RU119059U1

RU119059U1 - SEALED THREADED CONNECTION

Info

Publication number: RU119059U1
Application number: RU2011115999/06U
Authority: RU
Inventors: Михаил Володарский; Юрий Геннадиевич Гуляев; Александр Георгиевич Кучинский; Игорь Владимирович Егоров
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Интерпайп Менеджмент" (Ооо "Интерпайп Менеджмент")
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2012-08-10
Also published as: UA56238U

Abstract

1. Герметичное резьбовое соединение, образованное охватываемой (1) и охватывающей (2) трубами с упорными коническими резьбами (3) с конусностью 1:16, при этом профиль упорной конической резьбы (3) имеет вид неравнобедренной трапеции с упорной гранью витка (4), расположенной под большим углом к направлению действия нагрузки, охватываемая (1) и охватывающая (2) трубы контактируют между собой коническими опорными поверхностями, выполненными соответственно на внешней поверхности охватываемой трубы (1) на участке между конической резьбой (3) и торцом охватываемой трубы (1) в виде конической опорной поверхности (5) и на внутренней поверхности охватывающей трубы (2) на участке между конической резьбой (3) и телом охватывающей трубы (2) в виде конической опорной поверхности (6), и коническими упорными поверхностями, выполненными соответственно на торце охватываемой трубы (1) в виде конической упорной торцевой поверхности (7) под углом α от 15° до 25° к нормали оси резьбы (3) и на внутренней поверхности охватывающей трубы (2) на участке перехода конической опорной поверхности (6) к телу трубы (2) в виде конической упорной поверхности (8) под углом α от 15° до 25° к нормали оси резьбы (3), отличающееся тем, что коническая опорная поверхность (5) на охватываемой трубе (1) и коническая опорная поверхность (6) на охватывающей трубе (2) выполнены под углом β от 55° до 65° к нормали оси резьбы (3). ! 2. Герметичное резьбовое соединение по п.1, отличающееся тем, что на охватываемой трубе (1) выполнена цилиндрическая расточка (9), параллельная оси указанной охватываемой трубы (1), а на охватывающей трубе (2) выполнена цилиндрическая расточка (10), параллельная оси указанной о� 1. A sealed threaded connection formed by male (1) and female (2) pipes with persistent tapered threads (3) with a taper of 1:16, while the profile of the persistent tapered thread (3) has the form of a non-isosceles trapezoid with a stop edge of the turn (4) located at a large angle to the direction of the load, the male (1) and female (2) pipes are in contact with each other with conical support surfaces made respectively on the outer surface of the male pipe (1) in the area between the tapered thread (3) and the end of the male pipe ( 1) in the form of a conical support surface (5) and on the inner surface of the female pipe (2) in the area between the tapered thread (3) and the body of the female pipe (2) in the form of a conical support surface (6), and conical thrust surfaces, made respectively at the end of the male pipe (1) in the form of a conical thrust end surface (7) at an angle α from 15 ° to 25 ° to the normal of the thread axis (3) and on the inner the surface of the enclosing pipe (2) in the section of the transition of the conical support surface (6) to the pipe body (2) in the form of a conical thrust surface (8) at an angle α from 15 ° to 25 ° to the normal of the thread axis (3), characterized in that the conical bearing surface (5) on the male pipe (1) and the conical bearing surface (6) on the female pipe (2) are made at an angle β from 55 ° to 65 ° to the normal to the thread axis (3). ! 2. A sealed threaded connection according to claim 1, characterized in that a cylindrical bore (9) is made on the male pipe (1), parallel to the axis of said male pipe (1), and a cylindrical bore (10) is made on the female pipe (2), parallel to the axis of the indicated o�

Description

Полезная модель относится к области резьбовых соединений труб, которые могут быть использованы при строительстве нефтяных и газовых скважин. Наиболее эффективно использование предлагаемой полезной модели в высокогерметичных резьбовых соединениях обсадных, насосно-компрессорных и других видах технологических труб, которые применяются при обустройстве горизонтальных и наклонных нефтяных и газовых скважин в сложных геологических условиях.The utility model relates to the field of threaded pipe joints that can be used in the construction of oil and gas wells. The most efficient use of the proposed utility model is in high-tight threaded joints of casing, tubing and other types of process pipes, which are used in arranging horizontal and deviated oil and gas wells in difficult geological conditions.

В современных условиях происходит повышение требований к герметичности резьбового соединения обсадных труб, связанное с постоянным усложнением условий добычи. Недостаточная герметичность резьбового соединения зачастую приводит к преждевременному появлению коррозионного поражения металла в зоне резьбового соединения, течи и, в дальнейшем, к разрушению колонн. Одним из возможных путей повышения герметичности резьбового соединения является подбор оптимального соотношения геометрических параметров элементов резьбового соединения.In modern conditions, there is an increase in the requirements for tightness of the threaded connection of casing pipes, associated with the constant complication of production conditions. Insufficient tightness of the threaded joint often leads to premature corrosion damage of the metal in the threaded joint area, leakage and, further, to the destruction of the columns. One of the possible ways to increase the tightness of a threaded connection is to select the optimal ratio of the geometric parameters of the elements of the threaded connection.

