RU195566U1 - Высокомоментное резьбовое соединение обсадных труб - Google Patents
Высокомоментное резьбовое соединение обсадных труб Download PDFInfo
- Publication number
- RU195566U1 RU195566U1 RU2019132621U RU2019132621U RU195566U1 RU 195566 U1 RU195566 U1 RU 195566U1 RU 2019132621 U RU2019132621 U RU 2019132621U RU 2019132621 U RU2019132621 U RU 2019132621U RU 195566 U1 RU195566 U1 RU 195566U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thrust
- threaded
- ledge
- protrusion
- male
- Prior art date
Links
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims abstract description 33
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 5
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 description 9
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 2
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
- E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
- E21B17/042—Threaded
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
- E21B17/08—Casing joints
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Mutual Connection Of Rods And Tubes (AREA)
Abstract
Полезная модель может быть использована для соединения элементов колонн обсадных труб, в частности обсадных колонн направления. Резьбовое соединение включает охватывающий и охватываемый элементы, при этом наружная поверхность охватываемого элемента включает участок с трапецеидальной неравнобокой резьбой, безрезьбовые участки, расположенные по разным сторонам от участка с резьбой, упорный торец, а внутренняя поверхность охватывающего элемента включает участок поверхности с трапецеидальной неравнобокой резьбой, безрезьбовые участки поверхности, расположенные по разным сторонам от участка с резьбой, упорный уступ. При этом упорный торец охватываемого элемента и упорный уступ охватывающего элемента соприкасаются, угол наклона закладной боковой поверхности резьбы охватывающего элемента больше угла наклона закладной боковой поверхности резьбы охватываемого элемента, а вершины выступов и впадины резьбы элементов выполнены цилиндрической и конической поверхностями. Угол наклона конической поверхности вершины выступа резьбы охватываемого элемента больше угла наклона конической поверхности вершины выступа резьбы охватывающего элемента. Безрезьбовой участок внутренней поверхности охватывающего элемента со стороны его упорного уступа имеет выступ, сопряженный с упорной поверхностью уступа, при этом выступ соприкасается с безрезьбовым участком наружной поверхности охватываемого элемента. Безрезьбовой участок наружной поверхности охватываемого элемента, расположенный с другой стороны от участка поверхности с резьбой, чем его упорный торец, имеет выступ, соприкасающийся с безрезьбовым участком внутренней поверхности охватывающего элемента, расположенным с другой стороны от участка поверхности с резьбой, чем его упорный уступ. Охватываемый элемент имеет упорный уступ, упорная поверхность которого сопряжена с вершиной выступа, расположенного на безрезьбовом участке наружной поверхности данного элемента, а охватывающий элемент имеет упорный торец, сопряженный с безрезьбовым участком внутренней поверхности данного элемента, расположенным с другой стороны от участка поверхности с резьбой, чем его упорный уступ. При этом упорный уступ охватываемого элемента и упорный торец охватывающего элемента соприкасаются. В продольном сечении вдоль оси симметрии резьбового соединения у охватываемого элемента форма безрезьбового участка наружной поверхности, сопряженного с поверхностью упорного торца, форма сопрягаемой поверхности упорного торца, форма безрезьбового участка наружной поверхности, расположенного со стороны упорного уступа, включая вершину выступа, а также форма сопрягаемой поверхности упорного уступа выполнены прямыми линиями. В продольном сечении вдоль оси симметрии резьбового соединения у охватывающего элемента форма безрезьбового участка внутренней поверхности, сопряженного с поверхностью упорного торца, форма сопрягаемой поверхности упорного торца, форма безрезьбового участка внутренней поверхности, расположенного со стороны упорного уступа, включая вершину выступа, сопряженную с поверхностью упорного уступа, а также форма сопрягаемой поверхности упорного уступа выполнены прямыми линиями. Технический результат, достигаемый при использовании настоящей полезной модели, заключается в повышении надежности соединения обсадных труб при действии эксплуатационных нагрузок, в том числе в процессе их вращения с переменным направлением. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.
Description
Полезная модель относится к области нефте- и газодобычи, в частности к резьбовым соединениям обсадных труб и может быть использована для соединения элементов колонн обсадных труб большого диаметра, применяемых при строительстве современных нефтяных и газовых скважин, преимущественно обсадных колонн направления.
Усложнение условий добычи нефти и газа, появление глубоких, наклонно направленных, горизонтальных, кустовых и многозабойных скважин приводит к необходимости применения дополнительной обсадной колонны направления, которая применяется для крепления верхней части конструкции от устья скважины, расположенной в неустойчивых, осадочных и мерзлых породах. При этом конструкция резьбового соединения обсадных труб колонны направления должна обеспечивать быструю и надежную сборку элементов.
