PL207609B1

PL207609B1 - Rurowe złącze gwintowe oraz sposób wykonania rurowego złącza gwintowego

Info

Publication number: PL207609B1
Application number: PL372821A
Authority: PL
Inventors: Eric Verger; Albert Bruneau; Antoine Durand
Original assignee: Vallourec Mannesmann Oil & Gas France
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2011-01-31
Also published as: WO2004003416A1; JP4234100B2; BR0312117A; ATE360778T1; EP1518068B1; BR0312117B1; MXPA05000026A; US7581766B2; EG23594A; MY137063A; CN1666056A; UA79618C2; EA006214B1; EP1518068A1; US20050087983A1; AR040307A1; FR2841626A1; DE60313460D1; OA12828A; EA200500102A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest rurowe złącze gwintowe oraz sposób wykonania rurowego złącza gwintowego, zwłaszcza rodzaju stosowanego w odwiertach do pozyskania węglowodorów lub w podobnych odwiertach, na przykład, w geotermice. Takie złącze może istnieć między dwiema rurami o dużej długości, lub między rurą o dużej długości i kielichem. Złącza tego rodzaju stosowane są zwłaszcza do łączenia kolumn rur okładzinowych („casings), lub kolumn rur produkcyjnych („tubings). Uwzględniając wymagane cechy mechaniczne, rury okładzinowe i rury produkcyjne są na ogół ze stali obrabianej cieplnie.

Ponadto, złącza muszą stawiać opór rozciąganiu, ściskaniu, zginaniu oraz czasami skręcaniu, jak również znacznym zakresom ciśnienia w obu kierunkach między wnętrzem i na zewnątrz. Takie złącza muszą być nawet gazoszczelne, co najmniej w niektórych przypadkach. Z tego względu złącza gwintowe są szczególnie korzystne.

Obecnie rozważa się poddawanie rur, na miejscu montażu, średnicowemu rozprężaniu, ze stałym odkształceniem plastycznym. Takie rozwiązanie daje różne korzyści, które zostaną omówione poniżej. Ponadto potrzeba, aby rurowe złącza gwintowe pozostawały sprawne, po odkształceniu plastycznym polegającym na średnicowym rozprężaniu, któremu poddawane są rury. Zatem pożądane jest, aby złącza gwintowe prawidłowo pracowały po plastycznym rozprężaniu średnicowym, zachowując istotne własności, które podlegają ocenie, a którymi są zwłaszcza mechaniczna wytrzymałość na rozciąganie i ściskanie, z lub bez nadciśnienia wewnętrznego lub zewnętrznego, jak również szczelność. Złącze pozostaje szczelne przy znacznych ciśnieniach cieczy i/lub gazu, ponieważ siła docisku między częściami złącza jest znaczna na dużej szerokości i na całym obwodzie powierzchni zetknięcia.

Klasyczne złącza nie są w pełni satysfakcjonujące, ponieważ albo nie spełniają odpowiednio tych wymagań albo spełniają je w sposób niejednolity lub niepowtarzalny.

W publikacji międzynarodowej WO 02/01102 zaproponowana jest konstrukcja złącza przewidzianego do stawiania oporu plastycznemu rozprężaniu średnicowemu. I podobnie w opisie patentowym FR 02 00055 Zgłaszający zaproponował również konstrukcję ulepszonego złącza gwintowego przewidzianego do przeciwstawiania się plastycznemu rozprężaniu średnicowemu.

Nawiązuje się tu ponadto do wiercenia odwiertów dla pozyskania węglowodorów lub, na przykład, w geotermice.

Zwykle, głęboki odwiert wiercony jest najpierw na głębokość stosunkowo małą wynoszącą kilkadziesiąt metrów za pomocą narzędzia o dużej średnicy, rzędu na przykład 500 mm, i orurowany jest za pomocą kolumny rur o tej średnicy. Średnica wiercenia zmniejsza się następnie skokowo, aż do dna odwiertu, który może być wiercony ze średnicą nieco mniejszą, rzędu 150 mm, w tym samym przykładzie. Taki odwiert jest wówczas orurowany za pomocą szeregu kolumn rur współśrodkowych o zmniejszają cych się ś rednicach aż do koń ca wiercenia, do odpowiadają cej ś rednicy, i wszystkie zawieszone od samej powierzchni. Rury o większej średnicy ułożone są od powierzchni aż do głębokości kilkudziesięciu metrów, a rury o mniejszej średnicy prowadzą od powierzchni aż do dna odwiertu, którego głębokość może osiągnąć wiele tysięcy metrów. Przestrzeń między rurami okładzinowymi i ziemią jest, na przykł ad, zacementowana.

Po tym jak odwiert jest całkowicie wywiercony i orurowany, kolumna rur produkcyjnych może być opuszczona, aby umożliwić zwłaszcza wydobywanie węglowodorów aż na powierzchnię, czyli skuteczną eksploatację odwiertu. Rozumie się, że ta kolumna rur produkcyjnych ma średnicę zewnętrzną nieco mniejszą od średnicy wewnętrznej kolumny rur okładzinowych.

Aby wyposażyć przewód odwiertu trzeba więc stosować dużą ilość rur o różnych wymiarach najczęściej połączonych ze sobą za pomocą złącz gwintowych uwzględniając korzyści tego typu montażu. Czynione są starania wykonania rur możliwie najcieńszych, aby nie stosować zbyt dużych średnic rur okładzinowych blisko powierzchni. Otóż, z uwagi na naprężenia i wymagania stawiane złączom gwintowym dąży się do nadawania im grubości większej niż grubość bieżącej części rury, co zmusza do progresywnego zwiększania średnicy między kolumnami współśrodkowymi wówczas, gdy zmierza się w kierunku dna odwiertu.

Łączenie ze sobą rur następuje przez skręcanie ze sobą nagwintowanych końców rur (znane jako złącze zintegrowane), albo za pomocą nagwintowanych kielichów zakrywających ich końce. Rury opuszczane są sukcesywnie po wkręcaniu w koniec poprzedzającej rury lub kielicha.

Specyfikacja API 5 CT American Petroleum Institute (API) definiuje rurowe złącza gwintowe między dwiema rurami o dużej długości („integral-joint tubing, „extreme-line casing), jak również

PL 207 609 B1 kielichowe połączenia gwintowe zawierające dwa nagwintowane złącza umożliwiające łączenie dwóch rur o dużej długości za pomocą kielicha. Te złącza API są szczelne tylko dzięki dodatkowi smaru z czą stkami metalowymi, który wypełnia odstępy mię dzy zwojami gwintu.

Oczywiście, połączenia między rurami (lub między rurami i kielichem) muszą pozostawać szczelne niezależnie od obciążeń jakim zostały poddane rury podczas ich opuszczania w odwiertach, i w szerokim zakresie przenoszonej masy, ponieważ każde złącze podtrzymuje co najmniej częściowo, rury położone poniżej. Zatem, parametry mechaniczne złącz gwintowych są ściśle związane z ich cechami geometrycznymi.

Złącze gwintowe jest przede wszystkim określane przez „sprawność rozciągania określoną przez stosunek przekroju poprzecznego rury w miejscu gwintowania do przekroju poprzecznego rury wzdłuż jej długości.

Ponadto, wówczas, gdy ciśnienie płynu wewnętrznego lub zewnętrznego wywierane na rury staje się nadmierne, gwinty mogą ulec wyzębieniu, zwłaszcza w przypadku gwintów z zaokrąglonymi zwojami trójkątnymi. To dlatego na ogół preferuje się stosowanie gwintów trapezoidalnych.

W złączach gwintowych istnieje zawsze, mimo stosowania tłuszczów wypełnionych cząsteczkami, kanał wycieku, w którym może krążyć płyn pod wysokim ciśnieniem wskutek luzu istniejącego między powierzchniami niestykającymi się ze sobą. Dla danego obciążenia wywołującego rozciąganie, istnieje próg ciśnienia płynu, powyżej którego połączone obciążenie rozciągania i ciśnienia powoduje w złączu gwintowym API rozłączenie gwintów części obejmowanej i obejmującej, znajdujących się w styczności.

Aby uniknąć tych niedogodności, złącza i połączenia gwintowe były przedmiotem różnych udoskonaleń: na przykład, patenty FR 1489013, EP 0488912, US 4,494,777 zmierzały do wykonania rurowych złączy gwintowych zwanych najlepszymi lub „premium, szczelnych zwłaszcza dzięki wprowadzeniu uszczelnienia metal-metal i zderzakom oporowym między elementami obejmowanymi i obejmującymi, odpowiednio rozmieszczonymi.

Takie złącza mogą zostać dokonane przez dwie stożkowe przylgnie uszczelniające, stykające się ze sobą przez nałożenie jednej na drugą, przy czym obejmowana przylgnia uszczelniająca położona jest na zewnątrz, powyżej gwintu obejmowanego, a obejmująca przylgnia uszczelniająca położona jest w sposób odpowiadający elementowi obejmującemu. Zderzaki poprzeczne są użyte łącznie, w celu ustalenia położ enia przylgni uszczelniających, i aby zwiększyć ich skuteczność.

Jak wskazano, po wpuszczeniu kolumny rurowej w odwiert, rozważa się poddanie takiej kolumny średnicowemu rozprężaniu, ze stałym odkształceniem plastycznym. Wykonuje się to, na przykład, za pomocą trzpienia rozprężającego, którego przejście wymuszone jest wewnątrz kolumny: patrz patenty lub zgłoszenia patentowe WO 93/25799, WO 98/00626, WO 99/06670, WO 99/35368, WO 00/61915, GB 2344606, GB 2348657. Takie rozwiązanie daje potencjalnie bardzo interesujące możliwości:

- opuszczenie kolumny o małych wymiarach, która jest następnie rozprężana pod naciskiem,

- położenie w ten sposób na miejscu kolumny rur okładzinowych,

- podobnie, kolmatowanie na miejscu montaż u, otworów rury okł adzinowej lub produkcyjnej spowodowane korozją lub przez tarcie trzpieni wiercących, lub też opuszczanie do odwiertu rur o małych wymiarach, które będą rozprężane do żądanej średnicy na miejscu,

- wreszcie i zwłaszcza, umożliwienie wiercenia odwiertów o jednakowej średnicy na całej ich długości, których okładzina utworzona jest przez kolumnę rur o tej samej średnicy, przy czym rury wprowadzone są w stanie nierozprężonym, a następnie są rozprężane na miejscu, do średnicy odwiertów.