Из уровня техники известно герметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб, включающее охватываемую и охватывающую трубы с коническими резьбами и коническими опорными поверхностями, первые контактирующие между собой из которых выполнены соответственно на внешней поверхности торцевого участка охватываемой трубы в виде конической поверхности с конусностью в сторону оси этой трубы и на внутренней поверхности охватывающей трубы на участке между конической резьбой и телом трубы, а вторые контактирующие поверхности выполнены соответственно на охватываемой трубе в виде конической торцевой поверхности с углом конусности в направлении конической резьбы на этой трубе и ответной торцевой конической поверхности на охватывающей трубе, выполненной на участке перехода первой конической поверхности этой трубы к ее телу, (FR №2798716 A1, F16L 15/00, опубл. 23.03.2001).The prior art knows a tight threaded connection of oilfield pipes, including male and female pipes with tapered threads and tapered abutment surfaces, the first contacting of which are respectively made on the outer surface of the end portion of the male pipe in the form of a conical surface with a taper towards the axis of this pipe and on the inner surface of the female pipe in the area between the tapered thread and the pipe body, and the second contacting surfaces are made with respectively, on the male pipe in the form of a conical end surface with a taper angle in the direction of the conical thread on this pipe and a mating end conical surface on the female pipe made in the transition area of the first conical surface of this pipe to its body (FR No. 2798716 A1, F16L 15 / 00, published March 23, 2001).

Недостатком известного устройства является недостаточная герметичность резьбового соединения, обусловленная малым углом конусности опорных конических поверхностей, что не позволяет получить заданную величину натяга при малых осевых перемещениях ниппеля, что в свою очередь увеличивает период от первого контакта уплотнительных поверхностей до обеспечения заданного натяга.A disadvantage of the known device is the lack of tightness of the threaded connection due to the small taper angle of the supporting conical surfaces, which does not allow to obtain a predetermined interference value with small axial displacements of the nipple, which in turn increases the period from the first contact of the sealing surfaces to the desired interference fit.

Из уровня техники известно наиболее близкое по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату герметичное резьбовое соединение, образованное охватываемой и охватывающей трубами с упорными коническими резьбами с конусностью 1:16, при этом профиль упорной конической резьбы имеет вид неравнобедренной трапеции с упорной гранью витка, расположенной под большим углом к направлению действия нагрузки, охватываемая и охватывающая трубы контактируют между собой коническими опорными поверхностями, выполненными соответственно на внешней поверхности охватываемой трубы на участке между конической резьбой и торцом трубы в виде конической опорной поверхности, и на внутренней поверхности охватывающей трубы на участке между конической резьбой и телом трубы в виде конической опорной поверхности, и коническими упорными поверхностями, выполненными соответственно на торце охватываемой трубы в виде конической упорной торцевой поверхности под углом α от 15° до 25° к нормали оси резьбы и на внутренней поверхности охватывающей трубы на участке перехода конической опорной поверхности к телу трубы в виде конической упорной поверхности под углом α от 15° до 25° к нормали оси резьбы /Патент RU 74661 U1 «Герметичное резьбовое соединение» от 10.07.2008/.From the prior art it is known the closest in combination of essential features and the technical result to be achieved, a hermetic threaded connection formed by male and female pipes with persistent tapered threads with a taper of 1:16, while the profile of the persistent tapered thread has the form of an isosceles trapezoid with a thrust face of the coil located under a large angle to the direction of action of the load, the male and female pipes are in contact with each other by conical supporting surfaces made with accordingly, on the outer surface of the male pipe in the area between the conical thread and the pipe end in the form of a conical supporting surface, and on the internal surface of the female pipe in the area between the conical thread and the pipe body in the form of a conical supporting surface, and conical thrust surfaces made respectively on the end of the male pipes in the form of a conical thrust end surface at an angle α from 15 ° to 25 ° to the normal to the axis of the thread and on the inner surface of the enclosing pipe at the conical transition a support surface to the pipe body in the form of a conical stop surface at an angle α from 15 ° to 25 ° to the normal axis of the thread / Patent RU 74661 U1 "Tight threaded connection" from 10.07.2008 /.

В известном устройстве коническая опорная поверхность на охватываемой трубе и коническая опорная поверхность на охватывающей трубе выполнены под углом β от 10° до 25° к нормали оси резьбыIn the known device, the conical abutment surface on the male pipe and the conical abutment surface on the female pipe are made at an angle β from 10 ° to 25 ° to the normal to the thread axis

Недостатком известного устройства является недостаточная герметичность резьбового соединения, которая обусловлена углом, под которым выполнены конические упорные поверхности, и низкая технологичность при изготовлении уплотнительных элементов на охватывающей и охватываемой поверхностях.A disadvantage of the known device is the lack of tightness of the threaded connection, which is due to the angle at which the conical thrust surfaces are made, and low manufacturability in the manufacture of sealing elements on female and male surfaces.

Недостаточная герметичность резьбового соединения так же обусловлена вероятными повреждениями конической части уплотнительного элемента, которые могут возникать при сборке резьбового соединения как на заводе при изготовлении, так и при сборке обсадной колоны в процессе эксплуатации.Insufficient tightness of the threaded connection is also caused by probable damages to the conical part of the sealing element that may occur during assembly of the threaded connection both at the factory during manufacture and during assembly of the casing during operation.

Низкая технологичность изготовления уплотнительных элементов на охватывающей и охватываемой поверхностях обусловлена сложностью выполнения проточки на охватывающей поверхность и последующего контроля ее качества, что в свою очередь так же приводит к снижению герметичности в случае отклонения геометрических параметров проточки от заданных.The low manufacturability of the manufacture of sealing elements on the female and male surfaces is due to the difficulty of making a groove on the female surface and the subsequent control of its quality, which in turn also leads to a decrease in tightness in case of deviation of the geometric parameters of the groove from the set ones.

В основу настоящей полезной модели оставлена задача создания такого герметичного резьбового соединения, использование которого позволило бы повысить герметичность резьбового соединения и технологичность изготовления за счет выбора оптимальных геометрических параметров элементов, образующих герметическое резьбовое соединение.The basis of this utility model is the task of creating such a sealed threaded connection, the use of which would increase the tightness of the threaded connection and manufacturability by choosing the optimal geometric parameters of the elements forming the hermetic threaded connection.

