RU2574112C2 - Thread joint for drilling and development of hydrocarbon wells - Google Patents
Thread joint for drilling and development of hydrocarbon wells Download PDFInfo
- Publication number
- RU2574112C2 RU2574112C2 RU2013131816/06A RU2013131816A RU2574112C2 RU 2574112 C2 RU2574112 C2 RU 2574112C2 RU 2013131816/06 A RU2013131816/06 A RU 2013131816/06A RU 2013131816 A RU2013131816 A RU 2013131816A RU 2574112 C2 RU2574112 C2 RU 2574112C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thread
- working surfaces
- female
- profile
- male
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims description 14
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 title description 6
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 title description 6
- 230000002093 peripheral Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000000295 complement Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 210000001138 Tears Anatomy 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
[0001] Настоящее изобретение относится к трубчатому компоненту, применяемому при бурении и разработке углеводородных скважин, более конкретно к концевой части такого компонента, при этом указанная концевая часть является охватываемой или охватывающей и может быть соединена с соответствующей концевой частью другого компонента, также применяемого при бурении и разработке углеводородных скважин. Изобретение также относится к резьбовому соединению, получаемому в результате соединения двух трубчатых компонентов путем свинчивания.[0001] The present invention relates to a tubular component used in the drilling and development of hydrocarbon wells, and more particularly to the end portion of such a component, wherein said end portion is male or female and can be connected to the corresponding end portion of another component also used in drilling and hydrocarbon well development. The invention also relates to a threaded connection obtained by joining two tubular components by screwing.
[0002] Термин компонент, «применяемый при бурении и разработке углеводородных скважин» означает любой элемент по существу трубчатой формы, предназначенный для соединения с другим элементом такого же или другого типа, для того, чтобы в итоге образовать или бурильную колонну для углеводородной скважины, или водоотделяющую колонну для технического обслуживания, например водоотделяющие колонны для проведения ремонта, или водоотделяющие колонны для разработки, или обсадную колонну или насосно-компрессорную колонну, применяемые в разработке скважины. В частности, изобретение применимо для компонентов, применяемых в бурильной колонне, таких как, например, бурильные трубы, утяжеленные бурильные трубы, воротники бура и детали для соединения труб и утяжеленных труб, известных как бурильные замки.[0002] The term component, "used in the drilling and development of hydrocarbon wells" means any element of a substantially tubular shape designed to be connected to another element of the same or different type, in order to ultimately form either a drill string for a hydrocarbon well, or maintenance riser, for example repair risers, or development risers, or casing or tubing used in development wells. In particular, the invention is applicable to components used in a drill string, such as, for example, drill pipes, drill pipes, drill collars and parts for connecting pipes and drill pipes, known as drill joints.
[0003] Известным образом каждый компонент, применяемый в бурильной колонне, как правило, содержит концевую часть, оснащенную участком с охватываемой резьбой, и/или концевую часть, оснащенную участком с охватывающей резьбой, при этом каждый предназначен для соединения посредством свинчивания с соответствующей концевой частью другого компонента, при этом узел образует соединение. Колонна, образованная таким образом, вращается при бурении на поверхности скважины; с этой целью компоненты должны быть свинчены друг с другом с приложением высокого момента для передачи достаточного крутящего момента, так что скважину можно пробурить, исключая возникновение разъединения или слишком высокого момента.[0003] In a known manner, each component used in the drill string typically comprises an end portion equipped with a female thread portion and / or an end portion equipped with a female thread portion, each intended to be screwed to the corresponding end portion another component, while the node forms a connection. The column thus formed rotates while drilling on the surface of the well; for this purpose, the components must be screwed together with a high torque applied to transmit sufficient torque, so that the well can be drilled, eliminating the occurrence of separation or too high torque.