Byłoby wówczas możliwe zmniejszenie ilości koniecznych rur do wyposażenia odwiertu, usuwając rury o większej średnicy, i o większej grubości. W następstwie, koszt wykonania odwiertu uległby zmniejszeniu. Można nawet rozważyć wiercenie odwiertu bezpośrednio kolumną rur orurowania, które pełniłyby rolę napędzającego trzpienia wiercącego.

Okazuje się, że wykonanie złączy gwintowych, które utrzymują swoje parametry po rozprężaniu, jest niezmiernie trudne, tym bardziej, że muszą one być niezawodne (wszystkie złącza muszą trzymać parametry) i stabilne w warunkach pracy.

Okazuje się, że klasyczne rurowe złącza gwintowe, takie jak te według opisu patentowego US 4,494,777, nie wytrzymują plastycznego rozprężania średnicowego. Na tych złączach po rozprężaniu stwierdzono:

- brak szczelnoś ci (która przeszkadza dodatkowo w przeprowadzeniu rozprężania przez popychanie hydrauliczne trzpienia w kolumnie),

PL 207 609 B1

- ugięcie końca obejmowanego w kierunku do wewnątrz złącza, które zmniejsza znacznie i w sposób nie do przyjęcia, wewnętrzną średnicę roboczą kolumny tworząc wewnętrzny występ w przestrzeni określonej przez wewnętrzną średnicę roboczą,

- ewentualnie złamanie krawędzi końca obejmowanego przez przekroczenie odkształcalności niektórych stref szczególnie obciążonych wskutek zmian grubości wszystkich wzdłużnych elementów obejmowanych i obejmujących w stosunku do grubości korpusu rury.

Szuka się więc, sposobu wykonania rurowego złącza gwintowego, które byłoby w stanie przeciwstawić się operacji rozprężania w odwiercie, i które byłoby cieczo i gazoszczelne po tej operacji rozprężania. Starano się także o to, aby rurowe złącze gwintowe było proste i ekonomiczne w produkcji. Ponadto, starano się, aby złącze gwintowe miało dobre właściwości metalurgiczne w czasie pracy, a więc po rozprężaniu, a zwłaszcza, aby miało w tym stanie, wystarczając ą granicę sprężystości, i aby było pozbawione kruchości, oraz aby miało dobre właściwości przy pękaniu pod naprężeniem H2S.

Znane są złącza gwintowe mające krawędź obejmowaną odpowiadającą gniazdu obejmującemu (US 4,611,838, US 3,870,351, WO 99/08034, US 6047997). Okazało się, że te znane połączenia nie są szczelne po rozprężaniu plastycznym, które nie jest tam zresztą wcale rozpatrywane.

W opisie patentowym US 4,611,838, krawę d ź obejmowana ma pierścieniową powierzchnię obejmowanego końca, zawierającą ząb pierścieniowy, i powierzchnię pierścieniową odsadzenia obejmującego, zawierającą rowek pierścieniowy. W celu oparcia, krawędź obejmowana posiada zewnętrzną powierzchnię obwodową toroidalną, a gniazdo obejmujące ma wewnętrzną powierzchnię obwodową stożkową. Te powierzchnie obwodowe nakładają się promieniowo przy końcu skręcania, aby utworzyć przylgnie uszczelniające. Rozwiązanie według US 4,611,838 zmierza do zmaksymalizowania interferencji promieniowej, zewnętrznej powierzchni obwodowej toroidalnej krawędzi obejmowanej z wewnętrzną powierzchnią obwodową stożkową gniazda obejmującego przy końcu skręcania (a przez to do uszczelnienia złącza gwintowego) dzięki kształtowi tych powierzchni obwodowych, i wskutek podparcia powierzchni dolnej rowka wzglę dem powierzchni dolnej zę ba. Ale powierzchnia końca obejmowanego według opisu patentowego US 4,611,838 nie jest odpowiednio utrzymywana w swoim poł o ż eniu w tym odsadzeniu obejmują cym złącza gwintowego, i nie umoż liwia wię c przekazywania momentu zginania na koniec swobodny krawędzi obejmowanej wskutek istnienia wolnej przestrzeni między ścianką górną występu na końcu swobodnym tego występu, i ścianką górną rowka przy jego dnie. Uszczelnienie po rozprężaniu nie może więc zostać przez to zapewnione.

Opis patentowy US 3,870,351 przedstawia konfigurację krawędzi końca obejmowanego i gniazda obejmują cego zbliż oną do konfiguracji wedł ug opisu patentowego US 4,611,838, przy czym powierzchnia obejmowanego końca swobodnego jest wypukła i ma na powierzchni odsadzenia obejmującego wklęsłość taką, aby utworzyć dwa zespoły przylgni uszczelniających metal - metal, jeden na poziomie powierzchni wypukłych, a drugi zespół usytuowany na zewnętrznej powierzchni obwodowej krawędzi obejmowanej i na wewnętrznej powierzchni obwodowej gniazda obejmującego. Taka konfiguracja umożliwia zwiększenie luzu promieniowego między obwodowymi przylgniami uszczelniającymi na złączu skręcanym, co nie jest jednak wystarczające do rozważanego zastosowania (uszczelnienie po rozprężaniu).

Międzynarodowa publikacja WO 99/08034 opisuje złącze gwintowe z gwintem prostokątnym, mające krawędź obejmowaną odpowiadającą gniazdu obejmującemu, i przedstawiające powierzchnie pierścieniowe końca obejmowanego, oraz odsadzenie obejmujące w kształcie przyIgi w postaci zderzaka, osadzone jedno w drugim. Zewnętrzna powierzchnia obwodowa krawędzi obejmowanej i wewnętrzna powierzchnia obwodowa gniazda obejmującego stanowią części cylindryczne, które nakładają się promieniowo na siebie, aby utworzyć zespół przylgni uszczelnienia obwodowego przy końcu skręcania wówczas, gdy wyżłobienie obejmowane i wyżłobienie obejmujące zostają zamocowane. Ukształtowanie tych powierzchni jest skomplikowane i kosztowne do wykonania, i nie daje żadnej gwarancji uszczelnienia po rozprężaniu plastycznym. Ponadto, uwięzienie smaru może powodować nieodpowiednie wzajemne ustawienie elementów gwintowanych.

Opis patentowy US 6,047,997 opisuje wreszcie konstrukcję żerdzi wiertniczych dla przewodów podziemnych, dla których nie ma szczególnych wymagań szczelności. Powierzchnia końca obejmowanego według tego patentu jest osadzona na powierzchni odsadzenia obejmującego, ale rysunki ukazują znaczną przestrzeń między zewnętrzną powierzchnią obwodową krawędzi obejmowanej i wewnę trzną powierzchnią obwodową gniazda obejmującego. To rozwiązanie też nie jest zadowalające dla rozważanego zastosowania.

PL 207 609 B1

W technice montażu przez rozprężanie, każda rura dołączana jest do rur już ze sobą połączonych po przejściu wewnątrz rur, które ją poprzedzają. Aby umożliwić to przejście, średnica każdej rury już połączonej poddana została rozprężaniu rzędu od 10 do 25%, zaczynając od pierwszej, przez przejście kuli w kształcie na ogół stożkowym, przeciąganej od powierzchni odwiertu. To rozprężanie rur umożliwia również poprawienie uszczelnienia na poziomie powierzchni zetknięcia złączy.

Przykład wykonania uszczelnienia metalu z metalem w kształcie sworznia przystosowanego do tej technologii opisany jest w wymienionej publikacji międzynarodowej WO 02/01102. Inny przykład wykonania przedstawiony jest w wymienionym francuskim zgłoszeniu patentowym jeszcze nieopublikowanym FR 02 00055. Każdy z tych przykładów wykonania, opisuje uszczelnienie przystosowane do rozprężania, i po rozprężaniu mające strefy szczelności, które zapewniają cieczoszczelność, a nawet gazoszczelność.

Strefa szczelności utworzona jest z dwóch stykających się powierzchni, poddanych siłom dociskającym. Strefa szczelności pozostaje szczelna przy ciśnieniach cieczy, a nawet gazu, i to tym bardziej, im siła docisku na te powierzchnie jest większa. Ponadto, wymiary tych powierzchni uszczelniających (szerokość i długość) mają również wpływ na szczelność. Wynalazek proponuje poprawienie uszczelnienia tych złączy poddanych ciśnieniom cieczy i gazu, zwłaszcza przez zwiększenie siły docisku, na poziomie stref szczelności.

Niniejszy wynalazek zmierza do poprawienia takich rozwiązań.

Zgodnie z wynalazkiem rurowe złącze gwintowe, zawierające pierwszy obejmowany element rurowy i drugi obejmujący element rurowy, które połączone są wzajemnie przez skręcenie skojarzonych ze sobą gwintów, przy czym co najmniej jeden z pierwszego elementu rurowego i drugiego elementu rurowego zawiera niegwintowaną krawędź przechodzącą pomiędzy swoim gwintem a swoim końcem swobodnym i posiada uszczelniającą zewnętrzną powierzchnię obwodową, która szczelnie styka się z przeciwlegle położoną wewnętrzną powierzchnią obwodową drugiego elementu po ich wzajemnym skręceniu, po rozprężaniu średnicowym, po którym powstają powrotne siły sprężyste pierwszego elementu rurowego i drugiego elementu rurowego, charakteryzuje się tym, że zawiera tulejkę rurową, która przed skręceniem nasunięta jest na drugi element rurowy, i która ustawiona jest w położeniu osiowym zasadniczo naprzeciwko niegwintowanej krawędzi, przy czym w stanie po rozprężeniu średnicowym tulejki wektor wypadkowy powrotnej siły sprężystej tej tulejki i siły sprężystej drugiego elementu rurowego skierowany jest w kierunku przeciwnym do wektora powrotnej siły sprężystej pierwszego elementu rurowego tworząc obręczowanie co najmniej drugiego elementu rurowego przez tę tulejkę rurową.