Поставленная задача решается тем, что в герметичное резьбовое соединение, образованное охватываемой и охватывающей трубами с упорными коническими резьбами с конусностью 1:16, при этом профиль упорной конической резьбы имеет вид неравнобедренной трапеции с упорной гранью витка, расположенной под большим углом к направлению действия нагрузки, охватываемая и охватывающая трубы контактируют между собой коническими опорными поверхностями, выполненными соответственно на внешней поверхности охватываемой трубы на участке между конической резьбой и торцом трубы в виде конической опорной поверхности, и на внутренней поверхности охватывающей трубы на участке между конической резьбой и телом трубы в виде конической опорной поверхности, и коническими упорными поверхностями, выполненными соответственно на торце охватываемой трубы в виде конической упорной торцевой поверхности под углом α от 15° до 25° к нормали оси резьбы и на внутренней поверхности охватывающей трубы на участке перехода конической опорной поверхности к телу трубы в виде конической упорной поверхности под углом α от 15° до 25° к нормали оси резьбы, согласно полезной модели, коническая опорная поверхность на охватываемой трубе и коническая опорная поверхность на охватывающей трубе выполнены под углом β от 55° до 65° к нормали оси резьбы.The problem is solved in that in a sealed threaded connection formed by male and female pipes with persistent tapered threads with a taper of 1:16, while the profile of the persistent tapered thread has the form of an isosceles trapezoid with a thrust face of the coil, located at a large angle to the direction of the load, male and female pipes are in contact with each other by conical supporting surfaces made respectively on the outer surface of the male pipe in the area between the conical the thread and the pipe end in the form of a conical abutment surface, and on the inner surface of the female pipe in the area between the conical thread and the pipe body in the form of a conical abutment surface, and conical abutment surfaces made respectively on the end of the male pipe in the form of a conical abutment end surface at an angle α from 15 ° to 25 ° to the normal to the axis of the thread and on the inner surface of the enclosing pipe at the transition of the tapered abutment surface to the pipe body in the form of a tapered abutment surface at an angle α m of 15 ° to 25 ° to the normal to the thread axis, according to the utility model, the conical abutment surface on the male pipe and the conical abutment surface on the female pipe formed at an angle β from 55 ° to 65 ° to the normal thread axis.

Дополнительно на охватываемой трубе выполнена цилиндрическая расточка, параллельная оси указанной трубы, а на охватывающей трубе выполнена цилиндрическая расточка, параллельная оси указанной трубы, при этом цилиндрические расточки выполнены таким образом, что при сборке резьбового соединения образуют полость, которая с одной стороны ограничена цилиндрической расточкой на охватываемой трубе, а с другой стороны цилиндрической расточкой на охватывающей трубе, причем длина цилиндрической расточки на охватываемой поверхности находится в интервале отAdditionally, a cylindrical bore is made on the male pipe parallel to the axis of the specified pipe, and a cylindrical bore is parallel to the axis of the specified pipe on the female pipe, while the cylindrical bores are made in such a way that, when assembling the threaded connection, they form a cavity that is bounded on one side by a cylindrical bore male pipe, and on the other hand a cylindrical bore on the female pipe, and the length of the cylindrical bore on the male surface is in the range from

L_1.max=6-((⌀F-0,3)-⌀C+0,15)×tg 30°L _1.max = 6 - ((⌀F-0.3) -⌀C + 0.15) × tg 30 °

доbefore

L_1.min=5-((⌀F+0,1)-⌀С)×tg 30°L _1.min = 5 - ((⌀F + 0,1) -⌀С) × tg 30 °

а длина цилиндрической расточки на охватывающей трубе находится в интервале отand the length of the cylindrical bore on the enclosing pipe is in the range from

L_2.max=L₆+1,2-L₁-(⌀Е₇-⌀А+0,3)×0,0625-(⌀А+0,3-⌀F)×tg 30°L _2.max = L ₆ + 1,2-L ₁ - (⌀Е ₇ -⌀А + 0,3) × 0,0625- (⌀А + 0,3-⌀F) × tg 30 °

доbefore

L_2.min=L₆-0,6-L₁-(⌀E₇-⌀A)×0,0625-(⌀A-⌀F-0,15)×tg 30°,L _2.min = L ₆ -0.6-L ₁ - (⌀E ₇ -⌀A) × 0.0625- (⌀A-⌀F-0.15) × tg 30 °,

где L_1.max и L_1.min - максимальная и минимальная длины цилиндрической расточки на охватываемой трубе;where L _1.max and L _1.min - the maximum and minimum lengths of the cylindrical bore on the male pipe;

L_2.max и L_2.min - максимальная и минимальная длины цилиндрической расточки на охватывающей трубе;L _2.max and L _2.min - the maximum and minimum lengths of the cylindrical bore on the enclosing pipe;

F - диаметр цилиндрической расточки на охватываемой трубе;F is the diameter of the cylindrical bore on the male pipe;

А - диаметр цилиндрической расточки в охватывающей трубе;A is the diameter of the cylindrical bore in the enclosing pipe;

С - диаметр конусной конической опорной торцевой поверхности на охватываемой трубе;C is the diameter of the conical conical supporting end surface on the male pipe;

E₇ - средний диаметр конического соединения в основной плоскости;E ₇ is the average diameter of the conical connection in the main plane;

L₁ - расстояние от торца охватывающей трубы до основной плоскости;L ₁ is the distance from the end of the enclosing pipe to the main plane;

L₆ - расстояние от торца охватывающей трубы до расположенной на ней конической упорной торцевой поверхности.L ₆ is the distance from the end of the enclosing pipe to the conical thrust end surface located on it.

