ниппеля с поверхностью концевого заплечика ниппеля и близлежащими участками, тем самым обеспечивая запас для осевой сжимающей нагрузки, которая может быть воспринята поверхностью концевого заплечика ниппеля. Дополнительно, когда соединение свинчено и при приложении определенной величины осевой сжимающей нагрузки к резьбовому соединению для трубы, поверхность концевого заплечика ниппеля контактирует с поверхностью концевого заплечика муфты, чтобы выдерживать часть осевой сжимающей нагрузки, тем самым предотвращая чрезмерное сжимающее усилие от действия на поверхности промежуточного заплечика, функционирующих как заплечики для передачи крутящего момента, и, таким об- 4 044221 разом, улучшая сопротивление сжатию.According to the present invention, after make-up is completed, the surfaces of the end shoulder of the pin and the box are not in contact, or even if they are in contact, the contact pressure between the surfaces of the end shoulder of the pin and the box is less than the contact pressure between the surfaces of the intermediate shoulder of the pin and the box. Thus, after completing the make-up of the pin and coupling, a large compressive stress is not created at the tip of the pin with the surface of the pin end shoulder and nearby areas, thereby providing a margin for the axial compressive load that can be absorbed by the surface of the pin end shoulder. Additionally, when the connection is screwed and when a certain amount of axial compressive load is applied to the threaded pipe connection, the surface of the pin end shoulder contacts the surface of the coupling end shoulder to bear part of the axial compressive load, thereby preventing excessive compressive force from acting on the surface of the intermediate shoulder, functioning as shoulders for transmitting torque, and thus improving compression resistance.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Фиг. 1 представляет собой вид продольного сечения резьбового соединения для трубы нефтяной скважины согласно варианту выполнения, которое свинчено.Fig. 1 is a longitudinal sectional view of a threaded connection for an oil well pipe according to an embodiment that is screwed together.

Фиг. 2А представляет собой увеличенный вид кончика ниппеля и близлежащих участков, в том виде, когда соединение свинчено, и без приложения сжимающей нагрузки.Fig. 2A is an enlarged view of the pin tip and surrounding areas as the joint is screwed together and without compressive load applied.

Фиг. 2В представляет собой увеличенный вид кончика ниппеля и близлежащих участков, в том виде, когда соединение свинчено, и при приложении сжимающей нагрузки определенной величины.Fig. 2B is an enlarged view of the pin tip and surrounding areas as the joint is screwed together and a certain amount of compressive load is applied.

Фиг. 2С представляет собой увеличенный вид кончика ниппеля и близлежащих участков, в том виде, когда соединение свинчено и при приложении большой сжимающей нагрузки (хотя и не настолько большой, чтобы поверхности промежуточного заплечика деформировались).Fig. 2C is an enlarged view of the pin tip and surrounding areas as the joint is screwed together and under a large compressive load (though not so large that the surfaces of the intermediate shoulder are deformed).

Фиг. 3 представляет собой увеличенный вид уплотняющей поверхности ниппеля и близлежащих участков резьбового соединения для трубы нефтяной скважины согласно другому варианту выполнения.Fig. 3 is an enlarged view of a pin sealing surface and adjacent portions of a threaded connection for an oil well pipe according to another embodiment.

Фиг. 4 иллюстрирует траектории действия нагрузки в условиях комбинированной нагрузки, использованных для анализа.Fig. Figure 4 illustrates the load trajectories under the combined load conditions used for the analysis.

Фиг. 5 представляет собой график сравнения контактных давлений уплотнения для трех точек нагрузки, где применяется простое внутреннее давление.Fig. 5 is a graph comparing seal contact pressures at three load points where simple internal pressure is applied.

Варианты осуществления для выполнения изобретенияEmbodiments for Carrying Out the Invention

Как иллюстрировано на фиг. 1, резьбовое соединение 1 для трубы согласно настоящему варианту выполнения включает трубчатый ниппель 2 и трубчатую муфту 3.As illustrated in FIG. 1, the threaded connection 1 for a pipe according to the present embodiment includes a pipe nipple 2 and a pipe coupling 3.

Ниппель 2 и муфта 3 свинчиваются, когда ниппель 2 ввинчивается в муфту 3. Ниппель 2 расположен на конце трубы первой трубы Р1, а муфта 3 расположена на конце трубы второй трубы Р2. Первая труба Р1 может быть длинной трубой, такой как труба для нефтяной скважины. Вторая труба, предпочтительно, представляет собой длинную трубу, такую как труба для нефтяной скважины, хотя она может быть соединительной муфтой для соединения длинных труб. То есть, резьбовое соединение для труб 1 согласно настоящему варианту выполнения, предпочтительно, представляет собой интегральное резьбовое соединение для труб. Труба для нефтяной скважины и соединительная муфта обычно изготавливаются из стали; альтернативно, они могут быть изготовлены из металла, такого как нержавеющая сталь или сплав на основе никеля.Nipple 2 and coupling 3 are screwed together when nipple 2 is screwed into coupling 3. Nipple 2 is located at the pipe end of the first pipe P1, and coupling 3 is located at the pipe end of the second pipe P2. The first pipe P1 may be a long pipe such as an oil well pipe. The second pipe is preferably a long pipe such as an oil well pipe, although it may be a coupling for connecting long pipes. That is, the pipe threaded connection 1 according to the present embodiment is preferably an integral pipe threaded connection. The oil well pipe and coupling are usually made of steel; alternatively, they may be made of a metal such as stainless steel or a nickel-based alloy.

Ниппель 2 может быть предусмотрен на одном обжатом конце первой трубы Р1 для нефтяной скважины. Муфта 3 может быть предусмотрена на одном расширенном конце второй трубы Р2 для нефтяной скважины. Предпочтительно, ниппель 2 может быть предусмотрен на одном конце каждой из труб Р1 и Р2 нефтяной скважины, в то время как муфта 3 может быть предусмотрена на другом конце каждой трубы. В частности, первая труба Р1 нефтяной скважины изготавливается путем подготовки полой оболочки, образованной длинной трубой, обжатия одного ее конца и последующей механической обработки внешней периферии обжатого конца для образования компонентов ниппеля 2. Вторая труба Р2 для нефтяной скважины изготавливается путем подготовки полой оболочки, образованной длинной трубой, расширения одного ее конца и последующей механической обработки внутренней периферии расширенного конца для образования компонентов муфты 3. Это обеспечивает достаточную толщину стенок для ниппеля 2 и муфты 3 интегрального резьбового соединения полууглубленного типа.The nipple 2 may be provided at one crimped end of the first oil well pipe P1. A coupling 3 may be provided at one extended end of the second oil well pipe P2. Preferably, the nipple 2 may be provided at one end of each of the oil well pipes P1 and P2, while the coupling 3 may be provided at the other end of each pipe. Specifically, the first oil well pipe P1 is manufactured by preparing a hollow shell formed by a long pipe, crimping one end thereof, and then machining the outer periphery of the crimped end to form components of the nipple 2. The second oil well pipe P2 is manufactured by preparing a hollow shell formed by a long pipe, expanding one end thereof and then machining the inner periphery of the expanded end to form the components of the coupling 3. This provides sufficient wall thickness for the nipple 2 and coupling 3 of the semi-recessed type integral threaded connection.