Korzystnie, niegwintowaną krawędź pierwszego elementu rurowego zawiera na swoim końcu występ sprzęgający się osiowo z odpowiadającym mu rowkiem drugiego elementu rurowego po skręceniu tych elementów i przed rozprężaniem średnicowym, przy czym ta niegwintowana krawędź podczas rozprężania średnicowego utrzymywana jest przez występ w rowku drugiego elementu rurowego.

Korzystnie, powierzchnia uszczelniająca niegwintowanej krawędzi i powierzchnia leżąca naprzeciwko niej są cylindryczne i są one rozmieszczone z małym luzem względem siebie po skręceniu elementów rurowych i przed rozprężaniem średnicowym.

Korzystnie, powierzchnia uszczelniająca niegwintowanej krawędzi i powierzchnia leżąca naprzeciwko niej nakładają się promieniowo na siebie po skręceniu elementów rurowych i przed rozprężaniem średnicowym.

Korzystnie, każdy pierwszy i drugi element rurowy zawiera niegwintowaną krawędź przechodzącą między swoim gwintem i swoim końcem swobodnym i posiada uszczelniającą zewnętrzną powierzchnię obwodową, która szczelnie styka się z przeciwlegle położoną wewnętrzną powierzchnią obwodową drugiego elementu rurowego po ich wzajemnym skręceniu i rozprężaniu średnicowym, po którym powstają powrotne siły sprężyste pierwszego elementu rurowego i drugiego elementu rurowego oraz, że zawiera dwie tulejki rurowe, które przed skręceniem nasunięte są na drugi element rurowy, i które ustawione są w położeniu osiowym zasadniczo naprzeciwko niegwintowanej krawędzi, przy czym w stanie po rozprężaniu średnicowym tulejek wektor wypadkowy powrotnej siły sprężystej tych tulejek i siły sprężystej drugiego elementu rurowego skierowany jest w kierunku przeciwnym do wektora powrotnej siły sprężystej pierwszego elementu rurowego tworząc obręczowanie co najmniej drugiego elementu rurowego przez tę tulejkę rurową.

Korzystnie, dwie tulejki rurowe połączone są ze sobą łącznikiem rurowym mającym przekrój poprzeczny mniejszy od przekroju poprzecznego tych tulejek, przy czym tulejki rurowe i łącznik rurowy wykonane są w postaci jednego elementu.

PL 207 609 B1

Korzystnie, łącznik rurowy ma promieniową grubość mniejszą od grubości promieniowej tulejek rurowych.

Korzystnie, każda tulejka rurowa ma długość pokrycia równą w przybliżeniu długości krawędzi leżącej naprzeciwko tej tulejki, opcjonalnie z dodanymi ośmioma zwojami gwintów.

Korzystnie, każda tulejka rurowa wycentrowana jest na niegwintowanej krawędzi leżącej naprzeciwko tej tulejki rurowej.

Korzystnie, tulejka rurowa przechodząca naprzeciwko niegwintowanej krawędzi drugiego elementu rurowego zawiera promieniowy występ stykający się z promieniową powierzchnią usytuowaną na końcu drugiego elementu rurowego.

Korzystnie, tulejka rurowa utrzymana jest w swoim położeniu w stosunku do drugiego elementu rurowego przez klejenie co najmniej części powierzchni drugiego elementu rurowego i tulejki rurowej leżącej naprzeciwko tego elementu rurowego.

Korzystnie, tulejka rurowa ustawiona jest osiowo na drugim elemencie rurowym za pomocą obręczowania co najmniej przez chłodzenie tego drugiego elementu rurowego.

Korzystnie, tulejka rurowa ustawiona jest osiowo na drugim elemencie rurowym za pomocą obręczowania co najmniej przez ogrzewanie tej tulejki rurowej.

Korzystnie, drugi element rurowy zawiera znacznik ustawienia tulejki rurowej usytuowany na swojej zewnętrznej powierzchni obwodowej.

Korzystnie, znacznik ustawienia jest rowkiem o małej głębokości wykonanym w drugim elemencie rurowym.

Korzystnie, promieniowa grubość tulejki rurowej jest co najmniej równa 1,5 mm.

Korzystnie, materiał tulejki rurowej posiada granicę sprężystości wyższą od granicy sprężystości materiału pierwszego i drugiego elementu rurowego.

Korzystnie, granica sprężystości materiału tulejki rurowej regulowana jest obróbką cieplną.

Natomiast, sposób wykonania rurowego złącza gwintowego, charakteryzuje się tym, że na wstępie przeprowadza się montaż początkowego rurowego złącza gwintowego, określonego powyżej, oraz tym, że poddaje się to początkowe rurowe złącze gwintowe rozprężaniu średnicowemu w zakresie odkształceń plastycznych za pomocą trzpienia rozprężającego o średnicy większej od wewnętrznej średnicy dwóch elementów rurowych, i przemieszcza się ten trzpień osiowo w złączu gwintowym w miejscu, gdzie każda tulejka rurowa wywołuje, w stanie po rozprężeniu średnicowym, powrotną siłę sprężystą, która sumuje się z siłą sprężystą drugiego elementu rurowego w strefie objętej przez ten element.

Z kolei, rurowe złącze gwintowe, otrzymane sposobem okre ś lonym powyż ej, charakteryzuje si ę tym, że zawiera pierwszy obejmowany element rurowy oraz drugi obejmujący element rurowy, które połączone są wzajemnie przez skręcenie skojarzonych ze sobą gwintów, przy czym co najmniej jeden z pierwszych i drugich elementów rurowych zawiera niegwintowaną krawędź przechodzącą między swoim gwintem i swoim końcem swobodnym i posiada uszczelniającą zewnętrzną powierzchnię obwodową, która szczelnie styka się z przeciwlegle położoną wewnętrzną powierzchnią obwodową drugiego elementu rurowego, oraz tym, że to złącze ponadto zawiera tulejkę rurową szczelnie otaczającą drugi element rurowy i przechodzącą osiowo zasadniczo naprzeciwko tej krawędzi.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia złącze gwintowe, którego dotyczy wynalazek, fig. 2 przedstawia element obejmowany złącza gwintowego z fig. 1, fig. 3 przedstawia element obejmujący złącza gwintowego z fig. 1, fig. 4-7 przedstawiają złącze gwintowe, którego dotyczy wynalazek na różnych etapach procesu rozprężania, fig. 4 przedstawia fazę rozprężania złącza gwintowego, fig. 5 przedstawia fazę zginania tego złącza, fig. 6 przedstawia jego fazę prostowania, fig. 7 przedstawia końcowy stan złącza gwintowego poddanego procesowi rozprężania, fig. 8 przedstawia złącze gwintowe przed rozprężaniem, zawierające przykład wykonania tulejek według wynalazku, a fig. 9 przedstawia złącze gwintowe po rozprężaniu, zawierające przykład wykonania tulejek według wynalazku.

Rysunki zawierają istotne elementy o określonym charakterze. Będą one mogły więc, nie tylko służyć do lepszego zrozumienia opisu, ale także przyczynić się, w szczególnym przypadku, do lepszego zdefiniowania wynalazku.

Załącznik I przedstawia wyniki badania porównawczego uszczelnienia złącza odniesienia i złączy gwintowych według wynalazku.

Fig. 1 przedstawia złącze zawierające element z gwintem zewnętrznym 1 umieszczony na końcu pierwszego elementu rurowego 11. Ten element z gwintem zewnętrznym jest dokręcony do zderzaka w elemencie z gwintem wewnętrznym 2 umieszczonym na końcu drugiego elementu rurowego 12.

PL 207 609 B1

Średnica wewnętrzna elementu z gwintem zewnętrznym jest tu równa średnicy wewnętrznej DI elementów rurowych 11, 12. W przykładzie wykonania z fig. 1, średnica zewnętrzna elementu z gwintem wewnętrznym jest równa średnicy zewnętrznej DE elementów rurowych 11, 12, jedynie tytułem przykładu wykonania.

Złącze przedstawione na fig. 1 jest w stanie zwykłego wkręcenia do zderzaka przed całą operacją rozprężania średnicowego.

Drugim elementem rurowym 12 jaki przedstawiono jest rura o dużej długości. Ten drugi element rurowy mógłby być, w sposób nieprzedstawiony, kielichem zaopatrzonym, z jednej strony, w element z gwintem wewnętrznym 2, a z drugiej strony, w drugi element z gwintem wewnętrznym, symetryczny lub nie, względem tego ostatniego, i nakręcony na element z gwintem zewnętrznym usytuowany na końcu innej rury o dużej długości.

Na fig. 2 przedstawiony został tylko element z gwintem zewnętrznym 1.

Ten element zawiera gwint zewnętrzny 3, stożkowy i trapezoidalny, i przedłużony do swojego końca swobodnego, przez część zewnętrzną niegwintowaną utworzoną przez rowek 21 i przez niegwintowaną krawędź 5, i jest zakończony powierzchnią pierścieniową obejmowanego końca 9.

Rowek 21 ma kształt litery U i posiada małą głębokość.

Ten rowek zaczyna się tuż za gwintem, i jego głębokość h_g jest mniejsza od wysokości zwoju gwintu zewnętrznego 3. W ten sposób, dno rowka dochodzi do stopy pierwszego zwoju gwintu.

Szerokość rowka I_g jest zasadniczo 4 razy większa od jego głębokości h_g.