Выполнение герметичного резьбового соединения таким образом, что коническая охватывающая поверхность на охватываемой трубе и коническая опорная поверхность на охватывающей выполнены под углом от 55° до 65° к нормали резьбы обеспечивает повышение герметичности резьбового соединения и технологичности его изготовления за счет упрощения конструкции, что, в свою очередь, исключает вероятность повреждения конической поверхности уплотнительного элемента в момент сборки резьбового соединения при изготовлении на заводе или в процессе эксплуатации при сборке обсадных колонн.The implementation of a sealed threaded connection in such a way that the conical female surface on the male pipe and the conical bearing surface on the female are made at an angle of 55 ° to 65 ° to the normal to the thread improves the tightness of the threaded connection and the manufacturability of its manufacture by simplifying the design, which, in its in turn, eliminates the possibility of damage to the conical surface of the sealing element at the time of assembly of the threaded connection during manufacture at the factory or during the operation being published in the assembly casing.

В дальнейшем полезная модель поясняется подробным описанием его выполнения со ссылками на чертежи, на которых изображено:In the future, the utility model is illustrated by a detailed description of its implementation with reference to the drawings, which depict:

на фиг.1 - схема элементов охватываемой трубы;figure 1 - diagram of the elements of the male pipe;

на фиг.2 - схема элементов охватывающей трубы;figure 2 is a diagram of the elements of the enclosing pipe;

на фиг.3 - схема заявляемого герметичного резьбового соединения в сборе (вырез)figure 3 is a diagram of the inventive sealed threaded connection assembly (cut)

на фиг.4 - схема профиля трапециевидной резьбы;figure 4 - diagram of the profile of the trapezoidal thread;

на фиг.5 - диаграмма свинчивания герметичного резьбового соединения;figure 5 is a screwing diagram of a tight threaded connection;

на фиг.6 - фазы свинчивания (сборки) герметичного резьбового соединения и распределение усилий в точках контакта элементов резьбового соединения;figure 6 - phase makeup (Assembly) of a tight threaded connection and the distribution of forces at the contact points of the elements of the threaded connection;

на фиг.7 - схема разложения сил.7 is a diagram of the decomposition of forces.

Герметичное резьбовое соединение (фиг.1-4) образовано охватываемой 1 (фиг.1) и охватывающей 2 трубами с упорными коническими резьбами 3 с конусностью 1:16. Профиль упорной конической резьбы 3 имеет вид неравнобедренной трапеции с опорной гранью витка 4 (фиг 4), расположенной под большим углом к направлению действия нагрузки.The tight threaded connection (Figs. 1-4) is formed by male 1 (Fig. 1) and covering 2 pipes with persistent tapered threads 3 with a taper of 1:16. The profile of the thrust conical thread 3 has the form of an isosceles trapezoid with the supporting face of the turn 4 (Fig 4), located at a large angle to the direction of the load.

Контактирующие между собой конические опорные поверхности выполнены на внешней поверхности охватываемой трубы 1 (фиг.1) на участке между конической резьбой 3 и торцом охватываемой трубы 1 в виде конической опорной поверхности 5 под углом β от 55° до 65° к нормали оси резьбы 3 и на внутренней поверхности охватывающей трубы 2 на участке между конической резьбой 3 и телом охватывающей трубы 2 в виде конической опорной поверхности 6 под углом β от 55° до 65° к нормали оси резьбы.The conical abutment surfaces in contact with each other are made on the outer surface of the male pipe 1 (Fig. 1) in the area between the conical thread 3 and the end of the male pipe 1 in the form of a conical abutment surface 5 at an angle β from 55 ° to 65 ° to the normal to the axis of the thread 3 and on the inner surface of the female pipe 2 in the area between the conical thread 3 and the body of the female pipe 2 in the form of a conical supporting surface 6 at an angle β from 55 ° to 65 ° to the normal to the axis of the thread.

Контактирующие между собой конические упорные поверхности выполнены соответственно на торце охватываемой трубы 1 в виде конической упорной торцевой поверхности 7 с углом α конусности от 15° до 25° к нормали оси резьбы 3 и на внутренней поверхности охватывающей трубы 2 на участке перехода опорной конической поверхности 6 к телу охватывающей трубы 2 в виде конической упорной поверхности 8 с углом α конусности от 15° до 25°° к нормали оси резьбы 3.The conical contact surfaces contacting each other are respectively made at the end of the male pipe 1 in the form of a conical resistant end surface 7 with a taper angle α from 15 ° to 25 ° to the normal to the axis of the thread 3 and on the inner surface of the female pipe 2 at the transition section of the support conical surface 6 to the body of the enclosing pipe 2 in the form of a conical thrust surface 8 with a taper angle α from 15 ° to 25 °° to the normal to the axis of the thread 3.

На охватывающей 1 и охватываемой 2 трубах выполняется цилиндрические расточки 9 и 10 параллельные оси трубы 1 и 2, которые при сборке резьбового соединения образуют полость 11, которая с одной стороны ограничена цилиндрической расточкой 9 на охватываемой трубе 1, и, с другой стороны, цилиндрической расточкой 10 на охватывающей трубе 2.On the female 1 and male 2 pipes, cylindrical bores 9 and 10 are made parallel to the axis of the pipe 1 and 2, which, when assembling the threaded joint, form a cavity 11, which on one side is bounded by a cylindrical bore 9 on the male pipe 1, and, on the other hand, a cylindrical bore 10 on the female pipe 2.

Цилиндрическая расточка 9 и коническая опорная поверхность 5 образуют уплотнительный элемент на охватываемой трубе 1.The cylindrical bore 9 and the conical abutment surface 5 form a sealing element on the male pipe 1.