Используемый здесь термин тело трубы означает участки трубы P1, P2, для нефтяной скважины, отличные от ниппеля 2 и муфты 3, которые не подвергались ни обжатию, ни расширению. К концу трубы ниппеля 2 указывает направление от тела трубы ниппеля 2 к концу трубы ниппеля 2, которое иногда также называют направлением кончика. К телу трубы ниппеля 2 указывает направление от конца трубы ниппеля 2 к телу трубы ниппеля 2, которое иногда также называют направлением основания. К открытому концу муфты 3 указывает направление от тела трубы муфты 3 к открытому концу муфты 3.As used herein, the term pipe body means portions of the oil well pipe P1, P2 other than nipple 2 and coupling 3 that have not been subjected to either compression or expansion. Towards the pipe end of nipple 2 indicates the direction from the pipe body of nipple 2 to the pipe end of nipple 2, which is sometimes also called tip direction. Toward the pipe body of nipple 2 indicates the direction from the end of the pipe of nipple 2 to the pipe body of nipple 2, which is sometimes also called the base direction. To the open end of the coupling 3 indicates the direction from the pipe body of the coupling 3 to the open end of the coupling 3.

Ниппель 2 включает: первую наружную резьбу 21; вторую наружную резьбу 22, расположенную дальше к концу трубы ниппеля 2, чем первая наружная резьба 21, и имеющую меньший диаметр, чем первая наружная резьба 21; поверхность 23 промежуточного заплечика ниппеля, расположенную между первой и второй наружными резьбами 21 и 22; поверхность 24 концевого заплечика ниппеля, расположенную на конце трубы ниппеля 2; и уплотняющую поверхность 25 ниппеля, расположенную между второй наружной резьбой 22 и поверхностью 24 концевого заплечика ниппеля. Первая и вторая наружные резьбы 21 и 22 разнесены друг от друга в осевом направлении, и между ними может быть расположена поверхность 23 промежуточного заплечика ниппеля.Nipple 2 includes: a first external thread 21; a second male thread 22 located further toward the end of the nipple pipe 2 than the first male thread 21 and having a smaller diameter than the first male thread 21; a pin intermediate shoulder surface 23 located between the first and second male threads 21 and 22; a nipple end shoulder surface 24 located at the pipe end of the nipple 2; and a pin sealing surface 25 located between the second male thread 22 and the pin end shoulder surface 24. The first and second male threads 21 and 22 are spaced apart from each other in the axial direction, and an intermediate nipple shoulder surface 23 may be located between them.

Предпочтительно, каждая из первой и второй наружных резьб 21 и 22 образована суживающейся резьбой. Предпочтительно, первая и вторая наружные резьбы 21 и 22 имеют одинаковый угол сужения резьбы и одинаковый шаг резьбы. Предпочтительно, образующая сужения суживающейся резьбы, образующей вторую наружную резьбу 22, расположена радиально внутрь образующей сужения суживающейся резьбы, образующей первую наружную резьбу 21. Поверхность 23 промежуточного заплечика ниппеля может быть образована стороной ступенчатого участка, образованной участком внешней периферии ниппеля, расположенным между первой и второй наружными резьбами 21 и 22. Поверхность 23 промежуточного заплечика ниппеля обращена к концу трубы ниппеля 2. Каждая из первой и второй на- 5 044221 ружных резьб 21 и 22 может представлять собой, например, трапециевидную резьбу, круглую API резьбу, упорную API резьбу, или клиновидную резьбу.Preferably, each of the first and second male threads 21 and 22 is formed by a tapered thread. Preferably, the first and second male threads 21 and 22 have the same taper angle and the same thread pitch. Preferably, the tapered thread forming the tapered thread forming the second male thread 22 is located radially inside the tapered thread forming the tapered thread forming the first male thread 21. The intermediate pin shoulder surface 23 may be formed by the side of the stepped portion formed by the pin outer periphery portion located between the first and second pin threads. male threads 21 and 22. The surface 23 of the intermediate nipple shoulder faces the pipe end of nipple 2. Each of the first and second male threads 21 and 22 may be, for example, a trapezoidal thread, an API round thread, an API thrust thread, or wedge thread.

Муфта 3 включает: первую внутреннюю резьбу 31, которая должна быть зацеплена первой наружной резьбой 21 после завершения свинчивания; вторую внутреннюю резьбу 32, которая должна быть зацеплена второй наружной резьбой 22 после завершения свинчивания; поверхность 33 промежуточного заплечика муфты, которая должна быть в контакте с поверхностью 23 промежуточного заплечика ниппеля после завершения свинчивания; поверхность 34 концевого заплечика муфты, предусмотренную чтобы соответствовать поверхности 24 концевого заплечика ниппеля; и уплотняющую поверхность 35 муфты, расположенную между второй внутренней резьбой 32 и поверхностью 34 концевого заплечика муфты, чтобы быть в контакте с внутренней уплотняющей поверхностью 25 ниппеля вдоль всей окружности после завершения свинчивания. Уплотняющие поверхности 25 и 35 ниппеля и муфты могут функционировать как уплотнение от внутреннего давления, которое демонстрирует герметичность, главным образом, против внутреннего давления. Предпочтительно, муфта 3 может дополнительно включать уплотняющую поверхность 36 муфты от внешнего давления, расположенную дальше к открытому концу муфты 3, чем первая внутренняя резьба 31, тогда как ниппель 2 может дополнительно включать уплотняющую поверхность 26 ниппеля от внешнего давления, чтобы быть в контакте с уплотняющей поверхностью 36 муфты от внешнего давления вдоль всей окружности после завершения свинчивания. Уплотняющая поверхность 26 ниппеля от внешнего давления расположена дальше к основанию ниппеля, чем первая наружная резьба 21.The coupling 3 includes: a first internal thread 31, which must be engaged with the first external thread 21 after completion of make-up; a second internal thread 32, which must be engaged with the second external thread 22 after completion of make-up; the surface 33 of the intermediate shoulder of the coupling, which must be in contact with the surface 23 of the intermediate shoulder of the pin after completion of make-up; a coupling end shoulder surface 34 provided to match a pin end shoulder surface 24; and a coupling sealing surface 35 located between the second internal thread 32 and the coupling end shoulder surface 34 to be in contact with the inner pin sealing surface 25 along the entire circumference after make-up is completed. The pin and box sealing surfaces 25 and 35 may function as an internal pressure seal that exhibits a seal primarily against internal pressure. Preferably, the coupling 3 may further include an external pressure coupling sealing surface 36 located further to the open end of the coupling 3 than the first internal thread 31, while the pin 2 may further include an external pressure nipple sealing surface 26 to be in contact with the sealing surface 36 of the coupling from external pressure along the entire circumference after completion of make-up. The sealing surface 26 of the nipple against external pressure is located further to the base of the nipple than the first external thread 21.