Krawędź 5 ma:

a) zewnętrzną powierzchnię obwodową 7 o kształcie cylindrycznym,

b) wewnętrzną powierzchnię obwodową 19, która odpowiada obwodowej strefie końcowej obwodowej cylindrycznej powierzchni wewnętrznej pierwszego elementu rurowego 11.

Krawędź 5 ma więc jednakową grubość e w przybliżeniu równą połowie grubości et elementu rurowego 11. Ta krawędź ma długość l mierzoną od końca rowka aż do powierzchni poprzecznej 15 (określonej poniżej) w przybliżeniu równej 3 razy grubość el krawędzi.

Obejmowana powierzchnia końca 9 tworzy wyżłobienie. To wyżłobienie utworzone jest z obejmowanej pierścieniowej powierzchni poprzecznej 15 i z pierścieniowego występu 13 wystającego osiowo, przylegle do powierzchni poprzecznej 15. Obejmowana powierzchnia poprzeczna 15 usytuowana jest od strony wyżłobienia skierowanego do wewnątrz złącza gwintowego.

Zewnętrzna powierzchnia obwodowa pierścieniowego występu 13 znajduje się na przedłużeniu zewnętrznej powierzchni obwodowej 7 krawędzi, podczas gdy jej wewnętrzna powierzchnia obwodowa 17 jest, na przykład, cylindryczna.

Promieniowa grubość pierścieniowego występu 13 jest w przybliżeniu identyczna jak grubość powierzchni poprzecznej 15, podczas gdy wysokość występu (lub jego osiowe wystawanie) jest w przybliżeniu równa grubości promieniowej tego samego występu. Ta grubość może być także 1,5 razy większa od grubości promieniowej, aby lepiej podtrzymywać koniec swobodny występu podczas rozprężania.

Na fig. 3 przedstawiony został tylko element z gwintem wewnętrznym 2.

Ten element zawiera, poczynając od końca swobodnego tego elementu, gwint wewnętrzny 4 z trapezoidalnymi zwojami podobnymi do zwojów gwintu zewnętrznego, a następnie niegwintowaną część 6. Ta niegwintowana część 6 tworzy gniazdo odpowiadające i współdziałające z niegwintowaną krawędzią 5 elementu z gwintem zewnętrznym 1.

Gniazdo z gwintem wewnętrznym ma wewnętrzną powierzchnię obwodową 8 zwróconą do wewnątrz, o kształcie cylindrycznym, połączoną, z jednej strony, z gwintem wewnętrznym 4, i z drugiej strony, za pośrednictwem obejmującego występu 10, z wewnętrzną cylindryczną powierzchnią obwodową 20 drugiego elementu rurowego 12.

Na ogół, średnica powierzchni obwodowej 8 gniazda jest tylko nieco większa od średnicy zewnętrznej powierzchni obwodowej 7 obejmowanej krawędzi 5. W ten sposób, powierzchnie obwodowe 7 i 8 mogą ślizgać się jedna po drugiej z małym luzem podczas wkręcania elementu z gwintem zewnętrznym w element z gwintem wewnętrznym, na przykład, z luzem 0,2 mm. Zaleta takiego ślizgania będzie wyjaśniona w dalszej części opisu.

Obejmujący występ 10 ma pierścieniową powierzchnię odsadzenia, która usytuowana jest w sposób w przybliżeniu odpowiadający, i ma w przybliżeniu podobny kształt, do kształtu obejmowanego końca 9. Powierzchnia występu 10 tworzy wyżłobienie utworzone z pierścieniowej obejmującej powierzchni poprzecznej 16 i z pierścieniowego rowka 14 przyległego do tej powierzchni poprzecznej 16.

PL 207 609 B1

Poprzeczna powierzchnia 16 usytuowana jest po stronie wyżłobienia skierowanego do wewnątrz złącza gwintowego.

Ściana 18 pierścieniowego rowka 14 przyległego do powierzchni poprzecznej 16 jest, na przykład, cylindryczna i może być połączona z tą powierzchnią, przez zukosowanie lub zaokrąglenie. Ściana przeciwległa rowka znajduje się na przedłużeniu powierzchni obwodowej 8. Podczas skręcania złącza gwintowego, powierzchnia obwodowa 17 występu „wchodzi na ścianę 18 pierścieniowego rowka, aż poprzeczny koniec swobodny 25 występu dojdzie do dna 24 pierścieniowego rowka 14. Wysokość osiowa h_r. występu i osiowa głębokość P_r rowka są takie, że powierzchnie poprzeczne 15 i 16 stykają się ze sobą dopiero po dokręceniu. Mały luz między cylindrycznymi powierzchniami obwodowymi 7 i 8, i między powierzchniami występu i rowka, który je przedłuża, umożliwia usunięcie smaru przy końcu skręcania, a więc poprawne ustalenie położenia niegwintowanej krawędzi 5 w stosunku do gniazda 6.

Na fig. 4 do 7 wyjaśniono zjawiska odkształceń, które powstają wówczas, gdy za pomocą trzpienia rozprężającego wykonuje się rozszerzenie średnicy rzędu 15% na rurach połączonych złączami gwintowymi, które zostaną opisane, i które umożliwiają ostateczne otrzymanie szczelnego złącza rozprężonego.

Takie odkształcenie przeprowadzone na materiałach metalowych prowadzi do odkształceń plastycznych metalu.

Wychodzi się zatem, na przykład, ze średnicy zewnętrznej 139,7 mm (5,5 cala) drugiego elementu rurowego 12 przed rozprężaniem, i w rezultacie, z części jeszcze nieodkształconej o średnicy zewnętrznej 157,5 mm (6,2 cala) rozprężonej pierwszego elementu rurowego 11 (na wprost lub za stożkiem wyjściowym 33 trzpienia rozprężającego). Z tego powodu dla rur trzeba stosować metal, który wytrzymuje takie odkształcenia plastyczne.

Powstałe odkształcenia plastyczne zwiększają granicę sprężystości wyrobów: rura mająca początkowo granicę sprężystości 310 MPa (45 KSI) osiąga jej wzrost do 380 MPa (55 KSI) po odkształceniu.

Rozprężanie średnicowe zrealizowane jest w sposób znany za pomocą trzpienia rozprężającego 30 (fig. 4) o odpowiedniej średnicy maksymalnej. Wymusza się przejście tego trzpienia rozprężającego w elementach rurowych, albo przeciągając go za pomocą trzpieni wiercących, albo też przepychając go, na przykład, ciśnieniem hydraulicznym.

Trzpień rozprężający 30 ma, na przykład, kształt dwustożkowy ze stożkiem wejściowym 31, na którym dokonuje się rozprężanie, pośredniej części cylindrycznej 32, i stożkowej części wyjściowej 33.

Wszystkie powierzchnie części trzpienia rozprężającego połączone są ze sobą przez dostosowane strefy złącza.

W znanym rozwiązaniu (według WO 93/25800) rozważano zwłaszcza kąty stożków wejściowych, w szczególności przystosowanych do średnicowego rozprężania rur zaopatrzonych w szczeliny i zwanych EST (expandable slotted tubing) dla eksploatacji odwiertów do pozyskiwania węglowodorów.

Elementy rurowe 11, 12 mające w przybliżeniu stały przekrój, nie stwarzają szczególnego problemu podczas przejścia trzpienia rozprężającego, o ile wystarczająca jest odkształcalność metalu, z którego są one zrobione.

Proces rozprężania złącza gwintowego może być przeprowadzony w czterech fazach, które są przedmiotem ilustracji na fig. 4 do 7.

Mimo, że operacja rozprężania może być zawsze wykonana w kierunku przeciwnym i prowadzić do wyników adekwatnych, przedstawiono korzystny przykład odkształcenia, w którym trzpień rozprężający przemieszcza się od elementu z gwintem zewnętrznym 1 pierwszego elementu rurowego 11. do elementu z gwintem wewnętrznym 2 drugiego elementu rurowego 12.

a) Faza rozprężania na stożku trzpienia rozprężającego

Na fig. 4 przedstawiono złącze gwintowe podczas tej fazy.

Rozprężanie realizowane jest przez stożek wejściowy 31 trzpienia rozprężającego 30, a na fig. 4 przedstawiono gwint zewnętrzny 3 i gwint wewnętrzny 4 podczas rozprężania średnicowego.

Na fig. 4, stożek wejściowy 31 trzpienia rozprężającego 30 zaczyna odkształcenie krawędzi obejmowanej, i odpowiedniej strefy gniazda obejmującego zaginając je w celu uzyskania nachylenia w stosunku do osi łączenia.

Podczas tej fazy rozprężania, siły reakcji podczas przejścia trzpienia rozprężającego 30 są stopniowo przenoszone z pierwszego elementu rurowego 11 na drugi element rurowy 12.

Wskutek tych sił reakcji, obejmowana krawędź 5 ściskana jest osiowo podczas tej fazy rozprężania, przez pierścieniową powierzchnię występu 10.

PL 207 609 B1

Koniec fazy rozprężania odpowiada dojściu końca swobodnego elementu obejmowanego do końca stożka wejściowego 31 trzpienia rozprężającego.

b) Faza zginania

Podczas tej fazy, krawędź obejmowana usytuowana jest na poziomie środkowej części cylindrycznej 32 trzpienia rozprężającego 30: patrz fig. 5.

i) krawędź obejmowana

Obejmowana krawędź 5 poddana jest na każdym z jej dwóch końców momentom zginającym w kierunkach przeciwnych.

Powierzchnia obejmowanego końca 9 jest w rezultacie utrzymana w położeniu na powierzchni obejmującego pierścieniowego występu 10 z tego powodu, że wyżłobienia z powierzchniami poprzecznymi 15, 16 tworzą układ uwięzienia występ/rowek.

Uwięzienie wyżłobień zmusza strefę końca swobodnego obejmowanej krawędzi 5 do podążania wzdłuż nachylenia strefy 22 na pełnej grubości elementu obejmującego, powyżej odsadzenia. Ta strefa 22 jest jeszcze podczas rozprężania na stożku wejściowym 31 trzpienia rozprężającego, i tworzy więc, na tym poziomie moment zginający.