Цилиндрическая расточка 10 и коническая опорная поверхность 6 образуют уплотнительный элемент на охватывающей трубе 2.The cylindrical bore 10 and the conical abutment surface 6 form a sealing element on the enclosing pipe 2.

Длина L₁ цилиндрической расточки 9 на охватываемой трубе 1 находится в интервале отThe length L _{1 of the} cylindrical bore 9 on the male pipe 1 is in the range from

L_1.max=6-((⌀F-0,3)-⌀С+0,15)×tg 30°L _1.max = 6 - ((⌀F-0.3) -⌀С + 0.15) × tg 30 °

доbefore

L_1.min=5-((⌀F+0,1)-⌀C)×tg 30°L _1.min = 5 - ((⌀F + 0,1) -⌀C) × tg 30 °

а длина L₂ цилиндрической расточки 10 на охватывающей трубе 2 находится в интервале отand the length L _{2 of the} cylindrical bore 10 on the enclosing pipe 2 is in the range from

L_2.mах=L₆+1,2-L₁-(⌀Е₇-⌀А+0,3)×0,0625-(⌀А+0,3-⌀F)×tg 30°L _2.max = L ₆ + 1,2-L ₁ - (⌀Е ₇ -⌀А + 0,3) × 0,0625- (⌀А + 0,3-⌀F) × tg 30 °

доbefore

L_2.min=L₆-0,6-L₁-(⌀E₇-⌀A)×0,0625-(⌀A-⌀F-0,15)×tg 30°.L _2.min = L ₆ -0.6-L ₁ - (⌀E ₇ -⌀A) × 0.0625- (⌀A-⌀F-0.15) × tg 30 °.

Диаметр А цилиндрической расточки охватывающей трубы 2 зависит от диаметра соединяемых труб и может находиться в интервале от 0.9 до 0,996 диаметра соединяемых труб.The diameter A of the cylindrical bore of the female pipe 2 depends on the diameter of the pipes to be connected and can range from 0.9 to 0.996 of the diameter of the pipes to be connected.

Диаметр С конусной конической опорной торцевой поверхности на охватываемой трубе может находиться в интервале от 0.9 до 0,996 диаметра соединяемых труб;The diameter C of the conical conical supporting end surface on the male pipe may be in the range from 0.9 to 0.996 of the diameter of the connected pipes;

Расстояние L₁ от торца охватывающей трубы 2 до основной плоскости находится в интервале от 25 до 35 мм.The distance L ₁ from the end of the enclosing pipe 2 to the main plane is in the range from 25 to 35 mm.

Расстояние L₇ от торца охватываемой трубы 1 до основной плоскости находится в интервале от 20 до 80 мм.The distance L ₇ from the end of the male pipe 1 to the main plane is in the range from 20 to 80 mm.

Расстояние L₆ от торца охватывающей трубы до расположенной на ней конической упорной торцевой поверхности в интервале от 1/2D до D (где D - номинального диаметра соединения до трубы).The distance L ₆ from the end of the enclosing pipe to the conical thrust end surface located on it in the range from 1 / 2D to D (where D is the nominal diameter of the connection to the pipe).

Диаметр F цилиндрической расточки 9 в охватываемой трубе зависит от диаметра соединяемых труб и может находиться в интервале от 0.9 до 0,996 диаметра соединяемых труб.The diameter F of the cylindrical bore 9 in the male pipe depends on the diameter of the connected pipes and can be in the range from 0.9 to 0.996 diameter of the connected pipes.

Средний диаметр Е₇ конической резьбы 3 в основной плоскости определяется на расстоянии L₁ от торца охватываемой трубы 1 и на расстояния L₇ от торца охватывающей трубы 2.The average diameter E _{7 of the} tapered thread 3 in the main plane is determined at a distance L ₁ from the end of the male pipe 1 and at a distance L ₇ from the end of the female pipe 2.

Охватывающая труба 2 может быть выполнена, как в виде трубы с раструбным элементом (на чертеже не показан), так и в виде муфты.The female pipe 2 can be made both in the form of a pipe with a bell-shaped element (not shown in the drawing), and in the form of a sleeve.

Работа герметичного резьбового соединения осуществляется следующим образом.The operation of the tight threaded connection is as follows.

В процессе сборки и опускания колонны, изготовленных из труб с применением резьбового соединения, возникают их искривление, связанное с геологическими особенностями грунта. Такое искривление колонны может в свою очередь привести к потере герметизации вследствие возникновения зазоров при изгибе в местах контакта элементов резьбового соединения.In the process of assembling and lowering the columns made of pipes using threaded joints, their curvature arises due to the geological features of the soil. Such a curvature of the column can in turn lead to loss of sealing due to the occurrence of gaps during bending at the contact points of the threaded connection elements.

Одним из ключевых факторов сохранения герметичности резьбового соединения является взаимодействие всех элементов соединения таким образом, что бы возникающие в местах контакта напряжения находились в области упругих деформаций. Компенсация возникающих зазоров происходит за счет свойства материала принимать исходную форму (первоначальные геометрические параметры) при упругих деформациях.One of the key factors in maintaining the tightness of a threaded connection is the interaction of all the connection elements in such a way that the stresses arising at the contact points are in the region of elastic deformations. Compensation of the resulting gaps occurs due to the property of the material to take its original shape (initial geometric parameters) under elastic deformations.

В случае, если в элементах резьбового соединения возникают пластические деформации, то происходит изменение геометрических параметров элементов резьбового соединения, что в свою очередь приводит к низкой герметичности резьбового соединения в случае искривления буровой колоны.In the event that plastic deformations occur in the threaded connection elements, then the geometric parameters of the threaded connection elements change, which in turn leads to a low tightness of the threaded connection in case of drill string bending.