Первая и вторая внутренние резьбы 31 и 32 разнесены друг от друга в осевом направлении, и между ними может быть расположен промежуточный заплечик 33 муфты. Предпочтительно, каждая из первой и второй внутренних резьб 31 и 32 образована суживающейся резьбой, дополняющей соответствующую одну из первой и второй наружных резьб 21 и 22. Поверхность 33 промежуточного заплечика 33 муфты может быть образована стороной ступенчатого участка, образованной участком внутренней периферии муфты 3, расположенным между первой и второй внутренними резьбами 31 и 32. Поверхность 33 промежуточного заплечика обращена к открытому концу муфты 3 и обращена к поверхности 23 промежуточного заплечика ниппеля. Поверхность 33 промежуточного заплечика муфты находится в контакте с поверхностью 23 промежуточного заплечика ниппеля, по меньшей мере, после завершения свинчивания, и поверхности 23 и 33 промежуточного заплечика функционируют как заплечики для передачи крутящего момента, которые демонстрируют характеристики крутящего момента. Каждая из первой и второй внутренних резьб 31 и 32 могут быть, например, трапециевидной резьбой, круглой API резьбой, упорной API резьбой или клиновидной резьбой, которая дополняет соответствующую первую и вторую наружные резьбы 21 и 22.The first and second internal threads 31 and 32 are spaced apart from each other in the axial direction, and an intermediate coupling shoulder 33 may be located between them. Preferably, each of the first and second internal threads 31 and 32 is formed by a tapered thread complementary to the corresponding one of the first and second external threads 21 and 22. The surface 33 of the intermediate shoulder 33 of the coupling may be formed by the side of the stepped portion formed by the portion of the inner periphery of the coupling 3 located between the first and second internal threads 31 and 32. The intermediate shoulder surface 33 faces the open end of the coupling 3 and faces the intermediate pin shoulder surface 23. The intermediate coupling shoulder surface 33 is in contact with the pin intermediate shoulder surface 23 at least after make-up is completed, and the intermediate shoulder surfaces 23 and 33 function as torque transmitting shoulders that exhibit torque characteristics. Each of the first and second internal threads 31 and 32 may be, for example, a trapezoidal thread, an API round thread, an API thrust thread, or a tapered thread that complements the corresponding first and second male threads 21 and 22.

Предпочтительно, каждая из вершины резьбы и поверхностей впадины резьб 21, 22, 31 и 32 имеет форму, которая выглядит в продольном сечении как прямая линия, продолжающаяся параллельно оси трубы.Preferably, each of the thread crest and root surfaces of threads 21, 22, 31 and 32 has a shape that appears in longitudinal section as a straight line extending parallel to the axis of the pipe.

Предпочтительно, после завершения свинчивания ниппеля 2 и муфты 3, опорные стороны 21L и 31L первой наружной и внутренней резьб 21 и 31 находятся в контакте, и опорные стороны 22L и 32L второй наружной и внутренней резьб находятся в контакте, тогда как между опорными сторонами 21S и 31S первой наружной и внутренней резьб 21 и 31 образован зазор, и между опорными сторонами 22S и 32S второй наружной и внутренней резьб 22 и 32 образован зазор.Preferably, after completion of make-up of the pin 2 and the coupling 3, the supporting sides 21L and 31L of the first male and female threads 21 and 31 are in contact, and the supporting sides 22L and 32L of the second male and female threads are in contact, while between the supporting sides 21S and 31S of the first male and female threads 21 and 31 is formed, and a gap is formed between the supporting sides 22S and 32S of the second male and female threads 22 and 32.

Предпочтительно, размер зазора, образованного между закладными сторонами 21S и 31S первой наружной и внутренней резьб 21 и 31 является одинаковым вдоль всего осевого диапазона зацепления между этими резьбами 21 и 31; в качестве альтернативы, больший зазор может присутствовать в пределах небольшого участка осевого диапазона. Предпочтительно, размер зазора, образованного между закладными сторонами 22S и 32S второй наружной и внутренней резьб 22 и 32 является одинаковым вдоль всего осевого диапазона зацепления между этими резьбами 22 и 32; в качестве альтернативы, больший зазор может присутствовать в пределах небольшого участка осевого диапазона. Предпочтительно, размер зазора, образованного между закладными сторонами 21S и 31S, равен размеру зазора, образованного между закладными сторонами 22S и 32S.Preferably, the size of the gap formed between the embedded sides 21S and 31S of the first male and female threads 21 and 31 is the same along the entire axial range of engagement between these threads 21 and 31; alternatively, more clearance may be present within a small portion of the axial range. Preferably, the size of the gap formed between the embedded sides 22S and 32S of the second male and female threads 22 and 32 is the same along the entire axial range of engagement between these threads 22 and 32; alternatively, more clearance may be present within a small portion of the axial range. Preferably, the size of the gap formed between the embedded sides 21S and 31S is equal to the size of the gap formed between the embedded sides 22S and 32S.

Предпочтительно, зазор, образованный между закладными сторонами 21S и 31S первой наружной и внутренней резьб 21 и 31 после завершения свинчивания, имеет такую величину, что при приложении заданной осевой сжимающей нагрузки, меньшей, чем предельная сжимающая нагрузка ниппеля 2 и муфты 3, ниппель 2 и муфта 3 деформируются таким образом, что закладные стороны 21S и 31S начинают контактировать с тем, чтобы нести часть осевой сжимающей нагрузки. Закладные стороны 21S и 31S могут контактировать различными способами в то время, когда они начинают контактировать; контакт может начинаться в заданном месте на первой наружной и внутренней резьбах 21 и 31, как определено вдоль осевого направления трубы, и по мере увеличения осевой сжимающей нагрузки, площадь контакта между закладными сторонами 21S и 31S может постепенно расширяться, или все закладные стороны 21S и 31S могут начать контактировать одновременно. Размер зазора, образованного между закладными сторонами 21S и 31S после завершения свинчивания, как измерено в осевом направлении трубы, может быть, например, не более чем 0,15 мм. Для предотвращения задира при свинчивании, предпочтительно, чтобы размер зазора был не менее 0,06 мм.Preferably, the gap formed between the embedded sides 21S and 31S of the first male and female threads 21 and 31 after completion of make-up is such that when a predetermined axial compressive load is applied less than the ultimate compressive load of the pin 2 and the coupling 3, the pin 2 and the coupling 3 is deformed in such a way that the embedded sides 21S and 31S begin to contact so as to bear part of the axial compressive load. The embedded sides 21S and 31S may contact in various ways at the time they begin to contact; contact may begin at a predetermined location on the first male and female threads 21 and 31 as defined along the axial direction of the pipe, and as the axial compressive load increases, the contact area between the embedded sides 21S and 31S may gradually expand, or all of the embedded sides 21S and 31S can start contacting at the same time. The size of the gap formed between the embedded sides 21S and 31S after completion of make-up, as measured in the axial direction of the pipe, can be, for example, no more than 0.15 mm. To prevent scoring during make-up, it is preferable that the gap size be at least 0.06 mm.