Особенностями спуска обсадной колонны направления являются:
высокие требования к центровке труб перед их свинчиванием - чем больше диаметр труб, тем меньше угол подъема витка резьбы, тем труднее произвести центровку верхней и нижней трубы при сборке, вследствие чего происходит перекос осей, повышается риск получения дефектов на резьбовых поверхностях при свинчивании;
для беспрепятственного спуска оборудования внутри обсадной трубы резьбовое соединение должно быть равнопроходным по внутренней поверхности;
высокий риск самопроизвольного отвинчивания резьбового соединения ввиду значительной массы обсадной трубы приводит к необходимости наличия в конструкции соединения специальных стопорных элементов, повышающих момент страгивания (крутящий момент, необходимый для отвинчивания резьбового соединения);
для исключения вероятности прихвата обсадной колонны в процессе спуска применяются технологии бурения на обсадной колонне или спуска колонны с вращением, для реализации которых применяемые обсадные трубы должны уверенно передавать большие крутящие моменты без возникновения пластических деформаций на контактных поверхностях;
- высокие требования к качеству герметизации, равномерности свойств цементного заполнения, исключающие перетоки грунтовых вод в межтрубном пространстве скважины.
Известно резьбовое соединительное устройство для трубных элементов водоотделяющей колонны, описанное в патенте РФ №171299 (опубл. 29.05.2017). Данное устройство содержит ниппель, муфту, сопрягающиеся друг с другом посредством слабоконической резьбы, выполненной на части внешней поверхности ниппеля и части внутренней поверхности муфты, при этом ниппель содержит гладкий направляющий слабоконический элемент, продолжающийся от конца резьбовой части, длиной не менее шага резьбы. При этом профиль резьбы выполнен прямоугольным, причем вершины и впадины резьбы, находящиеся в плотном контакте, параллельны образующей конуса резьбы, конусность которой составляет 1:64.
Основными недостатками данного устройства являются следующие ограничения по его применению для соединения обсадных труб колонны направления:
применение большого шага прямоугольной резьбы и большой глубины впадины витка приводят к уменьшению площади в опасном сечении, повышению концентрации напряжений, что увеличивает вероятность возникновения пластических деформаций и потери герметичности резьбового соединения;
высокая вероятность самопроизвольного отвинчивания резьбового соединения под действием эксплуатационных нагрузок;
сложность сборки слабоконических элементов, необходимость соблюдения особых условий по центрированию резьбовых поверхностей перед свинчиванием.
Из уровня техники также известно резьбовое соединение для обсадных труб большого диаметра, описанное в патенте РФ №179683 (опубл. 22.05.2018), которое является наиболее близким к предлагаемой полезной модели и выбрано в качестве прототипа. Данное соединение включает в себя муфтовый коннектор с внутренней конический резьбой и ниппельный коннектор с наружной конический резьбой, замковое радиальное уплотнение «металл-металл», цилиндрические поверхности верхней направляющей секции, конические поверхности нижней направляющей секции, торцевое уплотнение «металл-металл», резьбовые поверхности с трапецеидальной, неравнобокой резьбой. При этом угол наклона закладной боковой поверхности резьбы на муфтовом коннекторе больше, чем на ниппельном, вершины и впадины выступа резьбы выполнены с помощью двух поверхностей, одна из которых коническая, параллельна оси резьбовой поверхности, вторая поверхность цилиндрическая, параллельна оси резьбового соединения.
Первый недостаток прототипа заключается в нестабильности процесса свинчивания. В ходе поступательного погружения ниппельного коннектора внутри муфтового происходит повреждение контактной поверхности ниппеля, образующиеся дефекты поверхности в дальнейшем затрудняют процесс ручного свинчивания и увеличивают время сборки.
Второй недостаток прототипа - это низкая надежность резьбового соединения при действии эксплуатационных нагрузок в процессе применения современных технологий: бурения на обсадной колонне, спуска обсадной колонны с вращением, вращением обсадной колонны со знакопеременным направлением при закачке цементного раствора в межтрубное пространство скважины. Применение одного замкового радиального уплотнения с небольшой площадью конических контактных поверхностей не может обеспечить гарантированную защиту от не санкционированного отвинчивания резьбовых поверхностей.
Задачей создания настоящей полезной модели является разработка свободного от недостатков прототипа резьбового соединения обсадных труб, конструкция которого способна успешно применяться при строительстве обсадных колонн направления. Технический результат, достигаемый при использовании настоящей полезной модели, заключается в повышении надежности соединения обсадных труб при действии эксплуатационных нагрузок, в том числе в процессе их вращения с переменным направлением.
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в п. 1 формулы полезной модели. Признаки настоящей полезной модели, общие с прототипом:
резьбовое соединение обсадных труб, включающее охватывающий и охватываемый элементы, при этом наружная поверхность охватываемого элемента включает участок с трапецеидальной неравнобокой резьбой, безрезьбовые участки, расположенные по разным сторонам от участка с резьбой, упорный торец, а внутренняя поверхность охватывающего элемента включает участок поверхности с трапецеидальной неравнобокой резьбой, безрезьбовые участки поверхности, расположенные по разным сторонам от участка с резьбой, упорный уступ,
угол наклона закладной боковой поверхности резьбы охватывающего элемента больше угла наклона закладной боковой поверхности резьбы охватываемого элемента, а вершины выступов и впадины резьбы элементов выполнены цилиндрической и конической поверхностями, при этом упорный торец охватываемого элемента и упорный уступ охватывающего элемента соприкасаются.