Drugi koniec krawędzi, po stronie gwintu zewnętrznego 3, nie jest już podparty i wręcz przeciwnie poddaje tę krawędź momentowi zginającemu przeciwnemu w stosunku do momentu na końcu swobodnym krawędzi.

Momenty zginające o znaku przeciwnym na dwóch końcach krawędzi obejmowanej powodują krzywiznę o kształcie banana obejmowanej krawędzi 5 jak na fig. 5, przy czym zewnętrzna powierzchnia obwodowa 7 krawędzi 5 przyjmuje kształt wypukły.

Stan osiowego ściskania obejmowanej krawędzi 5 przy końcu fazy rozprężania zwiększa jej krzywiznę pod wpływem momentów zginających.

Rowek 21 usytuowany między obejmowaną krawędzią 5 i gwintem zewnętrznym 3 pełni rolę plastycznego przegubu kulistego, który zwiększa krzywiznę krawędzi obejmowanej ograniczając szerokość, na której krzywizna ta może być wykonana.

Należy jednakże uważać w tym przypadku, aby naprężenia od ściskania osiowego na poziomie krawędzi obejmowanej nie powodowały wyboczenia metalu 23 pod rowkiem. To wyboczenie tłumaczyłoby się przez występ metalu pod rowkiem w stosunku do wewnętrznej powierzchni obwodowej 19.

ii) gniazdo z gwintem wewnętrznym

To samo zjawisko ugięcia powstaje w gnieździe z gwintem wewnętrznym.

Strefa 22 o pełnej grubości stosunkowo sztywna względem stref krawędzi stosunkowo cienkich, ulega po swoim przejściu na poziomie części pośredniej, dodatkowemu rozprężaniu w taki sposób, że wewnętrzna średnica strefy 22 staje się większa od średnicy strefy pośredniej, którą jest część cylindryczna 32 trzpienia rozprężającego 30. Zjawisko dodatkowego rozprężania opisane zostało w publikacji WO 93/25800.

c) faza wyprostowania

Ta faza zilustrowana na fig. 6 odpowiada przejściu z obejmującej strefy 22 o pełnej grubości do części cylindrycznej 32 trzpienia rozprężającego 30.

i) gniazdo z gwintem wewnętrznym

Ugięcie powstałe w poprzedniej fazie ma tendencję dochodzenia do zera wskutek napięcia i naprężeń obwodowych, co stwarza stan naprężeń osiowych zginania przeciwny w stosunku do krzywizny, wykonując w ten sposób prostowanie.

Moment zginający wywołany przez te naprężenia jest proporcjonalny do grubości materiału przy końcu prostowania. W chwili dojścia do elementu rurowego 12 o pełnej grubości (strefa 22), moment zginający nie jest wystarczający, aby prostować wewnętrzną strefę obwodową gniazda z gwintem wewnętrznym, która ma wówczas tendencję do zagłębiania się w kierunku osi wyrobu. To zachowanie przejawia się przez miejscowe zmniejszenie średnicy zewnętrznej elementu rurowego 12.

ii) krawędź obejmowana

W miarę prostowania części obejmującej, różnica osiowej objętości, która była wytworzona przez zginanie, zmniejsza się. Obejmowana krawędź 5 traci więc stopniowo swój stan ściskania. To postępuje wraz z rozdzieleniem, początkowo zetkniętych, powierzchni poprzecznych 15, 16. To zjawisko jest wzmocnione przez „zanurzanie wewnętrznej powierzchni obwodowej 8 gniazda z gwintem wewnętrznym, które powoduje efekt otwarcia powierzchni poprzecznych 15, 16.

Odkształcenie w kształcie banana narzucone w poprzedniej fazie zostaje zachowane.

PL 207 609 B1

d) stan końcowy

Na fig. 7 pokazano końcowy stan złącza gwintowego po przejściu trzpienia rozprężającego.

Stan naprężeń obwodowych wywołany przez rozprężanie prowadzi do wzmocnienia zewnętrznej powierzchni obwodowej 7 krawędzi obejmowanej przez wewnętrzną powierzchnię obwodową 8 gniazda obejmującego. Można wówczas mówić o samo-wzmacnianiu powierzchni obwodowych 7, 8 złącza gwintowego w stanie rozprężonym, co umożliwia zapewnienie szczelności. Obejmowana krawędź 5 nie zagłębia się w kierunku osi, ponieważ promieniowe przesunięcie narzucone przez wstawienie profili złączowych wytworzyło wystarczające odkształcenia plastyczne.

Sprężysty powrót elementów złącza gwintowego po przejściu trzpienia rozprężającego jest bez znaczenia przy odkształceniach plastycznych, które występują.

Promieniowe wzmacnianie wprowadza siłę docisku wielu dziesiątek MPa a nawet większą niż 100 MPa, wystarczającą, aby zapewnić szczelność dla ciśnień wewnętrznych albo zewnętrznych w złączu gwintowym. Długość wzmocnienia jest wystarczająca na całym obwodzie powierzchni styku, aby zapewnić stabilną szczelność między tymi powierzchniami.

Szczelność jest ponadto niezbędna wówczas, gdy rozprężanie jest wykonane przez hydrauliczny trzpień rozprężający 30 pod ciśnieniem 10 do 30 MPa, przy czym każdy wyciek na poziomie złącza już rozprężonego przeszkadza przenikaniu trzpienia rozprężającego bardziej do przodu w kolumnie i w konsekwencji blokuje proces rozprężania.

Zbyt znaczny luz pomiędzy powierzchnią obwodową 7 obejmowanej krawędzi 5 i powierzchnią obwodową 8 gniazda z gwintem wewnętrznym złącza gwintowego przed rozprężaniem nie pozwala na wzmacnianie tych powierzchni na końcu operacji rozprężania.

Wcisk promieniowy między tymi powierzchniami w początkowym stanie przed rozprężaniem nadaje się do wywoływania różnych odkształceń (krzywizny, prostowania) między tymi powierzchniami w czasie operacji rozprężania, przy czym te różne odkształcenia umożliwiają wykonanie wzmocnienia tych powierzchni na końcu operacji rozprężania. Wcisk promieniowy może także powodować zakleszczenie tych powierzchni podczas skręcania, i niewłaściwe ustalenie położenia elementów z niepoprawnym osadzeniem powierzchni końca 9 i występu 10, i przy średnim wzmacnianiu powierzchni obwodowych 7 i 8 po rozprężaniu.

W korzystnym przykładzie wykonania, kształt w postaci wyżłobienia pierścieniowego z powierzchniami poprzecznymi 15, 16 i układ pierścieniowy występ 13 / pierścieniowy rowek 14 uniemożliwia zagłębianie się obejmowanego końca swobodnego podczas rozprężania. Inne przykłady wykonania powierzchni końca 9 i występu 10 są możliwe, aby osiągać ten sam wynik.

Zbyt cienka obejmowana krawędź 5 o grubości mniejszej od trzeciej części grubości elementów rurowych 11, 12 nie umożliwia wykonania skutecznej powierzchni oporowej na poziomie powierzchni poprzecznych 15, 16.

Jeśli natomiast, grubość e obejmowanej krawędzi 5 jest wyższa od 2/3 grubości elementów rurowych 11, 12, to grubość elementu rurowego 12 na poziomie strefy gniazda z gwintem wewnętrznym powoduje przekrój krytyczny gwintu z gwintem wewnętrznym 4, oraz zbyt małą i w konsekwencji, niewystarczającą wytrzymałość gwintu na rozciąganie.

Stosunek długość/grubość obejmowanej krawędzi 5 reguluje ściskanie i zginanie krawędzi 5.

Obejmowana krawędź 5 o długości l_l mniejszej od jej grubości nie umożliwia wystarczającego zginania powierzchni obwodowej 7 obejmowanej krawędzi 5 i/lub prostowania powierzchni obwodowej 8 gniazda z gwintem wewnętrznym.

Obejmowana krawędź 5 o długości l_l większej cztery razy od jej grubości e_l może powodować wyboczenie krawędzi obejmowanej i wewnętrzny jej występ po stronie gwintu.

Ten wynik jest uwzględniony przez występowanie rowka 21 między gwintem z gwintem zewnętrznym 3 i obejmowaną krawędzią 5.

To dlatego rowek korzystnie ma głębokość ograniczoną do wysokości zwoju gwintu i długość ograniczoną względem swojej głębokości.

Pierścieniowy występ 13 o niewystarczającej grubości promieniowej i osiowej wysokości niższej od promieniowej grubości nie mógłby być wystarczający podczas rozprężania.

Poniżej nastąpi odniesienie do fig. 8, która pokazuje złącze rurowe po skręceniu częściowo nagwintowanych elementów rurowych, które to złącze przeznaczone jest do rozprężania średnicowego według wynalazku.

To uszczelnienie zawiera obejmowane i obejmujące elementy rurowe 11, 12 jak przedstawiono na fig. 1. Część końcowa rury obejmowanej zawiera krawędź 5, której powierzchnia obwodowa 8

PL 207 609 B1 przystosowana jest do zetknięcia się z powierzchnią obwodową 7 gniazda obejmującego elementu rurowego 12 podczas rozszerzania się złącza. Strefa zetknięcia z połączeniem stykowym między powierzchniami obwodowymi 7 i 8 po rozprężaniu jest zwana wewnętrzną strefą szczelności CI, ponieważ jest ona usytuowana wewnątrz złącza. Po rozprężaniu, istnieje również, strefa zetknięcia pomiędzy powierzchnią występu krawędzi obejmowanej i powierzchnią na wprost rowka obejmującego elementu rurowego.