- 6 044221- 6 044221

Предпочтительно, зазор, образованный между закладными сторонами 22S и 32S второй наружной и внутренней резьб 22 и 32 после завершения свинчивания, имеет такую величину, что при приложении заданной осевой сжимающей нагрузки, меньшей, чем предельная сжимающая нагрузка ниппеля 2 и муфты 3, ниппель 2 и муфта 3 деформируются таким образом, что закладные стороны 22S и 32S начинают контактировать с тем, чтобы нести часть осевой сжимающей нагрузки. Закладные стороны 22S и 32S могут контактировать различными способами в то время, когда они начинают контактировать; контакт может начинаться в заданном месте на второй наружной и внутренней резьбах 22 и 32, как определено вдоль осевого направления трубы, и по мере увеличения осевой сжимающей нагрузки, площадь контакта между закладными сторонами 22S и 32S может постепенно расширяться, или все закладные стороны 22S и 32S могут начать контактировать одновременно. Осевая сжимающая нагрузка, при которой закладные стороны 22S и 32S начинают контактировать, может отличаться от осевой сжимающей нагрузки, при которой закладные стороны 21S и 31S начинают контактировать. Размер зазора, образованного между закладными сторонами 22S и 32S после завершения свинчивания, как измерено в осевом направлении трубы, может быть, например, не более, чем 0,15 мм. Для предотвращения задира при свинчивании, предпочтительно, чтобы размер зазора был не менее 0,06 мм.Preferably, the gap formed between the embedded sides 22S and 32S of the second male and female threads 22 and 32 after completion of make-up is such that when a predetermined axial compressive load is applied less than the ultimate compressive load of the pin 2 and the coupling 3, the pin 2 and The coupling 3 is deformed in such a way that the embedded sides 22S and 32S begin to contact so as to bear part of the axial compressive load. The embedded sides 22S and 32S may contact in various ways at the time they begin to contact; contact may begin at a predetermined location on the second male and female threads 22 and 32 as defined along the axial direction of the pipe, and as the axial compressive load increases, the contact area between the embedded sides 22S and 32S may gradually expand, or all of the embedded sides 22S and 32S can start contacting at the same time. The axial compressive load at which the embedded sides 22S and 32S begin to contact may be different from the axial compressive load at which the embedded sides 21S and 31S begin to contact. The size of the gap formed between the embedded sides 22S and 32S after completion of make-up, as measured in the axial direction of the pipe, can be, for example, no more than 0.15 mm. To prevent scoring during make-up, it is preferable that the gap size be at least 0.06 mm.

Поверхность 34 концевого заплечика муфты образована суживающейся поверхностью, наклоненной таким образом, что радиально внутренний край расположен дальше к открытому концу муфты 3, чем радиально внешний край. Поверхность 24 концевого заплечика ниппеля может находиться в контакте с поверхностью 34 концевого заплечика муфты после завершения свинчивания, или, как показано на фиг. 2А, может быть образован зазор между поверхностью 24 концевого заплечика ниппеля и поверхностью 34 концевого заплечика муфты, после завершения свинчивания. По меньшей мере, при приложении заданной осевой сжимающей нагрузки, меньшей, чем предел текучести при сжимающей нагрузке резьбового соединения, результирующая упругая деформация ниппеля 2 и муфты 3 приводит к тому, что поверхности 24 и 34 заплечика ниппеля 2 и муфты 3 контактируют друг с другом, чтобы нести часть осевой сжимающей нагрузки.The coupling end shoulder surface 34 is formed by a tapered surface inclined such that the radially inner edge is located further toward the open end of the coupling 3 than the radially outer edge. The pin end shoulder surface 24 may be in contact with the coupling end shoulder surface 34 after make-up is complete, or as shown in FIG. 2A, a gap may be formed between the pin end shoulder surface 24 and the coupling end shoulder surface 34 after make-up is completed. At least, when applying a predetermined axial compressive load less than the compressive yield strength of the threaded connection, the resulting elastic deformation of the pin 2 and the coupling 3 causes the shoulder surfaces 24 and 34 of the pin 2 and the coupling 3 to contact each other, to bear part of the axial compressive load.

Радиальная ширина площади контакта между поверхностями 24 и 34 концевого заплечика ниппеля и муфты (см. фиг. 2С) может быть меньше 1 мм. Уменьшение ширины контакта между поверхностями 24 и 34 концевого заплечика упрощает обеспечение достаточной толщины стенки для других участков. Используемый здесь термин площадь контакта между поверхностями 24 и 34 концевого заплечика ниппеля 2 и муфты 3 означает площадь контакта, полученную, когда ниппель 2 и муфта 3 деформируются в радиальном направлении из-за величины взаимного влияния уплотнения, и она меньше, чем перекрытие между поверхностями 24 и 34 концевого заплечика ниппеля 2 и муфты 3 до свинчивания, т.е. до деформации, если смотреть в направлении оси трубы.The radial width of the contact area between pin and coupling end shoulder surfaces 24 and 34 (see FIG. 2C) may be less than 1 mm. Reducing the contact width between end shoulder surfaces 24 and 34 makes it easier to provide sufficient wall thickness for other areas. As used herein, the term contact area between the end shoulder surfaces 24 and 34 of the pin 2 and the coupling 3 means the contact area obtained when the pin 2 and the coupling 3 are deformed in the radial direction due to the amount of mutual sealing influence, and it is less than the overlap between the surfaces 24 and 34 end shoulders of nipple 2 and coupling 3 before make-up, i.e. to deformation when viewed in the direction of the pipe axis.