Отличительные признаки настоящей полезной модели:
выступы резьбы элементов выполнены так, что угол наклона конической поверхности вершины выступа резьбы охватываемого элемента больше угла наклона конической поверхности вершины выступа резьбы охватывающего элемента,
безрезьбовой участок внутренней поверхности охватывающего элемента, расположенный со стороны его упорного уступа, имеет выступ, сопряженный с упорной поверхностью уступа, при этом выступ соприкасается с безрезьбовым участком наружной поверхности охватываемого элемента, расположенным со стороны его упорного торца,
безрезьбовой участок наружной поверхности охватываемого элемента, расположенный с другой стороны от участка поверхности с резьбой, чем его упорный торец, имеет выступ, соприкасающийся с безрезьбовым участком внутренней поверхности охватывающего элемента, расположенным с другой стороны от участка поверхности с резьбой, чем его упорный уступ,
охватываемый элемент имеет упорный уступ, упорная поверхность которого сопряжена с вершиной упомянутого выступа, расположенного на безрезьбовом участке наружной поверхности данного элемента, а охватывающий элемент имеет упорный торец, сопряженный с безрезьбовым участком внутренней поверхности данного элемента, расположенным с другой стороны от участка поверхности с резьбой, чем его упорный уступ, причем упорный уступ охватываемого элемента и упорный торец охватывающего элемента соприкасаются,
в продольном сечении вдоль оси симметрии резьбового соединения у охватываемого элемента форма безрезьбового участка наружной поверхности, сопряженного с поверхностью упорного торца, форма сопрягаемой поверхности упорного торца, форма безрезьбового участка наружной поверхности, расположенного со стороны упорного уступа, включая вершину выступа, сопряженную с поверхностью упорного уступа, а также форма сопрягаемой поверхности упорного уступа выполнены прямыми линиями,
в продольном сечении вдоль оси симметрии резьбового соединения у охватывающего элемента форма безрезьбового участка внутренней поверхности, сопряженного с поверхностью упорного торца, форма сопрягаемой поверхности упорного торца, форма безрезьбового участка внутренней поверхности, расположенного со стороны упорного уступа, включая вершину выступа, сопряженную с поверхностью упорного уступа, а также форма сопрягаемой поверхности упорного уступа выполнены прямыми линиями.
Согласно п. 2 формулы полезной модели, соприкасающиеся поверхности упорных торцов и уступов охватывающего и охватываемого элементов выполнены коническими.
Согласно п. 3 формулы полезной модели прямые линии, которыми в продольном сечении вдоль оси симметрии резьбового соединения выполнена форма безрезьбовых участков наружной поверхности охватываемого элемента и форма безрезьбовых участков внутренней поверхности охватывающего элемента, являются параллельными оси симметрии резьбового соединения.
Согласно п. 4 формулы полезной модели прямые линии, которыми в продольном сечении вдоль оси симметрии резьбового соединения выполнена форма вершины выступов на наружной и внутренней поверхности, соответственно охватываемого и охватывающего элементов, являются параллельными оси симметрии резьбового соединения.
Согласно п. 5 формулы полезной модели резьбы охватывающего и охватываемого элементов выполнены коническими.
Согласно п. 6 формулы полезной модели выступ на безрезьбовом участке наружной поверхности охватываемого элемента имеет участок перехода к данной поверхности, а выступ на безрезьбовом участке внутренней поверхности охватывающего элемента имеет участок перехода к данной поверхности, при этом указанные участки перехода выполнены коническими поверхностями.
Согласно п. 7 формулы полезной модели в процессе свинчивания соединения формирование контакта между поверхностью выступа, расположенного на безрезьбовом участке внутренней поверхности охватывающего элемента, и безрезьбовым участком наружной поверхности охватываемого элемента начинается после формирования не менее 30% от общей площади контактной поверхности, образуемой в полностью свинченном состоянии поверхностью выступа, расположенного на безрезьбовом участке наружной поверхности охватываемого элемента, и безрезьбовым участком внутренней поверхности охватывающего элемента.
Полезная модель иллюстрируется следующими чертежами:
на фиг. 1 приведена обсадная труба в сборе;
на фиг. 2 - схема обозначений контактных поверхностей охватывающего и охватываемого элемента;
на фиг. 3 - схема обозначений поверхностей профиля резьбы охватывающего и охватываемого элемента;
на фиг. 4 - схема центрирования резьбовых поверхностей охватываемого элемента относительно резьбовых поверхностей охватывающего элемента перед началом свинчивания (по прототипу);
на фиг. 5 - схема центрирования резьбовых поверхностей охватываемого элемента относительно резьбовых поверхностей охватывающего элемента перед началом свинчивания (по настоящей полезной модели);
на фиг. 6 - схема перемещения точки контакта боковых закладных поверхностей охватывающего и охватываемого элемента в процессе свинчивания соединения;
на фиг. 7 - схема расположения резьбовых поверхностей охватывающего и охватываемого элемента в момент завершения свинчивания соединения;
на фиг. 8 - резьбовое соединение в процессе сборки;
на фиг. 9 - резьбовое соединение при завершении свинчивания.