[0004] В традиционных изделиях момент свинчивания, как правило, получают, во-первых, посредством взаимодействия затягиванием внутренних и/или наружных поверхностей примыкания, предоставленных на каждом из компонентов, и, во-вторых, посредством взаимодействия затягиванием боковых поверхностей витков резьбы взаимно свинченных компонентов. Однако так как требуемые моменты свинчивания непрерывно возрастают вследствие усложнения условий бурения (большие глубины, горизонтальное бурение и т.д.), через соединения необходимо передавать более высокий момент. Поскольку размер поверхностей примыкания представляет собой часть толщины трубы и более конкретно бурильных замков в случае компонентов для бурения, критический порог пластификации поверхностей примыкания достигается быстро, когда прикладывают слишком высокий момент свинчивания. Кроме того, одно решение заключается в приложении большего крутящего момента к резьбовому соединению с целью разгрузки поверхностей примыкания.[0004] In traditional products, the make-up time is generally obtained, firstly, by tightening the inner and / or outer contact surfaces provided on each of the components, and secondly, by tightening the lateral surfaces of the threads of the threads mutually tightened by tightening components. However, since the required make-up moments are continuously increasing due to the complication of drilling conditions (large depths, horizontal drilling, etc.), it is necessary to transmit a higher moment through the joints. Since the size of the abutment surfaces is part of the thickness of the pipe and, more particularly, of the drill joints in the case of components for drilling, the critical threshold for plasticization of abutment surfaces is reached quickly when too high a make-up moment is applied. In addition, one solution is to apply more torque to the threaded joint to unload the abutment surfaces.
[0005] Были разработаны решения, в которых применяют самостопорящиеся резьбы, например, описанные в документах уровня техники US Re 30 647 и US Re 34 467. В самостопорящейся резьбе такого типа боковые поверхности резьбы (также называемые зубьями) охватываемой концевой части и витки резьбы (также называемые зубьями) охватывающей концевой части характеризуются постоянным шагом резьбы, однако ширина резьбы варьируется.[0005] Solutions have been developed that use self-locking threads, such as those described in prior art documents US Re 30 647 and US Re 34 467. In this type of self-locking thread, the side surfaces of the threads (also called teeth) of the male end portion and the threads ( also called teeth) of the female end portion are characterized by a constant thread pitch, but the thread width varies.
[0006] Более конкретно, расстояние между рабочими поверхностями является постоянным, также как и шаг резьбы (расстояние) между нерабочими поверхностями, однако указанное расстояние между рабочими поверхностями отличается от указанного расстояния между нерабочими поверхностями.[0006] More specifically, the distance between the working surfaces is constant, as well as the thread pitch (distance) between the non-working surfaces, however, the specified distance between the working surfaces is different from the specified distance between the non-working surfaces.
[0007] Более конкретно, ширина между вершинами резьбы (или зубьев) постепенно увеличивается для витков резьбы охватываемой концевой части, соответственно охватывающей концевой части, с расстоянием от охватываемой концевой части, соответственно охватывающей концевой части.[0007] More specifically, the width between the ends of the thread (or teeth) gradually increases for the threads of the male end portion, respectively the female end part, with a distance from the male end part, respectively female end part.
[0008] Таким образом, при свинчивании охватываемые и охватывающие витки (или зубья) резьбы в итоге блокируются друг другом в положении, соответствующем точке блокировки. С этой целью момент свинчивания воспринимается всеми контактными поверхностями между боковыми поверхностями, т.е. суммарная поверхность, которая значительно больше поверхности, представленной поверхностями примыкания из уровня техники. Однако соединять поверхности примыкания с резьбой такого типа не просто, поскольку конфигурации резьб, известных в качестве самостопорящихся резьб, обуславливают необходимость синхронизации стыковки поверхностей примыкания с боковыми поверхностями резьбы.[0008] Thus, when screwing, the male and female threads (or teeth) are eventually locked to each other in a position corresponding to the locking point. To this end, the make-up torque is perceived by all contact surfaces between the side surfaces, i.e. the total surface, which is significantly larger than the surface represented by the abutment surfaces of the prior art. However, it is not easy to connect the abutment surfaces with a thread of this type, since the configuration of the threads known as self-locking threads necessitates synchronization of the joining of the abutment surfaces with the side surfaces of the thread.
[0009] В решениях согласно API 7 используют внутренние и/или наружные поверхности примыкания в сочетании с витками резьбы в форме усеченной буквы V, оставляя зазор между впадинами и вершинами резьбы.[0009] In solutions according to API 7, internal and / or external abutment surfaces are used in combination with truncated V-shaped threads, leaving a gap between the troughs and the ends of the thread.
[0010] Настоящее изобретение предлагает новые профили резьбы, способные передавать больший момент по резьбе, в частности увеличивая контактную поверхность между боковыми поверхностями витков резьбы.[0010] The present invention provides new thread profiles capable of transmitting a greater moment along the thread, in particular increasing the contact surface between the side surfaces of the threads.