Обеспечения нахождения напряжений элементов резьбового соединения в области упругих деформаций осуществляется за счет выбора необходимого усилия в процессе его свинчивания (сборки) на специальном оборудовании (муфтонаверточных станках).Ensuring that the stresses of the elements of the threaded connection are found in the field of elastic deformations is carried out by selecting the necessary effort in the process of screwing (assembling) on special equipment (clutch-wrapping machines).

Необходимое усилие для обеспечения герметичности соединения рассчитывается теоретически и его достижения в процессе свинчивания (сборки) контролируется по так называемой диаграмме свинчивания (см фиг.5), которое фиксирует оборудование для накрутки муфт (охватывающей трубы). Остановка оборудования для свинчивания происходит автоматически в момент достижения необходимого расчетного сопротивления усилию накрутки.The necessary effort to ensure the tightness of the connection is calculated theoretically and its achievement in the make-up (assembly) process is controlled by the so-called make-up diagram (see Fig. 5), which fixes the equipment for wrapping the couplings (covering pipes). Make-up equipment stops automatically when the required rated resistance of the wrapping force is reached.

При выполнении операций свинчивания соединения первоначально осуществляется взаимодействие охватываемой 1 и охватывающей 2 труб с помощью конической резьбы 3. В процессе свинчивания происходит продвижение конической опорной поверхности 5 охватываемой трубы 1 вдоль конической опорной поверхности 6 охватывающей трубы 2 с одновременным образованием полости 11. Затем коническая опорная поверхность 6 взаимодействует с конической опорной поверхностью 5, при этом за счет возникающих диаметральных деформаций этих поверхностей создается уплотнительный узел "металл-металл".When performing screwing operations on a joint, the male 1 and female 2 pipes interact initially using a conical thread 3. During the make-up process, the conical supporting surface 5 of the male pipe 1 is advanced along the conical supporting surface 6 of the female pipe 2 with the simultaneous formation of a cavity 11. Then, the conical supporting surface 6 interacts with a conical supporting surface 5, while due to the occurring diametrical deformations of these surfaces, a seal is created itelny node "metal to metal".

При относительном перемещении труб 1 и 2 осуществляется силовой контакт конической упорной торцевой поверхности 7 охватываемой трубы 1 и конической упорной торцевой поверхности 8 охватывающей трубы 2, в результате чего на их поверхностях возникают контактные напряжения, величина которых должна находиться в области упругих деформаций. Уровень контактных напряжений, при всех равных условиях, определяется величиной контактирующих площадей конических упорных поверхностей 7 и 8.With the relative movement of the pipes 1 and 2, the force contact of the conical thrust end surface 7 of the male pipe 1 and the conical thrust end surface 8 of the female pipe 2 is effected, as a result of which contact stresses arise on their surfaces, the magnitude of which should be in the region of elastic deformations. The level of contact stress, under all equal conditions, is determined by the value of the contacting areas of the conical thrust surfaces 7 and 8.

Таким образом, работу устройства по заявке на полезную модель можно разделить на три фазы (фиг.6).Thus, the operation of the device according to the application for a utility model can be divided into three phases (Fig.6).

1-я фаза. Охватывающая и охватываемая трубы 1 и 2 (фиг.1 и 2) взаимодействует между собой по резьбе 3, при этом возникает так называемо «уплотнение по резьбе» (см. фиг 6-а).1st phase. The female and male pipes 1 and 2 (FIGS. 1 and 2) interact with each other along the thread 3, and a so-called “thread seal” occurs (see FIG. 6-a).

2-я фаза. Взаимодействие уплотнительной (опорной) поверхности 6 на охватывающей трубе 2 с уплотнительной (опорной) поверхностью 5 на охватываемой трубе 1, при одновременном продолжении взаимодействия по резьбе 3. На данной фазе возникает так называемое «уплотнение металл-металл по опорным поверхностям» (см. фиг 6-6).2nd phase. The interaction of the sealing (supporting) surface 6 on the female pipe 2 with the sealing (supporting) surface 5 on the male pipe 1, while continuing the interaction on the thread 3. At this phase, the so-called "metal-metal sealing on the supporting surfaces" occurs (see Fig. 6-6).

Особенностью силового взаимодействия деталей на данной фазе является то, что в месте контакта возникает усилие F_O, при этом его составляющая F_OX направлена противоположно усилию свинчивания, а его составляющая F_OY (направленная перпендикулярно оси соединяемых труб) вызывает отклонение торцевого участка охватываемой трубы 1, что в свою очередь может привести к возникновению зазоров, нарушающих герметичность резьбового соединения.A feature of the force interaction of parts in this phase is that a force F _O occurs at the contact point, while its component F _{OX is} directed opposite to the make-up force, and its component F _OY (directed perpendicular to the axis of the connected pipes) causes the end section of the male pipe 1 to deflect. which in turn can lead to gaps that violate the tightness of the threaded connection.

3-я фаза. Взаимодействие торца (упорной поверхности) 7 охватываемой трубы 1 и торца (упорной поверхности) 8 охватывающей трубы 2 с одновременным осевым перемещением соединяемых деталей до их окончательной остановки (см. фиг.6-в) при одновременном продолжении взаимодействия по резьбе 3 и опорным поверхностям 5 и 6.3rd phase. The interaction of the end face (thrust surface) 7 of the male pipe 1 and the end face (thrust surface) 8 of the female pipe 2 with the simultaneous axial movement of the connected parts until they finally stop (see Fig.6-c) while continuing to interact along the thread 3 and the supporting surfaces 5 and 6.