На фигурах обозначены следующие позиции:
1 - охватывающий элемент;
2 - охватываемый элемент;
3 - кольцевые сварные швы, соединяющие тело трубы с охватывающим и охватываемым элементами;
4 - стальная труба;
5 - поверхность упорного торца охватывающего элемента;
6 - безрезьбовой участок внутренней поверхности охватывающего элемента со стороны упорного торца;
7 - участок внутренней поверхности охватывающего элемента с трапецеидальной неравнобокой резьбой;
8 - безрезьбовой участок внутренней поверхности охватывающего элемента со стороны упорного уступа;
8.а - поверхность вершины выступа, расположенного на безрезьбовом участке внутренней поверхности охватывающего элемента;
9 - упорная поверхность уступа охватывающего элемента;
10 - упорная поверхность уступа охватываемого элемента;
11 - безрезьбовой участок наружной поверхности охватываемого элемента со стороны упорного уступа;
11.а - поверхность вершины выступа, расположенного на безрезьбовом участке наружной поверхности охватываемого элемента;
12 - участок наружной поверхности охватываемого элемента с трапецеидальной неравнобокой резьбой;
13 - поверхность упорного торца охватываемого элемента;
14 - безрезьбовой участок наружной поверхности охватываемого элемента со стороны упорного торца;
15 - упорная боковая поверхность резьбы охватывающего элемента;
16 - цилиндрическая поверхность впадины резьбы охватывающего элемента;
17 - коническая поверхность впадины резьбы охватывающего элемента;
18 - закладная боковая поверхность резьбы охватывающего элемента;
19 - коническая поверхность вершины выступа резьбы охватывающего элемента;
20 - цилиндрическая поверхность вершины выступа резьбы охватывающего элемента;
21 - упорная боковая поверхность резьбы охватываемого элемента;
22 - цилиндрическая поверхность вершины выступа резьбы охватываемого элемента;
23 - коническая поверхность вершины выступа резьбы охватываемого элемента;
24 - закладная боковая поверхность резьбы охватываемого элемента;
25 - коническая поверхность впадины резьбы охватываемого элемента;
26 - цилиндрическая поверхность впадины резьбы охватываемого элемента;
27 - точка контакта закладных боковых поверхностей в процессе ручного свинчивания;
28 - точка контакта закладных боковых поверхностей после завершения силового свинчивания.
На фиг. 1 показан общий вид обсадной трубы в сборе, у которой охватывающий элемент 1 (муфтовый коннектор) и охватываемый элемент 2 (ниппельный коннектор) с помощью кольцевых сварных швов 3 соединены со стальной трубой 4.
Охватывающий элемент 1 включает следующие поверхности (показаны на фиг. 2): поверхность упорного торца 5, сопряженную с безрезьбовым участком внутренней поверхности 6, участок внутренней поверхности с трапецеидальной неравнобокой резьбой 7, безрезьбовой участок внутренней поверхности 8 с выступом 8.а, сопряженным с упорной поверхностью уступа 9. При этом безрезьбовые участки внутренней поверхности 6 и 8 расположены по разным сторонам от участка с резьбой 7.
Охватываемый элемент 2 включает следующие поверхности (показаны на фиг. 2): упорную поверхность уступа 10, сопряженную с поверхностью вершины выступа 11.а, расположенного на безрезьбовом участке наружной поверхности 11, участок наружной поверхности с трапецеидальной неравнобокой резьбой 12, безрезьбовой участок наружной поверхности 14, сопряженный с поверхность упорного торца 13. При этом безрезьбовые участки наружной поверхности 11 и 14 расположены по разным сторонам от участка с резьбой 12.
В продольном сечении вдоль оси симметрии резьбового соединения у охватывающего элемента 1 форма безрезьбового участка внутренней поверхности 6, сопряженного с поверхностью упорного торца 5, форма сопрягаемой поверхности упорного торца 5, форма безрезьбового участка внутренней поверхности 8, включая вершину выступа 8.а, сопряженную с поверхностью упорного уступа 9, а также форма сопрягаемой поверхности упорного уступа 9 выполнены прямыми линиями.
В продольном сечении вдоль оси симметрии резьбового соединения у охватываемого элемента 2 форма безрезьбового участка наружной поверхности 14, сопряженного с поверхностью упорного торца 13, форма сопрягаемой поверхности упорного торца 13, форма безрезьбового участка наружной поверхности 11, включая вершину выступа 11.а, сопряженную с поверхностью упорного уступа 10, а также форма сопрягаемой поверхности упорного уступа 10 выполнены прямыми линиями.
В частном случае реализации настоящей полезной модели, соприкасающиеся поверхности упорных торцов и уступов (5 и 10, 13 и 9) охватывающего и охватываемого элемента выполнены коническими.
В другом частном случае реализации настоящей полезной модели прямые линии, которыми в продольном сечении вдоль оси симметрии резьбового соединения выполнена форма безрезьбовых участков наружной поверхности охватываемого элемента (11 и 14) и форма безрезьбовых участков внутренней поверхности охватывающего элемента (6 и 8), выполнены параллельными оси симметрии резьбового соединения.