Tulejka rurowa 36 usytuowana jest współosiowo z obejmującym elementem rurowym 12. Ta tulejka rurowa 36 ma średnicę wewnętrzną taką, która umożliwia nasunięcie tej tulejki rurowej przez operatora przed wkręceniem elementów rurowych 11 i 12, na obejmujący rurowy element 12, i zetknięcie z zewnętrzną powierzchnią 37 elementu rurowego 12. Ta tulejka rurowa przechodzi na całej swojej długości Im1 tak, aby zakrywać osiowo krawędź 5 i wystawać obustronnie poza krawędź 5, to jest po stronie gwintu, i powyżej pierścieniowego występu 13. Ta tulejka rurowa 36 korzystnie jest centrowana na tej krawędzi.

Przy końcu wkręcania i przed rozprężaniem, pierścieniowy występ 13 oparty jest osiowo o dno pierścieniowego rowka 14, a uszczelniające powierzchnie obwodowe 7 i 8 są cylindryczne i usytuowane z niewielkim luzem względem siebie, przy końcu wkręcania. Krawędź 5 jest podtrzymana podczas rozprężania przez układ osadzenia pierścieniowy występ 13 / pierścieniowy rowek 14.

W przykładzie wykonania, tulejka rurowa 36 utworzona jest z materiału identycznego jak materiał elementów rurowych, którego górna granica sprężystości jest, na przykład, identyczna jak granica sprężystości materiału tych elementów rurowych. Po rozprężaniu średnicowym, tulejka rurowa wywołuje sprężystą siłę powrotną, która sumuje się ze sprężystą siłą powrotną elementu obejmującego, i przeciwstawia się sprężystej sile powrotnej elementu obejmowanego. Zatem, realizowane jest obręczowanie elementu obejmującego przez tulejkę rurową. Ponadto, różnica powrotnej siły sprężystej między, z jednej strony, elementu obejmowanego, i z drugiej strony, zespołu utworzonego z tulejki i z elementu obejmującego, powoduje ściskanie elementu obejmującego. Ponieważ, tulejka rurowa 36 pokrywa powierzchnie obwodowe 7 i 8, i nieco poza nie wystaje, ściskanie tłumaczy się wzrostem siły zetknięcia między uszczelniającymi powierzchniami obwodowymi 7 i 8 elementów obejmowanych i obejmujących. Stąd również realizowane jest obręczowanie elementu obejmowanego przez element obejmujący.

Obecność tulejki rurowej 36 wymaga energii rozprężania tylko trochę większej niż bez tulejki rurowej (rzędu 10%), i wzmacnia znacznie siłę docisku na poziomie wewnętrznej strefy szczelności CI po rozprężaniu (rzędu 200% dla tulejki o grubości 4 do 5 mm).

W przedstawionym przykładzie wykonania, przed rozprężaniem, tulejka rurowa 36 określona jest przez:

- długość pokrycia około Im1 równą co najmniej długości krawędzi ll zwiększoną o dodatek około 2 do 8 razy maksymalnej szerokości zwoju gwintu,

- grubość promieniową em1 ograniczoną między maksymalną grubością promieniową podaną przez maksymalną objętość złącza, i minimalną grubością promieniową daną przez zbyt mały wpływ tulejki na sprężystą siłę powrotną elementów gwintowanych: korzystnie, grubość promieniowa wynosi około kilku milimetrów, na przykład, co najmniej 1,5 mm, a korzystnie rzędu od 4 do 5 mm, dla rur o średnicy zewnętrznej rzędu 150 mm i o grubości od 7 do 8 mm. Korzystnie, grubość tulejki jest w przybliżeniu bliska grubości krawędzi obejmowanej. Po rozprężaniu, grubość promieniowa wynosi co najmniej 1 mm.

W przykładzie wykonania wynalazku, powierzchnie obwodowe 7 i 8 określają strefę szczelności zwaną wewnętrzną strefą szczelności CI złącza po średnicowym rozprężaniu. Jednak, inna strefa szczelności utworzona jest przed i po średnicowym rozprężaniu uszczelnienia przedstawionego na fig. 8.

Zatem, obejmujący rurowy element 12 zawiera, między swoim gwintem i swoim końcem swobodnym, obejmującą niegwintowaną krawędź 38. Ta krawędź 38 ma wewnętrzną powierzchnię obwodową 41 zakończoną powierzchnią promieniową 39 tworzącą powierzchnię pierścieniową. Obejmowany element rurowy 11 ma zewnętrzną powierzchnię obwodową 40 po stronie przeciwnej gwintu obejmowanego, na swoim końcu swobodnym. Po całkowitym skręceniu obejmowanego i obejmującego elementu rurowego, wewnętrzna powierzchnia obwodowa 41 nakłada się promieniowo na zewnętrzną powierzchnię obwodową 40 obejmowanego elementu rurowego 11 tak, aby określić strefę szczelności przed rozprężaniem. Obie powierzchnie obwodowe 40 i 41 są stożkowe i o podobnej zbieżności. Podczas rozprężania, krawędź obejmująca nie jest osiowo oparta o element obejmowany, i nie występuje zjawisko zginania lub przeciw zginania, jak w przypadku krawędzi obejmowanej osio12

PL 207 609 B1 wo opartej o element obejmujący. Zatem, krawędź obejmująca nie zagłębia się osiowo. Po rozprężaniu, powstaje zwykłe zjawisko powrotu sprężystego, trochę większego obejmującej krawędzi 38 w stosunku do elementu obejmowanego pod tą krawędzią. To powoduje kontakt szczelny między wewnętrzną powierzchnią obwodową 41 krawędzi obejmującej i powierzchni obwodowej 40 odpowiadającej obejmowanemu elementowi rurowemu 11. Nakładanie się przy końcu skręcania powierzchni obwodowych 40 i 41 umożliwia zapewnienie styku między tymi powierzchniami podczas sprężystego powrotu po rozprężaniu.

Strefa szczelnego zetknięcia między powierzchniami obwodowymi 40 i 41 po rozprężaniu jest zwana zewnętrzną strefą szczelności CE, ponieważ jest ona usytuowana na zewnątrz złącza.

Na zewnątrz każdego innego elementu, zewnętrzna szczelność utworzona na poziomie zewnętrznej strefy szczelności CE jest jednak mniejsza od szczelności utworzonej na poziomie wewnętrznej strefy szczelności CI.

Tulejka rurowa 34 usytuowana jest współosiowo z obejmującym elementem rurowym 12. Ta tulejka rurowa 34 ma średnicę wewnętrzną taką, że umożliwia ona nasunięcie tej tulejki rurowej przez operatora, przed wkręceniem elementów rurowych 11 i 12, na obejmujący element rurowy 12, i jej zetknięcie z zewnętrzną powierzchnią obwodową 37 elementu rurowego 12. Ta druga tulejka rurowa usytuowana jest na całej swojej długości lm2 tak, aby zakrywać osiowo powierzchnie obwodowe 40 i 41 odpowiednie do utworzenia strefy szczelności przed i po rozprężaniu, i wystawać z obu stron tych powierzchni, to jest od strony gwintu i poza powierzchnię promieniową 39. W przykładzie wykonania, tulejka rurowa 34 utworzona jest z materiału podobnego do materiału elementów rurowych, i którego granica sprężystości jest, na przykład, równa granicy sprężystości materiału tych elementów rurowych. Po rozprężaniu średnicowym, tulejka rurowa wywołuje sprężystą siłę powrotną, która sumuje się ze sprężystą siłą powrotną elementu obejmującego, aby przeciwstawić się powrotnej sile sprężystości elementu obejmowanego. Realizowane jest zatem obręczowanie elementu obejmującego przez tulejkę rurową. Ponadto, różnica sprężystości powrotnej, między tulejką i wewnętrzną powierzchnią elementu obejmowanego powoduje ściskanie elementu obejmującego. Ponieważ tulejka rurowa 34 zakrywa powierzchnie obwodowe 40 i 41 i nieco poza nimi, ściskanie tłumaczy się przez wzrost siły zetknięcia między uszczelniającymi powierzchniami obwodowymi 40 i 41 elementów obejmowanych i obejmujących w stosunku do podobnego złącza gwintowego bez tulejki rurowej 34. Przez to realizowane jest również obręczowanie elementu obejmowanego przez element obejmujący. Obecność tulejki rurowej 34 wymaga energii rozprężania tylko nieco większej od energii rozprężania bez tej tulejki rurowej, i wzmacnia znacznie siłę docisku na poziomie zewnętrznej strefy szczelności CE po rozprężaniu (rzędu ponad 300%).

W przedstawionym przykładzie wykonania, przed rozprężaniem, tulejka rurowa 34 określona jest przez:

- długość pokrycia lm2 równą około długości osiowej krawędzi obejmującej 38 z dodaniem około 2 do 8 razy maksymalnej szerokości zwoju gwintu,

- grubość em2 ograniczoną między maksymalną grubością określoną przez maksymalną objętość złącza, i minimalną grubością określoną przez zbyt mały wpływ na sprężysty powrót: korzystnie, grubość wynosi około kilku milimetrów, na przykład, co najmniej 1,5 mm, a korzystniej od 4 do 5 mm dla rur o zewnętrznej średnicy około 150 mm, i o grubości 7 do 8 mm. Ponadto, korzystnie grubość tulejki rurowej 34 jest tego samego rzędu jak grubość krawędzi obejmującej. Po rozprężaniu, grubość promieniowa wynosi co najmniej 1 mm.

Niezależnie, czy dla tulejki rurowej 34 czy dla tulejki rurowej 36, jest oczywiste, że tulejka krótka tworząca nieciągłość materiału w stosunku do gwintowanych elementów obejmowanego i obejmującego, poprawiałaby bardziej parametry uszczelnienia, zwłaszcza uszczelnienia zewnętrznego, niż długa tulejka porównawcza, lub niż zwykły pogrubiony materiał elementu obejmującego zamiast jednej lub wielu tulejek. Taki wniosek absolutnie nie okazywał się być oczywistym.

Rozważane są tu różne sposoby montażu tulejek.