[0011] Более конкретно изобретение предоставляет резьбовое соединение, содержащее первый и второй трубчатые компоненты, при этом каждый оснащен соответствующей охватываемой и охватывающей концевой частью, где охватываемая концевая часть содержит по меньшей мере один резьбовой участок на своей наружной периферийной поверхности и заканчивается на конечной поверхности, при этом охватывающая концевая часть содержит по меньшей мере один резьбовой участок на своей внутренней периферийной поверхности и заканчивается на конечной поверхности, где резьбовые участки, по меньшей мере на части их длины, содержат витки резьбы, при этом каждый содержит, если смотреть в направлении продольного сечения, проходящего через ось трубчатого компонента, вершину резьбы, впадину резьбы, рабочую сторону и нерабочую сторону, отличающееся тем, что профили рабочих поверхностей охватываемой и охватывающей резьбы, если смотреть в направлении продольного сечения, проходящего через ось вращения соединения, представляют собой непрерывную кривую выпуклой или вогнутой формы, при этом профиль боковых поверхностей охватываемой резьбы является комплементарным для боковых поверхностей охватывающей резьбы по меньшей мере на 70%, предпочтительно 90% указанной непрерывной кривой.[0011] More specifically, the invention provides a threaded joint comprising first and second tubular components, each equipped with a corresponding male and female end part, where the male end part contains at least one threaded portion on its outer peripheral surface and ends on the end surface, wherein the female end portion comprises at least one threaded portion on its inner peripheral surface and ends on the final surface where the threaded sections, at least in part of their length, contain turns of thread, each containing, when viewed in the direction of a longitudinal section passing through the axis of the tubular component, a thread tip, a thread depression, a working side and a non-working side, characterized in that the profiles of the working surfaces of male and female threads, when viewed in the direction of a longitudinal section passing through the axis of rotation of the connection, are a continuous curve of a convex or concave shape, while the profile of the side the surfaces of the male thread is complementary to the lateral surfaces of the female thread by at least 70%, preferably 90% of said continuous curve.
[0012] Необязательные признаки изобретения, которые могут быть дополнительными или заменяющими, описаны ниже.[0012] Optional features of the invention, which may be additional or substitute, are described below.
[0013] Профиль нерабочих поверхностей охватываемой и охватывающей резьбы, а также профиль рабочих поверхностей охватываемой и охватывающей резьбы может быть непрерывной кривой выпуклой или вогнутой формы, при этом профиль нерабочих поверхностей направлен противоположно профилю рабочих поверхностей для той же части резьбового участка.[0013] The profile of the non-working surfaces of the female and female threads, as well as the profile of the working surfaces of the male and female threads can be a continuous curve of a convex or concave shape, while the profile of the non-working surfaces is opposite to the profile of the working surfaces for the same part of the threaded portion.
[0014] Профиль нерабочих поверхностей охватываемой резьбы, если смотреть в направлении продольного сечения, проходящего через ось соединения, может быть выпуклым, при этом профиль рабочих поверхностей охватываемой резьбы является вогнутым.[0014] The profile of the non-working surfaces of the male thread, when viewed in the direction of the longitudinal section passing through the axis of the connection, can be convex, while the profile of the working surfaces of the male thread is concave.
[0015] Профиль нерабочих поверхностей и/или профиль рабочих поверхностей, если смотреть в направлении продольного сечения, проходящего через ось соединения, может представлять собой дугу окружности, радиус которой находится в диапазоне 25-127 мм.[0015] The profile of non-working surfaces and / or the profile of working surfaces, when viewed in the direction of a longitudinal section passing through the axis of the joint, can be an arc of a circle whose radius is in the range of 25-127 mm.
[0016] Нерабочие поверхности и рабочие поверхности могут быть соединены в вершинах резьбы и/или во впадинах резьбы посредством соединительной галтели радиусом 3-13 мм.[0016] Non-working surfaces and working surfaces can be connected at the tops of the thread and / or in the hollows of the thread by means of a connecting fillet with a radius of 3-13 mm.
[0017] Угол нерабочих поверхностей и угол рабочих поверхностей могут быть равны, при этом каждый берут относительно оси, перпендикулярной оси вращения соединения.[0017] The angle of the non-working surfaces and the angle of the working surfaces may be equal, each being taken with respect to an axis perpendicular to the axis of rotation of the joint.
[0018] Угол нерабочих поверхностей может быть больше угла рабочих поверхностей не более чем на 30 градусов.[0018] The angle of non-working surfaces may be greater than the angle of the working surfaces by no more than 30 degrees.