В другом частном случае реализации настоящей полезной модели прямые линии, которыми в продольном сечении вдоль оси симметрии резьбового соединения выполнена форма вершины выступов (11.а и 8.а) на наружной и внутренней поверхности, соответственно охватываемого и охватывающего элементов, выполнены параллельными оси симметрии резьбового соединения.
В другом частном случае реализации настоящей полезной модели выступ 11.а на безрезьбовом участке наружной поверхности 11 охватываемого элемента имеет участок перехода к данной поверхности, а выступ 8.а на безрезьбовом участке внутренней поверхности 8 охватывающего элемента имеет участок перехода к данной поверхности, при этом указанные участки перехода выполнены коническими поверхностями.
В другом частном случае реализации настоящей полезной модели в процессе свинчивания соединения формирование контакта между поверхностью выступа 8.а, расположенного на безрезьбовом участке внутренней поверхности 8 охватывающего элемента, и безрезьбовым участком наружной поверхности 14 охватываемого элемента начинается после формирования не менее 30% от общей площади контактной поверхности, образуемой в полностью свинченном состоянии поверхностью выступа 11.а, расположенного на безрезьбовом участке наружной поверхности 11 охватываемого элемента, и безрезьбовым участком внутренней поверхности 6 охватывающего элемента.
Профиль резьбы охватывающего и охватываемого элементов имеет следующие поверхности (показаны на фиг. 3), соответственно: упорную боковую поверхность резьбы 15 и 21, цилиндрическую поверхность впадины резьбы 16 и 26, коническую поверхность впадины резьбы 17 и 25, закладную боковую поверхность резьбы 18 и 24, коническую поверхность вершины выступа резьбы 19 и 23, цилиндрическую поверхность вершины выступа резьбы 20 и 22. При этом угол наклона закладной боковой поверхности резьбы 18 охватывающего элемента больше угла наклона закладной боковой поверхности резьбы 24 охватываемого элемента. Кроме того, выступы резьбы элементов выполнены так, что угол наклона конической поверхности 23 вершины выступа резьбы охватываемого элемента больше угла наклона конической поверхности 19 вершины выступа резьбы охватывающего элемента.
В частном случае реализации настоящей полезной модели резьбы охватывающего и охватываемого элементов выполнены коническими.
При сборке резьбового соединения, принятого за прототип настоящей полезной модели, в ходе процесса поступательного погружения охватываемого элемента (ниппельного коннектора) внутри охватывающего элемента (муфтового коннектора) крайне велика вероятность повреждения контактной поверхности охватываемого элемента, которое в последствие затрудняет процесс ручного свинчивания, увеличивая время сборки. Так по прототипу первый контакт резьбовой поверхности охватываемого элемента с резьбовой поверхностью охватывающего элемента происходит участками поверхности, расположенными на радиусе сопряжения закладной боковой поверхности с конической поверхностью вершины выступа резьбы (показано на фиг.4, при этом соответствующий участок поверхности охватываемого элемента обозначен G, участок охватывающего элемента обозначен S). Сила воздействия F раскладывается на составляющие - сила Fz, действующая по касательной к контактной поверхности, и радиально направленная сила Fx, активно действующая на поверхность. При этом площадь контакта очень мала, т.к. реальные тонкостенные детали большого диаметра обладают овальностью, поэтому силу реакции охватывающего элемента можно рассматривать, как сосредоточенную в одной точке. В результате внутренние напряжения в зоне контакта превышают предел текучести, происходит схватывание второго рода, когда тела взаимодействуют на уровне межмолекулярных связей. На контактной поверхности первых витков охватываемого элемента от действия пластических деформаций появляются дефекты. Важно то, что именно эта поверхность охватываемого элемента, с образовавшимися поверхностными дефектами, в течение всего процесса ручного свинчивания взаимодействует с конической закладной боковой поверхностью резьбы охватывающего элемента. В данной связи процесс ручного свинчивания протекает нестабильно, на поверхностях обоих элементов образуются царапины и задиры. В процессе ручного свинчивания зазор между опорными боковыми поверхностями резьбы охватывающего и охватываемого элементов уменьшается, при этом в завершающей стадии должно произойти расклинивание выступов резьбовой поверхности охватываемого элемента во впадинах резьбовой поверхности охватывающего элемента (в момент формирования контакта на поверхностях торцевого уплотнения). При этом из-за дефектов, образовавшихся на закладных боковых поверхностях резьбы, происходит заклинивание резьбовых поверхностей раньше, чем поверхности торцевого уплотнения создадут необходимый для обеспечения герметичности натяг по площади контакта.