W przykładzie wykonania, tulejka rurowa 34 zawiera promieniowy występ 42 na jednym ze swych końców. Zatem, przed skręceniem elementów rurowych 11 i 12, operator nasuwa tulejkę rurową 34 na element rurowy 12 poczynając od końca przeciwnego względem końca zawierającego występ, przy czym wewnętrzna powierzchnia obwodowa tulejki styka się z obwodową zewnętrzną powierzchnią 37. Tulejka rurowa 34 nasunięta jest aż do promieniowego występu 42 wchodząc w kontakt z promieniową powierzchnią 39. Tulejka rurowa 34 usytuowana jest zatem osiowo. Promieniowy występ 42 może korzystnie być przyklejony do promieniowej powierzchni 39 tak, aby poprawić siłę

PL 207 609 B1 docisku. Może być użyty „klej smarowy utwardzany przez kilka minut w warunkach beztlenowych, i umożliwiający zachowanie wzajemnego ustawienia tulejki rurowej względem elementu obejmującego podczas rozprężania. Warstwa kleju może być pocięta i popękana podczas rozprężania, co nie stwarza jednak żadnej niedogodności.

W innym przykładzie wykonania, tulejka rurowa 36 lub/następnie 34 jest (są) nasunięta(e) na element rurowy 12 przed wkręcaniem przez operatora, a następnie ustawiana(e) osiowo dzięki obecności znacznika na obwodowej zewnętrznej powierzchni 37 obejmującego elementu rurowego 12, przy czym znacznikiem może być rowek o małej głębokości. Położenie osiowe tulejki rurowej 36 i/lub 34 może być utrzymane za pomocą „kleju smarowego, jak w przypadku tulejki z występem promieniowym. Osiowe położenie tulejki lub tulejek rurowych 36 i/lub 34 może również być utrzymane przez bardzo lekkie obręczowanie na rurowym elemencie obejmującym. Obręczowanie może być realizowane przez ogrzewanie tulejki i/lub przez chłodzenie elementu obejmującego.

Promieniowa grubość tulejki rurowej może być zmniejszona kosztem mniejszej skuteczności wzmocnienia uszczelnienia utworzonego przez tulejkę. Jest jednak możliwe dla cienkich tulejek, niewielkie wyrównywanie straty ich skuteczności, zwiększając ich granicę sprężystości w stosunku do granicy sprężystości obejmowanych i obejmujących elementów rurowych 11 i 12. Im granica sprężystości tulejki jest wyższa od granicy sprężystości elementów obejmowanych i obejmujących, tym lepsze jest uszczelnienie dla danej grubości. Granica sprężystości tulejki rurowej nadaje się do zmodyfikowania przez obróbkę cieplną. Jednak, rozciągliwość materiału jest na ogół zmniejszona przez wzrost granicy sprężystości. Może być znaleziony kompromis między rozciągliwością, która musi być wystarczająca, aby móc wytworzyć rozprężanie średnicowe bez przerywania tulejki rurowej, i granicą sprężystości wystarczająco wysoką, aby zapewnić wystarczające parametry uszczelnienia mimo ograniczonej grubości promieniowej tulejki rurowej.

Jeśli element rurowy zawiera tylko zewnętrzną strefę szczelności CE lub wewnętrzną strefę szczelności CI, ta strefa szczelności jest w stanie zapewnić uszczelnienie względem płynów przepływających z wnętrza na zewnątrz, jak i z zewnątrz do wnętrza. W tym przypadku, określenia „zewnętrzna strefa szczelności i „wewnętrzna strefa szczelności umożliwiają istotnie usytuować strefę szczelności na poziomie końca swobodnego obejmowanego lub obejmującego elementu rurowego.

W załączniku I, podanym poniżej, znajdują się wykazy odnośnych parametrów złączy gwintowych w zakresie siły zetknięcia scalonych na szerokości zetknięcia. Ta próba miała na celu porównanie, w stosunku do zwykłego złącza gwintowego odniesienia (przypadek 1), różne wykonania według wynalazku przystosowane do tego zwykłego złącza gwintowego. Złącze podane jako odniesienie jest złączem gwintowym o średnicy zewnętrznej 152,4 mm (6 cali), i o ciężarze na metr bieżący 27,8 kg/m (18,6 Ib/ft) ze stali AISI 420 (13% Cr) w oznaczeniu amerykańskim (odpowiadającym oznaczeniu europejskiemu X20Cr13), obrabianej do stopnia twardości API L80 (API = American Petroleum Institute), mającej minimalną granicę sprężystości 551 MPa.

Tablice 1 i 2 dotyczą, odpowiednio, wyników uszczelnienia zewnętrznego i wewnętrznego w procentach dla każdego przypadku rozważanego w stosunku do uszczelnienia wewnętrznego odniesienia:

- przypadek 1: złącze gwintowe odniesienia,

- przypadek 2: złącze gwintowe odniesienia zakryte bardzo długą tulejką zamocowaną na obejmowanym elemencie gwintowanym, oraz przykrywającą gwint i krawędzie obejmowane i obejmujące, o grubości 4,5 mm, ze stali identycznej jak stal złącza gwintowego (13% Cr), i obrabianej identycznie jak złącze (API L80),

- przypadek 3: złącze gwintowe odniesienia, zaopatrzone w dwie krótkie tulejki według niniejszego wynalazku (fig. 8) o takiej samej grubości, materiale i obróbce, jak w przypadku poprzednim,

- przypadek 4: taki sam jak przypadek 3, ale zawierający tylko jedną tulejkę usytuowaną na poziomie krawędzi obejmującej, bardzo cienką (grubość 1,6 mm), i przyklejoną do elementu obejmującego na poziomie jego promieniowego występu,

- przypadek 5: taki sam jak przypadek 4, ale zawierający tulejkę obrabianą do stopnia twardości API P 110 (odpowiadającego granicy sprężystości R_p0]2 758 MPa).

W przypadku 1, uszczelnienie wewnętrzne jest bardzo dobre, ale uszczelnienie zewnętrzne jest gorsze (44% uszczelnienia wewnętrznego). Długa tulejka (przypadek 2) poprawia tylko uszczelnienie wewnętrzne. Stosowanie dwóch krótkich tulejek (przypadek 3) o grubości podobnej do przypadku 2, poprawia jednocześnie uszczelnienie zewnętrzne i wewnętrzne. Zmniejszając znacznie grubość (przypadek 4), możliwe jest zachowanie wystarczającego uszczelnienia zewnętrznego (jedno bada14

PL 207 609 B1 nie). Wzrost stopnia twardości tulejki, a więc granicy sprężystości, (przypadek 5) umożliwia zwiększenie uszczelnienia zewnętrznego, które osiąga prawie poziom uszczelnienia z przypadku odniesienia.

Maksymalna wielkość siły (tu niepodana) wytwarzana w wyniku występowania tulejki dla rozprężania średnicowego, i energia rozprężania, są bardzo ograniczone.

Dla elementu rurowego mającego dwie strefy szczelności, wewnętrzną i zewnętrzną, przykład wykonania tulejki rurowej, składa się z elementu rurowego pokrycia 45 jak przedstawiono na fig. 9 zawierającego tulejki rurowe 34 i 36 z fig. 8 połączone ze sobą przez łącznik rurowy 46. Ten łącznik rurowy 46 ma grubość promieniową dużo mniejszą od grubości tulejek rurowych 34 i 36 tak, aby praktycznie nie przeciwstawiać się sile rozprężania średnicowego na całej długości łącznika rurowego 46.

Różne sposoby montażu tego elementu przykrywającego są takie same jak dla tulejki rurowej 34.

Wynalazek nie jest ograniczony tylko do sposobów realizacji opisanych jedynie tytułem przykładu wykonania.

Wynalazek stosuje się albo do złączy posiadających tylko wewnętrzną strefę szczelności, albo do złączy posiadających tylko zewnętrzną strefę szczelności, lub do złączy posiadających obydwie strefy szczelności. Wynalazek może być przystosowany do złączy posiadających inne strefy szczelności jak, na przykład, pośrednie strefy szczelności.

Załącznik I

T a b l i c a 1

Numer przypadku	1	2	3	4	5
Uszczelnienie zewnętrzne (w % w stosunku do uszczelnienia wewnętrznego z przypadku 1)	44	42	158	89	99

T a b l i c a 2

Numer przypadku	1	2	3
Uszczelnienie wewnętrzne (w % w stosunku do uszczelnienia wewnętrznego z przypadku 1)	100	220	201

Zastrzeżenia patentowe

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Rurowe złącze gwintowe, zawierające pierwszy obejmowany element rurowy i drugi obejmujący element rurowy, które połączone są wzajemnie przez skręcenie skojarzonych ze sobą gwintów, przy czym co najmniej jeden z pierwszego elementu rurowego i drugiego elementu rurowego zawiera niegwintowaną krawędź przechodzącą pomiędzy swoim gwintem a swoim końcem swobodnym i posiada uszczelniającą zewnętrzną powierzchnię obwodową, która szczelnie styka się z przeciwlegle położoną wewnętrzną powierzchnią obwodową drugiego elementu po ich wzajemnym skręceniu, po rozprężaniu średnicowym, po którym powstają powrotne siły sprężyste pierwszego elementu rurowego i drugiego elementu rurowego, znamienne tym, że zawiera tulejkę rurową (34, 36), która przed skręceniem nasunięta jest na drugi element rurowy (12), i która ustawiona jest w położeniu osiowym zasadniczo naprzeciwko niegwintowanej krawędzi (38, 5), przy czym w stanie po rozprężeniu średnicowym tulejki (34, 36) wektor wypadkowy powrotnej siły sprężystej tej tulejki i siły sprężystej drugiego elementu rurowego (12) skierowany jest w kierunku przeciwnym do wektora powrotnej siły sprężystej pierwszego elementu rurowego (11) tworząc obręczowanie co najmniej drugiego elementu rurowego (12) przez tę tulejkę rurową (34, 36).
2. Rurowe złącze według zastrz. 1, znamienne tym, że niegwintowaną krawędź (5) pierwszego elementu rurowego (11) zawiera na swoim końcu występ (10) sprzęgający się osiowo z odpowiadającym mu rowkiem drugiego elementu rurowego (12) po skręceniu tych elementów i przed rozprężaniem średnicowym, przy czym ta niegwintowana krawędź (5) podczas rozprężania średnicowego utrzymywana jest przez występ (10) w rowku drugiego elementu rurowego (12).
3. Rurowe złącze według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że powierzchnia uszczelniająca niegwintowanej krawędzi (5) i powierzchnia leżąca naprzeciwko niej są cylindryczne i są one rozmieszczone z małym luzem względem siebie po skręceniu elementów rurowych (11, 12) i przed rozprężaniem średnicowym.