Более предпочтительно, зазор между закладными сторонами 22S и 32S и зазор между поверхностями 24 и 34 концевого заплечика после завершения свинчивания может иметь такие размеры, что, прежде всего, закладные стороны 22S и 32S второй наружной и внутренней резьб 22 и 32 начинают контактировать, как показано на фиг. 2В, а по мере дополнительного увеличения приложенной сжимающей нагрузки, поверхности 24 и 34 концевого заплечика начинают контактировать, как показано на фиг. 2С. В таких реализациях, даже если ширина контакта между поверхностями 24 и 34 концевого заплечика является незначительной, пластическая деформация в поверхностях 24 и 34 концевого заплечика и вблизи них из-за приложенной осевой сжимающей нагрузки является относительно маленькой, поскольку сжимающая нагрузка, воспринимаемая поверхностями 24 и 34 концевого заплечика, является относительно маленькой. Кроме того, ожидается, что часть сжимающей нагрузки, действующей на закладную сторону 22S второй наружной резьбы 22 ниппеля 2, вызовет расширение кончика ниппеля и, таким образом, поможет поддерживать контактное давление между уплотняющими поверхностями 25 и 35 от внутреннего давления.More preferably, the gap between the embedded sides 22S and 32S and the gap between the end shoulder surfaces 24 and 34 after completion of make-up may be of such dimensions that, first of all, the embedded sides 22S and 32S of the second male and female threads 22 and 32 begin to contact as shown. in fig. 2B, and as the applied compressive load is further increased, end shoulder surfaces 24 and 34 begin to contact, as shown in FIG. 2C. In such implementations, even if the contact width between the end shoulder surfaces 24 and 34 is small, the plastic deformation in and near the end shoulder surfaces 24 and 34 due to the applied axial compressive load is relatively small because the compressive load carried by the end shoulder surfaces 24 and 34 the end shoulder is relatively small. In addition, it is expected that part of the compressive load acting on the embedded side 22S of the second male thread 22 of pin 2 will cause expansion of the tip of the pin and thus help maintain the contact pressure between the sealing surfaces 25 and 35 from the internal pressure.

В качестве альтернативы, соединение может быть сконструировано таким образом, что, прежде всего, поверхности 24 и 34 концевого заплечика начинают контактировать, а по мере дополнительного увеличения приложенной сжимающей нагрузки, закладные стороны 22S и 32S начинают контактировать. Это дополнительно обеспечивает, что поверхности 24 и 34 концевого заплечика контактируют друг с другом, тем самым уменьшая деформацию, уменьшающую диаметр, в кончике ниппеля и вблизи него.Alternatively, the connection may be designed such that, first, the end shoulder surfaces 24 and 34 begin to contact, and as the applied compressive load further increases, the embedded sides 22S and 32S begin to contact. This further ensures that end shoulder surfaces 24 and 34 contact each other, thereby reducing diameter-reducing strain at and near the tip of the pin.

Угол G_sh концевого заплечика поверхности 34 концевого заплечика муфты, предпочтительно, больше 5°, а более предпочтительно, более 10°. Дополнительно, угол G_sh концевого заплечика, предпочтительно, не превышает 45°, а более предпочтительно, не превышает 25°. Предпочтительно, чтобы угол концевого заплечика поверхности 24 концевого заплечика ниппеля был равен углу G_sh концевого заплечика поверхности 34 концевого заплечика муфты.The end shoulder angle G _sh of the coupling end shoulder surface 34 is preferably greater than 5°, and more preferably greater than 10°. Additionally, the end shoulder angle G _sh preferably does not exceed 45°, and more preferably does not exceed 25°. It is preferable that the end shoulder angle of the pin end shoulder surface 24 be equal to the end shoulder angle G _sh of the coupling end shoulder surface 34.

Несмотря на то, что каждая из поверхностей 23 и 33 промежуточного заплечика ниппеля 2 и муфты 3 образована плоской поверхностью, перпендикулярной оси трубы, каждая из них может быть образована суживающейся поверхностью, наклоненной так, что радиально внешний край расположен дальше к концу трубы ниппеля 2, чем радиально внутренний край.Although each of the intermediate shoulder surfaces 23 and 33 of the nipple 2 and coupling 3 is formed by a flat surface perpendicular to the pipe axis, each of them may be formed by a tapered surface inclined so that the radially outer edge is located further toward the pipe end of the nipple 2, than the radial inner edge.

Каждая из уплотняющих поверхностей 25, 35, 26 и 36 может иметь любую форму продольного сечения; в резьбовом соединении 1, показанном на фиг. 1-2, при этом каждая уплотняющая поверхностьEach of the sealing surfaces 25, 35, 26 and 36 may have any longitudinal sectional shape; in the threaded connection 1 shown in FIG. 1-2, with each sealing surface

- 7 044221 образована суживающейся поверхностью, которая выглядит как наклонная прямая линия в продольном сечении. Альтернативно, одна из каждой пары уплотняющих поверхностей, которые контактируют друг с другом, может быть образована выпуклой криволинейной поверхностью, или каждая уплотняющая поверхность из каждой пары могут быть образованы выпуклой криволинейной поверхностью. В любом случае, уплотняющие поверхности сконструированы таким образом, что величина взаимного влияния уплотнения увеличивается по мере того, как ниппель 2 проталкивается внутрь муфты 3. Наклон прямой линии, соединяющей два конца, как определено вдоль осевого направления, каждой уплотняющей поверхности, предпочтительно, составляет не менее 5% (или 10%, как представлено в виде коэффициента сужения), или более предпочтительно, 10% (или 20%, как представлено в виде коэффициента сужения). Дополнительно, наклон прямой линии, соединяющей два конца, как определено вдоль осевого направления каждой уплотняющей поверхности, предпочтительно не превышает 25% (или 50%, как представлено в виде коэффициента сужения), а более предпочтительно, не превышает 17% (или 34% как представлено в виде коэффициента сужения).- 7 044221 is formed by a tapering surface that looks like an inclined straight line in longitudinal section. Alternatively, one of each pair of sealing surfaces that contact each other may be formed by a convex curved surface, or each sealing surface of each pair may be formed by a convex curved surface. In any case, the sealing surfaces are designed such that the amount of mutual sealing influence increases as the pin 2 is pushed into the sleeve 3. The slope of the straight line connecting the two ends, as determined along the axial direction, of each sealing surface is preferably not less than 5% (or 10%, as represented by the taper ratio), or more preferably, 10% (or 20%, as represented by the taper ratio). Additionally, the slope of the straight line connecting the two ends, as determined along the axial direction of each sealing surface, preferably does not exceed 25% (or 50% as represented by the taper ratio), and more preferably does not exceed 17% (or 34% as presented as a narrowing factor).