Предложенная в настоящей полезной модели оригинальная форма вершины выступов резьбы соединяемых элементов, в соответствии с которой угол наклона конической поверхности 23 вершины выступа резьбы охватываемого элемента больше угла наклона конической поверхности 19 вершины выступа резьбы охватывающего элемента, позволяет обеспечить благоприятные условия для безопасного центрирования резьбовых поверхностей в процессе поступательного погружения охватываемого элемента внутри охватывающего элемента перед свинчиванием соединения. Данное конструктивное решение позволяет защитить участок поверхности охватываемого элемента, расположенный на радиусе сопряжения закладной боковой поверхности с конической поверхностью вершины выступа резьбы, от прямого внешнего воздействия при выполнении различных технологических операций с обсадной трубой перед свинчиванием соединения. В данном случае первый контакт резьбовой поверхности охватываемого элемента с резьбовой поверхностью охватывающего элемента происходит конической поверхностью 23 (точка W, показано на фиг. 5), при этом уменьшается сила агрессивного воздействия fx, что позволяет конической поверхности 23 воспринимать нагрузки на уровне упругих деформаций и исключить вероятность возникновения дефектов на поверхности, расположенной на радиусе сопряжения закладной боковой поверхности с конической поверхностью вершины выступа резьбы. Исключение вероятности возникновения дефектов на указанных контактных поверхностях позволяет повысить стабильность процесса свинчивания и надежность резьбового соединения.
Другими отличительными существенными признаками настоящей полезной модели являются:
наличие на безрезьбовом участке внутренней поверхности 8 охватывающего элемента, расположенном со стороны его упорного уступа 9, выступа 8.а, сопряженного с упорной поверхностью уступа 9, при этом выступ 8.а соприкасается с безрезьбовым участком наружной поверхности 14 охватываемого элемента, расположенным со стороны его упорного торца 13,
наличие на безрезьбовом участке наружной поверхности 11 охватываемого элемента, расположенном с другой стороны от участка поверхности с резьбой 12, чем его упорный торец 13, выступа 11.а, соприкасающегося с безрезьбовым участком внутренней поверхности 6 охватывающего элемента, расположенным с другой стороны от участка поверхности с резьбой 7, чем его упорный уступ 9,
в продольном сечении вдоль оси симметрии резьбового соединения у охватывающего элемента форма безрезьбового участка внутренней поверхности 6, форма безрезьбового участка внутренней поверхности 8, включая вершину выступа 8.а, а у охватываемого элемента форма безрезьбового участка наружной поверхности 14, форма безрезьбового участка наружной поверхности 11, включая вершину выступа 11.а, выполнены прямыми линиями.
Поверхности выступов (8.а и 11.а) и соответствующих безрезьбовых участков поверхностей (14 и 6), соединяемых элементов при свинчивании создают дополнительные контактные поверхности. За счет действия упругих деформаций на данных контактных поверхностях резьбовое соединение приобретает увеличенный крутящий момент свинчивания и страгивания, что позволяет снизить вероятность самопроизвольного отвинчивания соединения при вращении колонны.
Наличие у охватываемого элемента упорного уступа, у которого упорная поверхность 10 сопряжена с вершиной выступа 11.а, расположенного на безрезьбовом участке наружной поверхности 11 данного элемента, при наличии у охватывающего элемента упорного торца 5, сопряженного с безрезьбовым участком внутренней поверхности 6 данного элемента, при том, что в продольном сечении вдоль оси симметрии резьбового соединения форма соприкасающихся упорных поверхностей уступа 10 и торца 5 выполнена прямыми линиями, за счет формирования дополнительного узла уплотнения также позволяет повысить надежность резьбового соединения.
Заявленное резьбовое соединение обсадных труб работает следующим образом.
В начале сборки соединения охватываемый элемент 2 поступательно погружается внутрь охватывающего элемента 1, направляемый безрезьбовым участком поверхности 6 охватывающего элемента. В дальнейшем происходит центрирование деталей резьбового соединения поверхностями вершин выступа резьбы. Происходит контакт закладных боковых поверхностей резьбы 24 охватываемого элемента с закладными боковыми поверхностями 18 охватывающего элемента, после чего дальнейшее поступательное движение охватываемого элемента без вращения становится невозможным. Дальнейшая сборка резьбового соединения осуществляется свинчиванием резьбовых поверхностей. Процесс свинчивания происходит при контакте закладной боковой поверхности 24 охватываемого элемента с закладной боковой поверхностью 18 охватываемого элемента в точке 27 при этом площадь пятна контакта закладных боковых поверхностей резьбы не увеличивается, что уменьшает силу трения скольжения (показано на фиг. 6).
При дальнейшем свинчивании поверхность вершины выступа 11.а охватываемого элемента начинает соприкасаться с безрезьбовым участком поверхности 6 охватывающего элемента (показано на фиг. 8), после чего поверхность вершины выступа 8.а охватывающего элемента начинает соприкасаться с участком безрезьбовой поверхности 14 охватываемого элемента.
При последующем свинчивании вступают в контакт поверхность упорного торца 13 охватываемого элемента и упорная поверхность 9 уступа охватывающего элемента, а также поверхность упорного торца 5 охватывающего элемента и упорная поверхность 10 уступа охватываемого элемента (показано на фиг. 9). Зазоры между закладными боковыми поверхностям выступов резьбы постепенно уменьшаются и в момент завершения силовой затяжки у корня выступа зазор переходит в натяг в точке 28 (показано на фиг. 7). Сформировавшееся пятно контакта на закладных боковых поверхностях профиля позволяет создать эффект расклинивания, предотвращающий вероятность самопроизвольного отвинчивания резьбового соединения под действием эксплуатационных нагрузок.