[0019] Угол нерабочих поверхностей и угол рабочих поверхностей может находиться в диапазоне 10-80°, при этом каждый берут относительно оси, перпендикулярной оси вращения соединения.[0019] The angle of the non-working surfaces and the angle of the working surfaces may be in the range of 10-80 °, each being taken with respect to an axis perpendicular to the axis of rotation of the joint.
[0020] Шаг резьбы резьбовых участков может находиться в диапазоне от 2 мм до 13 мм.[0020] The thread pitch of the threaded portions may be in a range of 2 mm to 13 mm.
[0021] Резьбовые участки могут иметь коническую образующую, формирующую угол с осью соединения в диапазоне 1,5-8 градусов.[0021] The threaded portions may have a conical generatrix forming an angle with the axis of the joint in the range of 1.5-8 degrees.
[0022] Указанный компонент может быть буровым компонентом.[0022] The specified component may be a drilling component.
[0023] Выступы охватывающей концевой части могут быть усечены, так что между вершиной зубьев участка с охватывающей резьбой и нижней частью вершин участка с охватываемой резьбой образуется зазор, когда части резьбовых участков свинчены друг с другом.[0023] The protrusions of the female end portion can be truncated so that a gap is formed between the top of the teeth of the female thread portion and the lower part of the top of the male thread portion when the parts of the threaded portions are screwed together.
[0024] Конечная поверхность охватывающей концевой части может упираться в буртик, выполненный внутри охватывающей концевой части, когда части резьбовых участков свинчены друг с другом.[0024] The end surface of the female end portion may abut against a shoulder formed inside the female end portion when parts of the threaded portions are screwed together.
[0025] Конечная поверхность охватывающей концевой части может упираться в буртик, выполненный снаружи охватываемой концевой части, когда части резьбовых участков свинчены друг с другом.[0025] The end surface of the female end portion may abut against a shoulder formed outside the male end portion when parts of the threaded portions are screwed together.
[0026] Охватываемые и охватывающие концевые части каждая может соответственно содержать поверхность уплотнения, которая может обеспечивать совместное соединение с натягом, когда части резьбовых участков свинчены друг с другом.[0026] The male and female end portions each may respectively comprise a sealing surface that can provide a joint with interference fit when portions of the threaded portions are screwed together.
[0027] Осевой натяг между рабочими поверхностями и между нерабочими поверхностями может быть более чем 0,05 мм, когда части резьбовых участков свинчены друг с другом.[0027] The axial interference between the working surfaces and between the non-working surfaces may be more than 0.05 mm when parts of the threaded portions are screwed together.
[0028] Признаки и преимущества изобретения более подробно описаны ниже со ссылками на прилагаемые графические материалы.[0028] The features and advantages of the invention are described in more detail below with reference to the accompanying graphic materials.
[0029] На фиг. 1 представлено схематическое изображение соединения, полученного в результате сочленения двух трубчатых компонентов посредством свинчивания их соответствующих резьбовых участков согласно изобретению.[0029] FIG. 1 is a schematic illustration of a joint obtained by joining two tubular components by screwing their respective threaded portions according to the invention.
[0030] На фиг. 2 представлено подробное схематическое изображение резьбовых участков двух трубчатых компонентов соединения по фиг. 1, показанных в несоединенном состоянии.[0030] FIG. 2 is a detailed schematic representation of the threaded portions of two tubular components of the joint of FIG. 1 shown in an unconnected state.
[0031] На фиг. 3-6 представлены подробные изображения резьбы охватываемой концевой части компонента трубчатого соединения в конкретных вариантах осуществления изобретения.[0031] FIG. 3-6 show detailed threads of a male end portion of a tubular joint component in specific embodiments of the invention.