В варианте выполнения, показанном на фиг. 3, уплотняющая поверхность 35 муфты образована суживающейся поверхностью, которая выглядит как наклонная прямая линия в продольном сечении, тогда как уплотняющая поверхность 25 ниппеля образована суживающейся поверхностью 25b, которая выглядит как наклонная прямая линия в продольном сечении и выпуклая криволинейная поверхность 25а, центральная часть которой, как определено в осевом направлении, выступает к уплотняющей поверхности 35 муфты. Суживающаяся поверхность 25b плавно прилегает к тому концу выпуклой криволинейной поверхности 25а, который находится ближе к кончику. В настоящем варианте выполнения, уплотняющая поверхность 25 ниппеля сконструирована таким образом, что выпуклая криволинейная поверхность 25а функционирует как точка уплотнения, которая испытывает контакт с сильным давлением с уплотняющей поверхностью 35 муфты во время свинчивания. Настоящий вариант выполнения обеспечивает, что точка уплотнения уплотняющей поверхности 25 ниппеля расположена далеко от концевого заплечика 24 ниппеля, тем самым уменьшая влияние напряжения, возникающего в поверхности 24 концевого заплечика ниппеля при приложении большой осевой сжимающей нагрузки к месту уплотнения и близлежащим участкам уплотняющей поверхности 25 ниппеля.In the embodiment shown in FIG. 3, the coupling sealing surface 35 is formed by a tapered surface which appears as an inclined straight line in a longitudinal section, while the pin sealing surface 25 is formed by a tapered surface 25b which appears as an inclined straight line in a longitudinal section and a convex curved surface 25a, the central part of which, as defined in the axial direction, protrudes toward the sealing surface 35 of the coupling. The tapered surface 25b smoothly abuts that end of the convex curved surface 25a which is closer to the tip. In the present embodiment, the pin sealing surface 25 is designed such that the convex curved surface 25a functions as a sealing point that experiences strong pressure contact with the coupling sealing surface 35 during make-up. The present embodiment ensures that the sealing point of the pin sealing surface 25 is located away from the pin end shoulder 24, thereby reducing the effect of stress generated in the pin end shoulder surface 24 when a large axial compressive load is applied to the sealing point and nearby areas of the pin sealing surface 25.

Дополнительно, фиг. 3 также представляет примерную иллюстрацию уплотняющей поверхности 25 ниппеля и уплотняющей поверхности 35 муфты, которые являются плавно суженными. В показанной реализации, наклон уплотняющей поверхности 35 муфты относительно оси трубы составляет 10% (или 20%, как представлено в виде коэффициента сужения); наклон прямой линии, соединяющей два конца, определенный вдоль осевого направления, выпуклой криволинейной поверхности 25а уплотняющей поверхности 25 ниппеля, составляет 10%, т.е. равен наклону уплотняющей поверхности 35 муфты; наклон суживающейся поверхности 25b уплотняющей поверхности 25 ниппеля составляет 17,5% (или 35%, как представлено в виде коэффициента сужения); и наклон прямой линии, соединяющей два конца, как определено вдоль осевого направления, всей уплотняющей поверхности 25 ниппеля, составляет (6+17,5)/(100+60) ® 15%. Таким образом, поскольку уплотняющие поверхности 25 и 35 ниппеля и муфты плавно сужаются, радиальная ширина поверхностей 24 и 34 концевого заплечика ниппеля и муфты увеличивается, тем самым дополнительно улучшая сопротивление сжатию. Дополнительно, поскольку эти концевые заплечики 24 и 34 могут выдерживать более высокие сжимающие нагрузки, для промежуточных заплечиков 23 и 33 и резьб 21, 31, 22 и 32 предусмотрен расчетный запас, что делает возможным усовершенствование для улучшения функций, отличных от сопротивления сжатию.Additionally, FIG. 3 also provides an exemplary illustration of a pin sealing surface 25 and a coupling sealing surface 35 that are smoothly tapered. In the embodiment shown, the inclination of the coupling sealing surface 35 relative to the pipe axis is 10% (or 20% as represented by the taper ratio); the inclination of the straight line connecting the two ends, determined along the axial direction, of the convex curved surface 25a of the nipple sealing surface 25 is 10%, i.e. equal to the inclination of the sealing surface 35 of the coupling; the inclination of the tapering surface 25b of the pin sealing surface 25 is 17.5% (or 35% as represented by the tapering ratio); and the slope of the straight line connecting the two ends, as determined along the axial direction, of the entire pin sealing surface 25 is (6+17.5)/(100+60)® 15%. Thus, as the pin and box sealing surfaces 25 and 35 gradually taper, the radial width of the pin and box end shoulder surfaces 24 and 34 increases, thereby further improving compression resistance. Additionally, since these end shoulders 24 and 34 can withstand higher compressive loads, the intermediate shoulders 23 and 33 and the threads 21, 31, 22 and 32 are provided with a design allowance, allowing improvements to improve functions other than compression resistance.

В резьбовом соединении 1 для трубы 1 согласно настоящему варианту выполнения, поверхность 23 промежуточного заплечика ниппеля 2 контактирует с поверхностью 33 промежуточного заплечика муфты 3, когда ниппель 2 затягивается в муфту 3. Крутящий момент свинчивания в это время иногда также называют крутящим моментом на заплечике. При дополнительном затягивании ниппеля 2 в муфту 3, скользящий контакт между поверхностями 23 и 33 промежуточного заплечика вызывает быстрое увеличение крутящего момента свинчивания. Таким образом, поверхности 23 и 33 промежуточного заплечика функционируют как заплечики для передачи крутящего момента. Поверхности 23 и 33 промежуточного заплечика или близлежащие участки и/или наружные резьбы 21 и 22 и/или внутренние резьбы 31 и 32 разрушаются, когда крутящий момент затягивания превышает соответствующие крутящие моменты на пределе текучести, и крутящий момент затягивания больше не увеличивается, даже когда увеличивается величина поворота затягивания. Следовательно, свинчивание должно быть завершено до того, как крутящий момент затягивания достигнет крутящего момента на пределе текучести.In the threaded connection 1 for the pipe 1 according to the present embodiment, the surface 23 of the intermediate shoulder of the pin 2 contacts the surface 33 of the intermediate shoulder of the coupling 3 when the pin 2 is pulled into the coupling 3. The make-up torque at this time is sometimes also called the shoulder torque. When pin 2 is further tightened into coupling 3, sliding contact between surfaces 23 and 33 of the intermediate shoulder causes a rapid increase in the make-up torque. Thus, the surfaces 23 and 33 of the intermediate shoulder function as shoulders for transmitting torque. The intermediate shoulder surfaces 23 and 33 or nearby portions and/or the male threads 21 and 22 and/or the internal threads 31 and 32 fail when the tightening torque exceeds the corresponding yield stress torques, and the tightening torque no longer increases even when it increases amount of tightening rotation. Therefore, make-up must be completed before the tightening torque reaches the yield torque.