При дальнейшем свинчивании происходит докрепление резьбового соединения - контактные поверхности уплотнений приобретают заданную величину натяга, на контактных поверхностях создается пятно контакта, гарантирующие герметичность резьбового соединения, после чего дальнейшее свинчивание сопрягаемых элементов прекращается.
Claims (18)
1. Резьбовое соединение обсадных труб, включающее охватывающий и охватываемый элементы, при этом
наружная поверхность охватываемого элемента включает участок с трапецеидальной неравнобокой резьбой, безрезьбовые участки, расположенные по разным сторонам от участка с резьбой, упорный торец,
внутренняя поверхность охватывающего элемента включает участок поверхности с трапецеидальной неравнобокой резьбой, безрезьбовые участки поверхности, расположенные по разным сторонам от участка с резьбой, упорный уступ,
угол наклона закладной боковой поверхности резьбы охватывающего элемента больше угла наклона закладной боковой поверхности резьбы охватываемого элемента, а вершины выступов и впадины резьбы элементов выполнены цилиндрической и конической поверхностями,
упорный торец охватываемого элемента и упорный уступ охватывающего элемента соприкасаются,
отличающееся тем, что:
выступы резьбы элементов выполнены так, что угол наклона конической поверхности вершины выступа резьбы охватываемого элемента больше угла наклона конической поверхности вершины выступа резьбы охватывающего элемента,
безрезьбовой участок внутренней поверхности охватывающего элемента, расположенный со стороны его упорного уступа, имеет выступ, сопряженный с упорной поверхностью уступа, при этом выступ соприкасается с безрезьбовым участком наружной поверхности охватываемого элемента, расположенным со стороны его упорного торца,
безрезьбовой участок наружной поверхности охватываемого элемента, расположенный с другой стороны от участка поверхности с резьбой, чем его упорный торец, имеет выступ, соприкасающийся с безрезьбовым участком внутренней поверхности охватывающего элемента, расположенным с другой стороны от участка поверхности с резьбой, чем его упорный уступ,
охватываемый элемент имеет упорный уступ, упорная поверхность которого сопряжена с вершиной упомянутого выступа, расположенного на безрезьбовом участке наружной поверхности данного элемента, а охватывающий элемент имеет упорный торец, сопряженный с безрезьбовым участком внутренней поверхности данного элемента, расположенным с другой стороны от участка поверхности с резьбой, чем его упорный уступ, причем упорный уступ охватываемого элемента и упорный торец охватывающего элемента соприкасаются,
в продольном сечении вдоль оси симметрии резьбового соединения у охватываемого элемента форма безрезьбового участка наружной поверхности, сопряженного с поверхностью упорного торца, форма сопрягаемой поверхности упорного торца, форма безрезьбового участка наружной поверхности, расположенного со стороны упорного уступа, включая вершину выступа, сопряженную с поверхностью упорного уступа, а также форма сопрягаемой поверхности упорного уступа выполнены прямыми линиями,
в продольном сечении вдоль оси симметрии резьбового соединения у охватывающего элемента форма безрезьбового участка внутренней поверхности, сопряженного с поверхностью упорного торца, форма сопрягаемой поверхности упорного торца, форма безрезьбового участка внутренней поверхности, расположенного со стороны упорного уступа, включая вершину выступа, сопряженную с поверхностью упорного уступа, а также форма сопрягаемой поверхности упорного уступа выполнены прямыми линиями.
2. Соединение по п. 1, отличающееся тем, что упомянутые соприкасающиеся поверхности упорных торцов и уступов охватывающего и охватываемого элементов выполнены коническими.
3. Соединение по п. 1 или 2, отличающееся тем, что упомянутые прямые линии, которыми в продольном сечении вдоль оси симметрии резьбового соединения выполнена форма безрезьбовых участков наружной поверхности охватываемого элемента и форма безрезьбовых участков внутренней поверхности охватывающего элемента, являются параллельными оси симметрии резьбового соединения.
4. Соединение по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что упомянутые прямые линии, которыми в продольном сечении вдоль оси симметрии резьбового соединения выполнена форма вершины выступов на наружной и внутренней поверхности, соответственно охватываемого и охватывающего элементов, являются параллельными оси симметрии резьбового соединения.
5. Соединение по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что упомянутые резьбы охватывающего и охватываемого элементов выполнены коническими.
6. Соединение по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что упомянутый выступ на безрезьбовом участке наружной поверхности охватываемого элемента имеет участок перехода к данной поверхности, а упомянутый выступ на безрезьбовом участке внутренней поверхности охватывающего элемента имеет участок перехода к данной поверхности, при этом указанные участки перехода выполнены коническими поверхностями.
