RU186585U1 - Двухупорное резьбовое соединение - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к резьбовым соединениям труб и может быть использована для соединения элементов бурильной колонны при бурении скважин. Двухупорное резьбовое соединение содержит муфту (1) с резьбой на внутренней поверхности (2), наружным (3) и внутренним (4) упорными торцами, ниппель (5) с соответствующей резьбой на наружной поверхности (6), наружным упорным торцом (7) и носиком (8) с внутренним упорным торцом (9). Длина L_H ниппеля (5) определяется соотношением:

L_H≥L_oc+P⋅n+L_нн, где:

L_oc - расстояние от внешнего упорного торца до опасного сечения ниппеля, которое находится в первом полном витке зацепления;

Р - шаг резьбы;

L_нн - длина носика ниппеля;

n - минимально допустимое количество рабочих витков в резьбе, зависит от условия работоспособности соединения при срезе (смятии) витков резьбы и определяется как корень уравнения: an²+bn+c=0. Повышается надежность работы соединения в сложных условиях за счет обеспечения требуемых прочностных характеристик и равномерного распределения нагрузки по виткам резьбы. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к резьбовым соединениям труб и может быть использована, например, для соединения элементов бурильной колонны при строительстве вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин.

Известно соединение бурильной колонны ГОСТ 27834-95 содержащее муфту с резьбой на внутренней поверхности и наружным упорным торцом, ниппель с соответствующей резьбой на наружной поверхности, наружным упорным торцом.

Недостатком такого соединения является низкая надежность, что объясняется низкой сопротивляемостью повышенному крутящему моменту, отсутствием внутреннего упора соединяемых деталей.

Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является соединение бурильных труб (патент RU 88729 U1, МПК Е21В 31/00 (2006.01), опубл. 2009 г.), содержащее муфту с резьбой на внутренней поверхности, наружным и внутренним упорными торцами, ниппель с соответствующей резьбой на наружной поверхности, наружным упорным торцом и носиком с внутренним упорным торцом.

Наличие второго упора повышает сопротивляемость соединения повышенному крутящему моменту.

Однако, в таком соединении не определена необходимая длина ниппеля, обеспечивающая равномерное распределение нагрузки по виткам, что необходимо для повышения долговечности и надежности работы соединения.

Технической задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является повышение надежности работы соединения в сложных условиях за счет обеспечения требуемых прочностных характеристик и равномерного распределения нагрузки по виткам резьбы.

Указанный технический результат достигается за счет усовершенствования двухупорного резьбового соединения, содержащего муфту с резьбой на внутренней поверхности, наружным и внутренним упорными торцами, ниппель с соответствующей резьбой на наружной поверхности, наружным упорным торцом и носиком с внутренним упорным торцом.

Это усовершенствование заключается в том, что длина ниппеля

L_H определяется соотношением:

L_H≥L_oc+P⋅n+L_нн, где:

L_oc - расстояние от внешнего упорного торца до опасного сечения ниппеля, которое находится в первом полном витке зацепления;

Р - шаг резьбы;

L_нн - длина носика ниппеля;

n - минимально допустимое количество рабочих витков в резьбе, определяемое как корень уравнения: а⋅n²+b⋅n+c=0, где:

а=-0,5⋅π⋅P⋅K⋅(t+P⋅K),

где: K - конусность резьбы;

t - ширина витка в основании впадины резьбы;

b=π⋅[t⋅(D₁-K⋅L_oc-2⋅h)+P⋅K⋅(D₁-(L_oc+L_нн)⋅K-2⋅h₁)],

где:

D₁ - наружный диаметр резьбы большего основания конуса ниппеля,

h - рабочая высота профиля резьбы,

h₁ - высота профиля резьбы;

где:

d - внутренний диаметр замка ниппеля.

Выполнение длины ниппеля L_H, определяемой вышеприведенным соотношением, обеспечивает работоспособность соединения и равномерное распределение нагрузки по виткам резьбы, что необходимо для надежной передачи осевой нагрузка от ниппеля через резьбу муфте и ее уравновешивание реакцией обоих упоров.