В резьбовом соединении 1, после завершения свинчивания, опорные стороны наружных резьб 21 и 22 и внутренних резьб 31 и 32 находятся в контакте, в то же время небольшой зазор образован между закладными сторонами наружных резьб 21 и 22 и внутренних резьб 31 и 32, и кроме того образуются небольшие зазоры между поверхностями 24 и 34 концевого заплечика.In the threaded connection 1, after completion of make-up, the supporting sides of the external threads 21 and 22 and internal threads 31 and 32 are in contact, at the same time, a small gap is formed between the embedded sides of the external threads 21 and 22 and internal threads 31 and 32, and in addition In addition, small gaps are formed between the surfaces 24 and 34 of the end shoulder.

По мере того, как осевая сжимающая нагрузка, приложенная к резьбовому соединению в свинченном состоянии, постепенно увеличивается, сжимающая деформация, вызванная сжимающей нагрузкой,As the axial compressive load applied to the threaded connection in the screwed state gradually increases, the compressive deformation caused by the compressive load

- 8 044221 слегка сжимает в осевом направлении участки ниппеля 2 ближе к телу трубы, чем поверхность 23 промежуточного заплечика ниппеля, и участки муфты 3 ближе к телу трубы, чем поверхность 33 промежуточного заплечика муфты. Когда сжимающая нагрузка увеличивается до определенной величины, закладные стороны 22S и 32S второй наружной и внутренней резьб 22 и 32 начинают контактировать до того, как поверхности 24 и 34 концевого заплечика начинают контактировать, как показано на фиг. 2В; с этого момента эти закладные стороны 22S и 32S также несут часть сжимающей нагрузки. Нет необходимости, чтобы все винтовые поверхностей закладных сторон 22S и 32S были в контакте, достаточно, чтобы некоторые участки закладных сторон 22S и 32S, как определено вдоль осевого и окружного направлений, начали контактировать.- 8 044221 slightly compresses in the axial direction the sections of the nipple 2 closer to the pipe body than the surface 23 of the intermediate nipple shoulder, and the sections of the coupling 3 closer to the pipe body than the surface 33 of the intermediate coupling shoulder. When the compressive load increases to a certain amount, the embedded sides 22S and 32S of the second male and female threads 22 and 32 begin to contact before the end shoulder surfaces 24 and 34 begin to contact, as shown in FIG. 2B; from this point on, these embedded sides 22S and 32S also bear part of the compressive load. It is not necessary that all of the helical surfaces of the embedded sides 22S and 32S be in contact, but rather that some portions of the embedded sides 22S and 32S, as defined along the axial and circumferential directions, begin to contact.

При дополнительном увеличении сжимающей нагрузки, поверхности 24 и 34 концевого заплечика начинают контактировать до того, как будет достигнута предельная сжимающая нагрузка, так что часть сжимающей нагрузки воспринимается поверхностями 24 и 34 концевого заплечика, а относительная величина смещения между уплотняющими поверхностями 25 и 35 ниппеля и муфты, вызванного сжимающей нагрузкой, является ограниченной. Если осевая величина смещения уплотняющей поверхности 25 ниппеля относительно уплотняющей поверхности 35 муфты было большим, суживающаяся форма этих уплотняющих поверхностей 25 и 35 будет вызывать большие давления на уплотняющие поверхности 25 и 35 ниппеля и муфты и близлежащие участки, приводя к накоплению повреждений; тогда, даже при снятии сжимающей нагрузки, результирующее упругое восстановление не обеспечит начального контактного давления уплотнения: в частности, будет уменьшаться герметичность от внутреннего давления. В резьбовом соединении 1 по настоящему варианту выполнения, относительная величина смещения между уплотняющими поверхностями 25 и 35 ниппеля и муфты, вызванная сжимающей нагрузкой, является ограниченной, таким образом уменьшая повреждения, накопленные внутри и вблизи уплотняющих поверхностей 25 и 35 ниппеля и муфты; таким образом, герметичность от внутреннего давления после исчезновения сжимающей нагрузки остается, по существу, такой же, как и прежде.As the compressive load is further increased, the end shoulder surfaces 24 and 34 begin to contact before the ultimate compressive load is reached, such that a portion of the compressive load is absorbed by the end shoulder surfaces 24 and 34, and the relative amount of displacement between the pin and box sealing surfaces 25 and 35 caused by compressive load is limited. If the axial displacement amount of the pin sealing surface 25 relative to the coupling sealing surface 35 was large, the tapering shape of these sealing surfaces 25 and 35 will cause large pressures on the pin and coupling sealing surfaces 25 and 35 and nearby areas, resulting in damage accumulation; then, even when the compressive load is removed, the resulting elastic recovery will not provide the initial contact pressure of the seal: in particular, the tightness from internal pressure will decrease. In the threaded connection 1 of the present embodiment, the relative amount of displacement between the pin and box sealing surfaces 25 and 35 caused by the compressive load is limited, thereby reducing the damage accumulated in and around the pin and box sealing surfaces 25 and 35; Thus, the tightness against internal pressure after the disappearance of the compressive load remains essentially the same as before.

Настоящее изобретение может применяться не только к интегральным резьбовым соединениям, но также и к резьбовым соединениям муфтового типа. В противном случае, настоящее изобретение не ограничено иллюстрированными выше вариантами выполнения, и возможны различные модификации в пределах объема технических идей настоящего изобретения.The present invention can be applied not only to integral threaded connections, but also to box-type threaded connections. Otherwise, the present invention is not limited to the embodiments illustrated above, and various modifications are possible within the scope of the technical ideas of the present invention.

ПримерыExamples

Для проверки эффектов резьбового соединения 1 для трубы нефтяной скважины согласно настоящему варианту выполнения, было проведено моделирование с использованием численного анализа упруго-пластическим методом конечных элементов для примеров изобретения, в которых концевые заплечики 24 и 34 не находятся в контакте при приложении осевой сжимающей нагрузки, и для сравнительных примеров, в которых концевые заплечики не контактируют, для оценки герметичности от внутреннего давления для каждого примера.To test the effects of the threaded connection 1 for an oil well pipe according to the present embodiment, simulations were carried out using numerical elasto-plastic finite element analysis for examples of the invention in which the end shoulders 24 and 34 are not in contact when an axial compressive load is applied, and for comparative examples in which the end shoulders do not contact, to evaluate the internal pressure seal for each example.