7. Соединение по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что в процессе свинчивания соединения формирование контакта между поверхностью выступа, расположенного на безрезьбовом участке внутренней поверхности охватывающего элемента, и безрезьбовым участком наружной поверхности охватываемого элемента начинается после формирования не менее 30% от общей площади контактной поверхности, образуемой в полностью свинченном состоянии поверхностью выступа, расположенного на безрезьбовом участке наружной поверхности охватываемого элемента, и безрезьбовым участком внутренней поверхности охватывающего элемента.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019132621U RU195566U1 (ru) | 2019-10-14 | 2019-10-14 | Высокомоментное резьбовое соединение обсадных труб |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019132621U RU195566U1 (ru) | 2019-10-14 | 2019-10-14 | Высокомоментное резьбовое соединение обсадных труб |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU195566U1 true RU195566U1 (ru) | 2020-01-31 |
Family
ID=69416024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019132621U RU195566U1 (ru) | 2019-10-14 | 2019-10-14 | Высокомоментное резьбовое соединение обсадных труб |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU195566U1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA007076B1 (ru) * | 2002-09-06 | 2006-06-30 | Тенарис Коннэкшэнс Аг | Трубное резьбовое соединение |
| WO2006073902A2 (en) * | 2004-12-30 | 2006-07-13 | Hydril Company Lp | Threads with perturbations |
| EA026556B1 (ru) * | 2011-11-18 | 2017-04-28 | Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн | Трубное резьбовое соединение, имеющее улучшенную характеристику высокой моментной нагрузки |
| RU171299U1 (ru) * | 2017-03-01 | 2017-05-29 | Акционерное общество "Выксунский металлургический завод" (АО "ВМЗ") | Резьбовое соединительное устройство для трубных элементов водоотделяющей колонны |
| RU179683U1 (ru) * | 2018-01-11 | 2018-05-22 | Акционерное общество "Выксунский металлургический завод" (АО "ВМЗ") | Резьбовое соединение для обсадных труб большого диаметра |
| RU2678785C1 (ru) * | 2017-11-14 | 2019-02-01 | Акционерное общество "Первоуральский новотрубный завод" | Резьбовое соединение нефтепромысловых труб с высоким сопротивлением сжатию и комбинированным нагрузкам (варианты) |
-
2019
- 2019-10-14 RU RU2019132621U patent/RU195566U1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA007076B1 (ru) * | 2002-09-06 | 2006-06-30 | Тенарис Коннэкшэнс Аг | Трубное резьбовое соединение |
| WO2006073902A2 (en) * | 2004-12-30 | 2006-07-13 | Hydril Company Lp | Threads with perturbations |
| EA026556B1 (ru) * | 2011-11-18 | 2017-04-28 | Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн | Трубное резьбовое соединение, имеющее улучшенную характеристику высокой моментной нагрузки |
| RU171299U1 (ru) * | 2017-03-01 | 2017-05-29 | Акционерное общество "Выксунский металлургический завод" (АО "ВМЗ") | Резьбовое соединительное устройство для трубных элементов водоотделяющей колонны |
| RU2678785C1 (ru) * | 2017-11-14 | 2019-02-01 | Акционерное общество "Первоуральский новотрубный завод" | Резьбовое соединение нефтепромысловых труб с высоким сопротивлением сжатию и комбинированным нагрузкам (варианты) |
| RU179683U1 (ru) * | 2018-01-11 | 2018-05-22 | Акционерное общество "Выксунский металлургический завод" (АО "ВМЗ") | Резьбовое соединение для обсадных труб большого диаметра |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4373754A (en) | Threaded connector | |
| US4537429A (en) | Tubular connection with cylindrical and tapered stepped threads | |
| US6120067A (en) | Threaded tool joint for connecting large tubes | |
| US7510219B2 (en) | Threaded connection for oil field applications | |
| EA010807B1 (ru) | Расширяемое резьбовое соединение | |
| AU2016201258A1 (en) | Tubular connection with helically extending torque shoulder | |
| IE60667B1 (en) | Improvements in or relating to joints for tubular members | |
| US9677346B2 (en) | Tubular connection with helically extending torque shoulder | |
| US9816646B2 (en) | Threaded connection for drilling and working hydrocarbon wells | |
| EA039248B1 (ru) | Трубное резьбовое соединение | |
| EP0149612B1 (en) | Tubular connection with cylindrical and tapered stepped threads | |
| RU88729U1 (ru) | Соединение бурильной колонны | |
| EA031062B1 (ru) | Многоцелевое двухупорное герметичное соединение | |
| RU2606008C2 (ru) | Резьбовое соединение с низким моментом свинчивания | |
| RU2728105C1 (ru) | Резьбовое замковое коническое соединение бурильных труб и способ увеличения его несущей способности и ресурса работы | |
| RU195566U1 (ru) | Высокомоментное резьбовое соединение обсадных труб | |
| RU179683U1 (ru) | Резьбовое соединение для обсадных труб большого диаметра | |
| EA039255B1 (ru) | Резьбовое трубное соединение для обсадной колонны | |
| US5143411A (en) | Threaded tubular connection | |
| EP2888430B1 (en) | Elliptical undercut shoulder for specialty pipe connectors | |
| US20230250699A1 (en) | Threaded joint for production tubing | |
| US20200011140A1 (en) | Coupling assembly for elongate elements | |
| US11898666B1 (en) | High torque threaded connections with triple taper thread profiles | |
| RU2767259C1 (ru) | Муфтовое резьбовое соединение (варианты) | |
| RU210115U1 (ru) | Труба бурильная с двухупорными замками уменьшенного наружного диаметра |