PL 207 609 B1
4. Rurowe złącze według zastrz. 1, znamienne tym, że powierzchnia uszczelniająca niegwintowanej krawędzi (5) i powierzchnia leżąca naprzeciwko niej nakładają się promieniowo na siebie po skręceniu elementów rurowych (11,12) i przed rozprężaniem średnicowym.
5. Rurowe złącze według zastrz. 3 albo 4, znamienne tym, że każdy pierwszy i drugi element rurowy (11, 12) zawiera niegwintowaną krawędź (38, 5) przechodzącą między swoim gwintem i swoim końcem swobodnym i posiada uszczelniającą zewnętrzną powierzchnię obwodową (40, 7), która szczelnie styka się z przeciwlegle położoną wewnętrzną powierzchnią obwodową (41, 8) drugiego elementu rurowego (12) po ich wzajemnym skręceniu i rozprężaniu średnicowym, po którym powstają powrotne siły sprężyste pierwszego elementu rurowego i drugiego elementu rurowego (11, 12) oraz, że zawiera dwie tulejki rurowe (34, 36), które przed skręceniem nasunięte są na drugi element rurowy (12), i które ustawione są w położeniu osiowym zasadniczo naprzeciwko niegwintowanej krawędzi (38, 5), przy czym w stanie po rozprężaniu średnicowym tulejek (34, 36) wektor wypadkowy powrotnej siły sprężystej tych tulejek i siły sprężystej drugiego elementu rurowego (12) skierowany jest w kierunku przeciwnym do wektora powrotnej siły sprężystej pierwszego elementu rurowego (11) tworząc obręczowanie co najmniej drugiego elementu rurowego (12) przez tę tulejkę rurową (34, 36).
6. Rurowe złącze według zastrz. 5, znamienne tym, że dwie tulejki rurowe (34, 36) połączone są ze sobą łącznikiem rurowym (46) mającym przekrój poprzeczny mniejszy od przekroju poprzecznego tych tulejek, przy czym tulejki rurowe (34, 36) i łącznik rurowy (46) wykonane są w postaci jednego elementu.
7. Rurowe złącze według zastrz. 6, znamienne tym, że łącznik rurowy (46) ma promieniową grubość mniejszą od grubości promieniowej tulejek rurowych (34, 36).
8. Rurowe złącze według zastrz. 6 albo 7, znamienne tym, że każda tulejka rurowa (34, 36) ma długość pokrycia (lm2; Im1) równą w przybliżeniu długości krawędzi leżącej naprzeciwko tej tulejki, opcjonalnie z dodanymi ośmioma zwojami gwintów.
9. Rurowe złącze według zastrz. 8, znamienne tym, że każda tulejka rurowa (34, 36) wycentrowana jest na niegwintowanej krawędzi (38, 5) leżącej naprzeciwko tej tulejki rurowej.
10. Rurowe złącze według zastrz. 9, znamienne tym, że tulejka rurowa (34) przechodząca naprzeciwko niegwintowanej krawędzi (38) drugiego elementu rurowego (12) zawiera promieniowy występ (42) stykający się z promieniową powierzchnią (39) usytuowaną na końcu drugiego elementu rurowego (12).
11. Rurowe złącze według zastrz. 9 albo 10, znamienne tym, że tulejka rurowa (34, 36) utrzymana jest w swoim położeniu w stosunku do drugiego elementu rurowego (12) przez klejenie co najmniej części powierzchni drugiego elementu rurowego (12) i tulejki rurowej (34, 36) leżącej naprzeciwko tego elementu rurowego.
12. Rurowe złącze według zastrz. 11, znamienne tym, że tulejka rurowa (34, 36) ustawiona jest osiowo na drugim elemencie rurowym (12) za pomocą obręczowania co najmniej przez chłodzenie tego drugiego elementu rurowego (12).
13. Rurowe złącze według zastrz. 11, znamienne tym, że tulejka rurowa (34, 36) ustawiona jest osiowo na drugim elemencie rurowym (12) za pomocą obręczowania co najmniej przez ogrzewanie tej tulejki rurowej (34, 36).
14. Rurowe złącze według zastrz. 12 albo 13, znamienne tym, że drugi element rurowy (12) zawiera znacznik ustawienia tulejki rurowej (34, 36) usytuowany na swojej zewnętrznej powierzchni obwodowej (37).
15. Rurowe złącze według zastrz. 14, znamienne tym, że znacznik ustawienia jest rowkiem o małej głębokości wykonanym w drugim elemencie rurowym (12).
16. Rurowe złącze według zastrz. 14, znamienne tym, że promieniowa grubość tulejki rurowej (34; 36) jest co najmniej równa 1,5 mm.
17. Rurowe złącze według zastrz. 16, znamienne tym, że materiał tulejki rurowej (34, 36) posiada granicę sprężystości wyższą od granicy sprężystości materiału pierwszego i drugiego elementu rurowego (11, 12).
18. Rurowe złącze według zastrz. 17, znamienne tym, że granica sprężystości materiału tulejki rurowej (34, 36) regulowana jest obróbką cieplną.
19. Sposób wykonania rurowego złącza gwintowego, znamienny tym, że na wstępie przeprowadza się montaż początkowego rurowego złącza gwintowego, które zawiera pierwszy obejmowany element rurowy (11) i drugi obejmujący element rurowy (12), które łączy są wzajemnie przez skręcenie skojarzonych ze sobą gwintów, przy czym co najmniej jeden z pierwszego elementu rurowego (11)

PL 207 609 B1 i drugiego elementu rurowego (12) zawiera niegwintowaną krawędź przechodzącą między swoim gwintem a swoim końcem swobodnym i posiada uszczelniającą zewnętrzną powierzchnię obwodową, która szczelnie styka się z przeciwlegle położoną wewnętrzną powierzchnią obwodową drugiego elementu po ich wzajemnym skręceniu, po rozprężaniu średnicowym, po którym powstają powrotne siły sprężyste pierwszego elementu rurowego (11) i drugiego elementu rurowego (12), przy czym złącze wyposaża się w tulejkę rurową (34, 36), którą przed skręceniem nasuwa się na drugi element rurowy (12), i która ustawiona jest w położeniu osiowym zasadniczo naprzeciwko wymienionej krawędzi niegwintowanej oraz, że następnie poddaje się to początkowe rurowe złącze gwintowe rozprężaniu średnicowemu w zakresie odkształceń plastycznych za pomocą trzpienia rozprężającego (30) o średnicy większej od wewnętrznej średnicy (DI) dwóch elementów rurowych (11, 12), i przemieszcza się ten trzpień osiowo w złączu gwintowym w miejscu, gdzie każda tulejka rurowa (34, 36) wywołuje, w stanie po rozprężeniu średnicowym, powrotną siłę sprężystą, która sumuje się z siłą sprężystą drugiego elementu rurowego (12) w strefie objętej przez ten element.
20. Rurowe złącze gwintowe, zawierające pierwszy obejmowany element rurowy i drugi obejmujący element rurowy, które połączone są wzajemnie przez skręcenie skojarzonych ze sobą gwintów, przy czym co najmniej jeden z pierwszego elementu rurowego i drugiego elementu rurowego zawiera niegwintowaną krawędź przechodzącą między swoim gwintem a swoim końcem swobodnym i posiada uszczelniającą zewnętrzną powierzchnię obwodową, która szczelnie styka się z przeciwlegle położoną wewnętrzną powierzchnią obwodową drugiego elementu po ich wzajemnym skręceniu, po rozprężaniu średnicowym, po którym powstają powrotne siły sprężyste pierwszego elementu rurowego i drugiego elementu rurowego, przy czym złącze to zawiera tulejkę rurową, która przed skręceniem nasunięta jest na drugi element rurowy, i która ustawiona jest w położeniu osiowym zasadniczo naprzeciwko wymienionej krawędzi niegwintowanej, a które to rurowe złącze gwintowe, jako złącze początkowe, poddano rozprężaniu średnicowemu w zakresie odkształceń plastycznych za pomocą trzpienia rozprężającego o średnicy większej od wewnętrznej średnicy dwóch elementów rurowych, przemieszczającego się osiowo w złączu gwintowym w miejscu, gdzie każda tulejka rurowa, w stanie po rozprężeniu średnicowym, wywołuje powrotną siłę sprężystą, która sumuje się z siłą sprężystą drugiego elementu rurowego w strefie objętej przez ten element, znamienne tym, że zawiera pierwszy obejmowany element rurowy (1) oraz drugi obejmujący element rurowy (2), które połączone są wzajemnie przez skręcenie skojarzonych ze sobą gwintów, przy czym co najmniej jeden z pierwszych i drugich elementów rurowych (11, 12) zawiera niegwintowaną krawędź (38, 5) przechodzącą między swoim gwintem i swoim końcem swobodnym i posiada uszczelniającą zewnętrzną powierzchnię obwodową (40, 7), która szczelnie styka się z przeciwlegle położoną wewnętrzną powierzchnią obwodową (41, 8) drugiego elementu rurowego, z tym, że to złącze ponadto zawiera tulejkę rurową szczelnie otaczającą drugi element rurowy (12) i przechodzącą osiowo zasadniczo naprzeciwko tej krawędzi.