При этом в месте контакта упорных поверхностей 7 и 8 возникает усилие F_У, вектор которого направлен перпендикулярно плоскости упорных поверхностей, при этом его составляющая F_УY направлена противоположно усилию свинчивания охватывающей трубы, а составляющая F_УY (перпендикулярная оси соединяемых труб) осуществляет «поджатие» торца охватываемой трубы 1. Такое «поджатие» препятствует возникновению зазоров, которые могут возникать в месте контакта опорных поверхностей 5 и 6 во второй фазе работы резьбового соединения.At the same time, at the contact point of the thrust surfaces 7 and 8, a force F _Y arises, the vector of which is directed perpendicular to the plane of the thrust surfaces, while its component F _{YY is} directed opposite to the make-up force of the enclosing pipe, and the component F _YY (perpendicular to the axis of the connected pipes) carries out “preload” the end of the male pipe 1. This "preload" prevents the occurrence of gaps that may occur at the contact point of the supporting surfaces 5 and 6 in the second phase of the threaded connection.

Необходимым условием для осуществления такого «поджатая» является наличие цилиндрической расточки на охватываемой трубе 1, при этом такая расточка позволят получить часть ниток конической резьбы с неполным профилем. В случае отсутствия такой расточки последние витки резьбы все нитки резьбы будут иметь полный профиль, и вершины этих ниток будут препятствовать «поджатию» торца охватываемой трубы при контакте упорных поверхностей.A necessary condition for the implementation of such a "tightened" is the presence of a cylindrical bore on the male pipe 1, while such a bore will allow you to get part of the threads of the tapered thread with an incomplete profile. In the absence of such a bore, the last thread turns all threads of the thread will have a full profile, and the tops of these threads will prevent the “compression” of the end face of the male pipe when the contact surfaces contact.

Максимальное осевое перемещение, которое может быть после первого контакта упорных поверхностей, не превышает длины малого катета прямоугольного треугольника, гипотенузой которого является упорная поверхность 8 охватывающей трубы 2.The maximum axial displacement, which may be after the first contact of the thrust surfaces, does not exceed the length of the small leg of the right triangle, the hypotenuse of which is the thrust surface 8 of the enclosing pipe 2.

Такое осевое перемещение в совокупности с «поджатием» торцевого участка охватываемой трубы 1 приводит к возникновению эффекта самоторможения и препятствует раскручиванию соединения.Such axial movement in conjunction with the "preload" of the end portion of the male pipe 1 leads to the occurrence of a self-braking effect and prevents the unwinding of the connection.

В случае уменьшения угла опорных поверхностей 5 и 6 ниже 55, возникающая при их контакте вертикальная составляющая F_OY (перпендикулярная оси соединяемых труб) имеет значение, приводящее к возникновению пластических деформаций в зоне контакта опорных и упорных поверхностей (см рис 6-в), что в свою очередь приводит к возникновению зазоров, нарушающих герметичность резьбового соединения.If the angle of the supporting surfaces 5 and 6 is reduced below 55, the vertical component F _OY that occurs upon their contact (perpendicular to the axis of the connected pipes) has a value that leads to plastic deformations in the contact zone of the supporting and resistant surfaces (see Fig. 6-c), which in turn leads to gaps that violate the tightness of the threaded connection.

Кроме этого, составляющая F_OX усилия, возникающего на опорных поверхностях 5 и 6 может превысить значение момента, с которым производится накрутка муфты, что, в свою очередь, приводит к тому, что нет смыкания упорных поверхностей 7 и 8, что в свою очередь не позволяет обеспечить герметичность соединенияIn addition, the component F _{OX of the} force arising on the supporting surfaces 5 and 6 may exceed the value of the moment with which the coupling is wound, which, in turn, leads to the fact that there is no closure of the contact surfaces 7 and 8, which in turn does not ensures tightness of the connection

В случае увеличения угла опорных поверхностей 5 и 6 свыше 65, возникающая при их контакте составляющая F_OY (перпендикулярная оси соединяемых труб) имеет значение, не позволяющее получить достаточные упругие деформации, необходимые для обеспечения герметичности в зоне опорных поверхностей (см рис 6-в).In the case of an increase in the angle of the supporting surfaces 5 and 6 above 65, the component F _OY arising upon their contact (perpendicular to the axis of the connected pipes) has a value that does not allow obtaining sufficient elastic deformations necessary to ensure tightness in the area of the supporting surfaces (see Fig. 6-c) .

Кроме этого, суммарное значение составляющей F_OX усилия, возникающего на опорных поверхностях 5 и 6, и составляющей F_YX, возникающей на упорных поверхностях 7 и 8, может быть меньше, чем значение момента, с которым производится свинчивание соединения, что в свою очередь приводит к тому, что в зоне контакта упорных поверхностей 7 и 8 возникает пластическая деформация, которая приводит к разгерметизации соединения.In addition, the total value of the component F _{OX of the} force arising on the supporting surfaces 5 and 6, and the component F _YX arising on the abutment surfaces 7 and 8, may be less than the value of the moment with which the connection is screwed up, which in turn leads to to the fact that in the contact zone of the thrust surfaces 7 and 8, plastic deformation occurs, which leads to depressurization of the connection.

Конические упорные поверхности 7 и 8 выполнены таким образом, что при действии на них осевого усилия, возникающего при свинчивании резьбы, поперечная составляющая этого усилия направлена к оси соединения. Это исключает так называемое явление "разворачивания", т.е. поперечную деформацию с увеличением диаметра в области упорных торцов, что делает соединение менее критичным к превышению крутящего момента свинчивания и увеличивает его эксплуатационную надежность.Conical thrust surfaces 7 and 8 are made in such a way that when they are subjected to axial forces arising from screwing up the threads, the transverse component of this force is directed to the connection axis. This eliminates the so-called "unfolding" phenomenon, i.e. lateral deformation with increasing diameter in the area of the thrust ends, which makes the connection less critical to exceeding the make-up torque and increases its operational reliability.