При количестве рабочих витков в резьбе меньше n увеличивается нагрузка на витки, что снижает надежность соединения.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором на фиг. 1 изображено заявляемое соединение, на фиг. 2 - выносной элемент I на фиг. 1.

Двухупорное резьбовое соединение содержит муфту 1 с резьбой на внутренней поверхности 2, наружным 3 и внутренним 4 упорными торцами, ниппель 5 с соответствующей резьбой на наружной поверхности 6, наружным упорным торцом 7 и носиком 8 с внутренним упорным торцом 9. Длина L_H ниппеля 5 определяется соотношением:

L_H≥L_oc+P⋅n+L_нн, где:

L_oc - расстояние от внешнего упорного торца до опасного сечения ниппеля, которое находится в первом полном витке зацепления;

Р - шаг резьбы;

L_нн - длина носика ниппеля;

n - минимально допустимое количество рабочих витков в резьбе, зависит от условия работоспособности соединения при срезе (смятии) витков резьбы и определяется как корень уравнения: а⋅n²+b⋅n+с=0, где:

а=-0,5⋅π⋅P⋅K⋅(t+P⋅K),

где K - конусность резьбы,

t - ширина витка в основании впадины резьбы,

b=π⋅[t⋅(D₁-K⋅L_oc-2⋅h)+P⋅K⋅(D₁-(L_oc+L_нн)⋅K-2⋅h₁)],

где:

D₁ - наружный диаметр резьбы большего основания конуса ниппеля,

h - рабочая высота профиля резьбы,

h₁ - высота профиля резьбы;

где:

d - внутренний диаметр замка ниппеля.

Выполнение длины L_H ниппеля 5, определяемой вышеприведенным соотношением, обеспечивает работоспособность соединения и равномерное распределение нагрузки по виткам резьбы для надежной передачи осевой нагрузки от ниппеля 5 через резьбу муфте 1 и ее уравновешивание реакцией наружных 3 и 7 и внутренних 4 и 9 упорных торцах.

Соединение бурильной колонны работает следующим образом.

При выполнении операций свинчивания или развинчивания соединения первоначально осуществляется взаимодействие ниппеля 5 и муфты 1 при помощи резьбы. В процессе свинчивания происходит продвижение поверхности муфты 1 вдоль поверхности ниппеля 5 до смыкания поверхностей 3 и 7 наружного упора при достижении момента свинчивания выбирается зазор до смыкания поверхностей 4 и 9 внутреннего упора.

Таким образом, использование заявляемой полезной модели позволяет повысить надежность работы соединения в сложных условиях за счет обеспечения в соединении равномерного распределения нагрузки по виткам резьбы. При этом соединение обеспечивает не только высокие прочностные характеристики на растяжение, изгиб и срез, но и обладает высокой скоростью и меньшей трудоемкостью сборки соединения при производстве.

Claims (15)

1. Двухупорное резьбовое соединение, содержащее муфту с резьбой на внутренней поверхности, наружным и внутренним упорными торцами, ниппель с соответствующей резьбой на наружной поверхности, наружным упорным торцом и носиком с внутренним упорным торцом, отличающееся тем, что длина ниппеля L_H определяется соотношением:
2. L_H≥L_oc+P⋅n+L_нн, где:
3. L_oc - расстояние от внешнего упорного торца до опасного сечения ниппеля, которое находится в первом полном витке зацепления;
4. Р - шаг резьбы;
5. L_нн - длина носика ниппеля;
6. n - минимально допустимое количество рабочих витков в резьбе, определяемое как корень уравнения: a⋅n²+b⋅n+c=0, где:
7. a=-0,5⋅π⋅P⋅K⋅(t+Р⋅K),
8. где K - конусность резьбы,
9. t - ширина витка в основании впадины резьбы,
10. b=π⋅[t⋅(D₁-K⋅L_oc-2⋅h)+P⋅K⋅(D₁-(L_oc+L_нн)⋅K-2⋅h₁)], где:
11. D₁ - наружный диаметр резьбы большего основания конуса ниппеля,
12. h - рабочая высота профиля резьбы,
13. h₁ - высота профиля резьбы;
14. 

    где:
15. d - внутренний диаметр замка ниппеля.

Images