Герметичность от внутреннего давления оценивалась путем последовательного приложения комбинированных нагрузок к точкам (1)-(52), которые отображали эллипсы комбинированных нагрузок, имитирующие серию испытаний А в соответствии с API 5C5 CAL IV от 2017 года, показанные на фиг. 4. На чертеже, Сжатие означает сжимающую нагрузку; Растяжение означает растягивающую нагрузку; IP означает внутреннее давление; ЕР означает внешнее давление; VME 100% для трубы указывает кривую текучести тела трубы, трубы нефтяной скважины; CYS (что означает предел текучести соединения) означает прочность резьбового соединения; CYS 100% указывает кривую текучести резьбового соединения; CYS 95% указывает на кривую текучести 95% от 100% CYS; и Высокое разрушение для соединения указывает на кривую смятия в результате внешнего давления на резьбовое соединение. Кривая для CYS 100% была получена путем умножения осевой силы (сжатия или растяжения), указанной VMA 100% для трубы, на прочность соединения JE.Internal pressure tightness was assessed by sequentially applying combined loads to points (1)-(52), which displayed the combined load ellipses simulating Test Series A according to API 5C5 CAL IV 2017, shown in FIG. 4. In the drawing, Compression means compressive load; Tension means tensile load; IP means internal pressure; EP means external pressure; VME 100% for a pipe indicates the yield curve of the pipe body, oil well pipe; CYS (which stands for joint yield strength) refers to the strength of a threaded joint; CYS 100% indicates the yield curve of the threaded joint; CYS 95% indicates a flow curve of 95% of 100% CYS; and High failure for a connection indicates a yield curve resulting from external pressure on the threaded connection. The curve for CYS 100% was obtained by multiplying the axial force (compression or tension) specified by VMA 100% for the pipe by the joint strength JE.

Фиг. 5 показывает контактное усилие уплотнения между уплотняющими поверхностями 25 и 35 ниппеля и муфты для сравнения значений для трех точек (7), (27) и (45) нагрузки при приложении простого внутреннего давления. Примеры по изобретению имели псевдо заплечики, тогда как сравнительные примеры не имели псевдо заплечиков.Fig. 5 shows the sealing contact force between pin and box sealing surfaces 25 and 35 to compare values for three load points (7), (27) and (45) when simple internal pressure is applied. The examples of the invention had pseudo-shoulders, while the comparative examples did not have pseudo-shoulders.

LP7 указывает контактную силу уплотнения для точки (7) нагрузки, которая представляет собой первое приложение простого внутреннего давления вдоль повторяющегося пути комбинированной нагрузки для (1)-(52); LP27 указывает контактную силу уплотнения для точек (27) нагрузки, что представляет собой второе приложение простого внутреннего давления; a LP45 указывает контактное усилие уплотнения для точки (45) нагрузки, которая представляет собой третье приложение простого внутреннего давления.LP7 indicates the compaction contact force for load point (7), which is the first application of simple internal pressure along the repeating path of the combined load for (1)-(52); LP27 indicates the sealing contact force for the load points (27), which represents the second application of simple internal pressure; a LP45 indicates the sealing contact force for load point (45), which represents the third application of simple internal pressure.

Как видно из чертежа, контактная сила уплотнения уменьшилась более значительно для примеров без псевдо заплечиков, чем у образцов с псевдо заплечиками. Это подтверждает, что настоящее изобретение уменьшает снижение герметичности от внутреннего давления после приложения повторяющихся комбинированных нагрузок.As can be seen from the figure, the contact force of the seal decreased more significantly for examples without pseudo shoulders than for samples with pseudo shoulders. This confirms that the present invention reduces the loss of seal due to internal pressure following the application of repeated combined loads.

--

Claims

List of reference items:

1 - threaded connection for pipes;

2 - nipple;

21 - first external thread;

22 - second external thread;

23 - surface of the intermediate shoulder;

24 - surface of the end shoulder;

25 - sealing surface of the nipple;

3 - coupling;

31 - first internal thread;

32 - second internal thread;

33 - surface of the intermediate shoulder;

34 - surface of the end shoulder;

35 - sealing surface of the coupling.

CLAIM

1. Threaded connection (1) for pipes, containing a tubular nipple (2) and a tubular coupling (3), while the nipple (2) and coupling (3) are made with the possibility of screwing when screwing the nipple (2) into the coupling (3), wherein:

nipple (2) includes: first external thread (21); a second male thread (22) located further to the tip than the first male thread (21) and having a smaller diameter than the first male thread (21); surface (23) of the intermediate nipple shoulder located between the first male thread (21) and the second male thread (22); surface (24) of the end shoulder of the nipple located on the tip of the nipple (2); and a nipple sealing surface (25) located between the second male thread (22) and the nipple end shoulder surface (24);

the coupling (3) includes: a first internal thread (31) configured to engage the first external thread (21) when the connection (1) is screwed; a second internal thread (32) configured to engage the second external thread (22) when the connection (1) is screwed; a surface (33) of the intermediate shoulder of the coupling, configured to contact the surface (23) of the intermediate shoulder of the pin when the connection (1) is screwed; surface (34) of the end shoulder of the coupling corresponding to the surface (24) of the end shoulder of the nipple; and a coupling sealing surface (35) located between the second internal thread (32) and the coupling end shoulder surface (34) and configured to contact the pin sealing surface (25) along the entire circumference when the joint (1) is screwed together;

wherein the axial distance between the surface (33) of the intermediate shoulder of the coupling and the surface (34) of the end shoulder of the coupling (3), before screwing up the coupling, LB, is greater than the axial distance between the surface (23) of the intermediate shoulder of the nipple and the surface (24) of the end shoulder nipple (2), before screwing the nipple, L _P ; and characterized in that the difference between the axial distances (LB-LP) is such that when the connection (1) is screwed and when an axial compressive load is applied, the surface (24) of the pin end shoulder begins to contact the surface (34) of the coupling end shoulder earlier how to achieve a threaded connection for pipes; and the axial distances LB and LP are such that when the joint is screwed and no axial compressive load is applied, a gap is formed between the pin end shoulder surface (24) and the coupling end shoulder surface (34).

2. Threaded connection (1) for pipes according to claim 1, in which the second external thread (22) and the second internal thread (32) are designed in such a way that when the connection (1) is screwed together and no axial compressive load is applied, a gap is formed between embedded sides (22S, 32S) of the second external thread (22) and the second internal thread (32); and the gap between the embedded sides (22S, 32S) is of such a size that as the applied axial compressive load gradually increases, the embedded sides (22S, 32S) first begin to contact, and then the surface (24) of the nipple end shoulder and the surface (34 ) end shoulder of the coupling.

3. Threaded connection (1) for pipes according to claim 1 or 2, in which the slope of the straight line connecting the ends, as determined along the axial direction, of the sealing surface (25) of the nipple is more than 5% and less than 25%.

-