Высокогерметичное соединение может быть свинчено с использованием полимеризирующейся смазки, отвердевающей после сборки соединения резьбовой.A tight seal may be screwed using a polymerizable lubricant that hardens after assembly of the threaded joint.

Кроме этого, выполнение на охватываемой 1 и охватывающей 2 трубах цилиндрических расточек 9 и 10 позволяет исключить влияние заусенец, которые возникают в процессе нарезания резьбы при отводе обрабатывающего инструмента на участках сбегания резьбы, на кромках ее вершин, по ее внутреннему диаметру на охватывающей детали, которые выступая в сторону оси соединения нарушают зацепление и влияют на режим уплотнения.In addition, the execution on the male 1 and female 2 cylindrical bores 9 and 10 eliminates the influence of burrs that occur during thread cutting during the removal of the processing tool at the run-off areas of the threads, at the edges of its vertices, along its inner diameter on the female part, which speaking towards the axis of the joint disrupts engagement and affects the compaction mode.

Таким образом, при свинчивании резьбового соединения участки схода резьбы всегда располагаются в зоне проточек, что исключает влияние поверхности резьбы на участке схода и на точность взаимодействия поверхностей охватываемой и охватывающей труб.Thus, when screwing a threaded joint, the sections of the thread exit are always located in the groove zone, which excludes the influence of the thread surface on the exit section and on the accuracy of the interaction of the surfaces of the male and female pipes.

Преимуществами заявляемого резьбового соединения по сравнению с прототипом являются также повышение надежности, упрощение сборки, повышение прочности в процессе эксплуатации, а также улучшение возможности визуального контроля, что позволит использовать данное резьбовое соединение в трубах, предназначенных для транспортировки жидких и газообразных продуктов.The advantages of the inventive threaded connection in comparison with the prototype are also increased reliability, simplified assembly, increased strength during operation, as well as improved visual inspection capabilities, which will allow the use of this threaded connection in pipes intended for transporting liquid and gaseous products.

Заявляемое герметичное резьбовое соединение может быть изготовлено в условиях промышленного производства на стандартном оборудовании. Наибольший экономический эффект от использования заявляемой полезной модели достигается при его использовании в обсадных трубах.The inventive sealed threaded connection can be made in an industrial environment using standard equipment. The greatest economic effect from the use of the claimed utility model is achieved when it is used in casing pipes.

Claims

1. A tight threaded connection formed by male (1) and female (2) pipes with persistent tapered threads (3) with a taper of 1:16, while the profile of the persistent tapered thread (3) has the form of an isosceles trapezoid with a thrust face of the turn (4) located at a large angle to the direction of the load, the male (1) and female (2) pipes contact each other with conical supporting surfaces made respectively on the external surface of the male pipe (1) in the area between the conical thread (3) and the end face oh the pipe being drawn in (1) in the form of a conical supporting surface (5) and on the inner surface of the enclosing pipe (2) in the section between the conical thread (3) and the body of the enclosing pipe (2) in the form of a conical supporting surface (6) and conical thrust surfaces made respectively on the end of the male pipe (1) in the form of a conical abutting end surface (7) at an angle α from 15 ° to 25 ° to the normal to the thread axis (3) and on the inner surface of the female pipe (2) in the transition section of the conical supporting surface (6) to the body of the pipe (2) in the form of cones a contact surface (8) at an angle α from 15 ° to 25 ° to the normal to the thread axis (3), characterized in that the conical abutment surface (5) on the male pipe (1) and the conical abutment surface (6) on the female pipe ( 2) are made at an angle β from 55 ° to 65 ° to the normal to the axis of the thread (3).

2. A sealed threaded connection according to claim 1, characterized in that a cylindrical bore (9) is made on the male pipe (1) parallel to the axis of the male pipe (1), and a cylindrical bore (10) is made on the female pipe (2), parallel to the axis of the specified enclosing pipe (2), while the cylindrical bores (9 and 10) are made in such a way that, when assembling the threaded connection, they form a cavity (11), which on one side is bounded by a cylindrical bore (9) on the enclosed pipe (1), and on the other hand, a cylindrical bore (10) on the female pipe (2), and the length of the cylindrical bore (9) on the male pipe (1) is in the range from

L _1.max = 6 - ((⌀F-0.3) -⌀С + 0.15) tg30 °

before

L _1.min = 5 - ((⌀F + 0.1) -⌀С) tg30 °,

and the length of the cylindrical bore (10) on the enclosing pipe (2) is in the range from

L _2.max = L ₆ + 1,2-L ₁ - (⌀Е ₇ -⌀A + 0,3) · 0,0625- (⌀А + 0,3-⌀F) · tg30 °

before

L _2.min = L ₆ -0.6-L ₁ - (⌀Е ₇ -⌀A) · 0.0625- (⌀A-⌀F-0.15) · tg30 °,

where L _1.max and L _1.min are the maximum and minimum lengths of the cylindrical bore on the male pipe (1);

L _2.max and L _2.min - the maximum and minimum lengths of the cylindrical bore on the enclosing pipe (2);

F is the diameter of the cylindrical bore (9) on the male pipe (1);

A is the diameter of the cylindrical bore (10) in the enclosing pipe (2);

C is the diameter of the conical conical supporting end surface (7) on the male pipe (1);

E ₇ - the average diameter of the conical compound (3) in the main plane;

L ₁ is the distance from the end of the enclosing pipe (2) to the main plane;

L ₆ is the distance from the end of the enclosing pipe (2) to the conical thrust end surface located on it (8).