[0032] Резьбовое соединение, показанное на фиг. 1, применяют в операциях бурения, при этом резьбовое соединение содержит, известным образом, первый трубчатый компонент с осью 10 вращения, оснащенный охватываемой концевой частью 1, и второй трубчатый компонент с осью 10 вращения, оснащенный охватывающей концевой частью 2. Каждая из двух концевых частей 1 и 2 заканчивается на конечной поверхности 7, 8, направленной радиально относительно оси 10 вращения резьбового соединения, и соответственно оснащена резьбовыми участками 3 и 4, взаимодействующими вместе для совместного соединения двух компонентов посредством свинчивания. Следует отметить, что ось 10 резьбового соединения также является осью вращения трубчатых компонентов 1 и 2. Термин «направленной радиально относительно оси 10 резьбового соединения» означает, что конечные поверхности 7 и 8 концевых частей 1 и 2 наклонены относительно плоскости, перпендикулярной оси 10 резьбового соединения, не более чем на 20 градусов.[0032] The threaded connection shown in FIG. 1 is used in drilling operations, the threaded connection comprising, in a known manner, a first tubular component with a
[0033] Дополнительно, если необходимо, и более конкретно в случае применений, предназначенных для разработки углеводородных скважин, в отличие от операций бурения, соединения могут содержать уплотнение для флюидов, перемещающихся как внутри трубчатого соединения, так и снаружи трубчатого соединения. Это уплотнение обеспечено двумя поверхностями 5, 6 уплотнения металл по металлу, расположенными рядом с концевой поверхностью 7 охватываемой концевой части 1. Более конкретно, поверхность 6 уплотнения расположена на внутренней периферийной поверхности охватывающей концевой части 2 рядом с концевой поверхностью 7 охватываемой концевой части 1, которая сама направлена по прямой линии, по существу перпендикулярной оси 10 соединения. Напротив поверхности 6 уплотнения на наружной периферийной поверхности охватывающей концевой части 1 расположена поверхность 5 уплотнения. Две поверхности уплотнения расположены так, что они могут образовывать соединение с натягом при свинчивании охватывающей концевой части с охватывающей концевой частью. «Соединение с натягом» получают благодаря тому, что наружный диаметр охватываемой концевой части 1 на поверхности 5 уплотнения несколько больше внутреннего диаметра охватывающей концевой части 2 на поверхности 6 уплотнения. Контакт между поверхностями 5, 6 уплотнения металл по металлу может представлять собой, например, два конуса, два тора или тор и конус.[0033] Additionally, if necessary, and more particularly in the case of hydrocarbon well development applications, in contrast to drilling operations, the joints may include a seal for fluids moving both inside the tubular joint and outside the tubular joint. This seal is provided with two metal-to-
[0034] Когда первый и второй трубчатые компоненты свинчены вместе до конечного положения, каждая из конечных поверхностей 7, 8 соответственно охватываемой концевой части 1 и охватывающей концевой части 2 упирается соответственно в буртик 9, предоставленный внутри охватывающей концевой части, и буртик 11, предоставленный на наружной поверхности охватываемой концевой части. Следует отметить, что конечное положение, как правило, получают, когда момент достигает заданного номинального значения. Это означает, что в качестве функции выбранного соединения и его применения пользователи используют номинальный момент, которые необходимо прикладывать при использовании компонентов.[0034] When the first and second tubular components are screwed together to an end position, each of the end surfaces 7, 8 of the male end part 1 and the
[0035] На фиг. 2 показан вид в продольном сечении, проходящем через ось 10 двух резьбовых участков соединения по фиг. 1, где ссылочной позицией 3 обозначен охватываемый резьбовой участок и ссылочной позицией 4 обозначен охватывающий резьбовой участок, и предназначенные для совместного взаимодействия посредством свинчивания.[0035] FIG. 2 shows a longitudinal section through the
На фиг. 2 представлено покомпонентное изображение соединения, показанного на фиг. 1, после того, как концевые части 1, 2 трубчатого компонента свинчены друг с другом, резьбовые участки 3, 4 соединены друг с другом для взаимодействия при свинчивании. Витки 32 резьбы относятся к резьбовому участку 3 охватываемой концевой части 1 трубчатого компонента, при этом каждый содержит нерабочую сторону 31, рабочую сторону 30, впадину 35 резьбы и вершину 36 резьбы. Аналогично витки 42 резьбы относятся к резьбовому участку 4 охватывающей концевой части 2 трубчатого компонента, при этом каждый содержит нерабочую сторону 41, рабочую сторону 40, впадину 45 резьбы и вершину 46 резьбы.In FIG. 2 is an exploded view of the compound shown in FIG. 1, after the
[0036] В отношении охватывающей концевой части и согласно одному варианту осуществления изобретения профиль нерабочих поверхностей 31 витков охватываемой резьбы, а также профиль рабочих поверхностей 30 витков охватываемой резьбы (и если смотреть в направлении продольного сечения, проходящего через ось 10 трубчатого компонента) представляют каждый непрерывную кривую или выпуклой формы, или вогнутой формы, при этом профили нерабочих поверхностей 31 и рабочих поверхностей 30 направлены противоположно.[0036] With respect to the female end portion and according to one embodiment of the invention, the profile of the
Более конкретно профиль нерабочих поверхностей 31 витков охватываемой резьбы является выпуклым, а профиль рабочих поверхностей 30 является вогнутым. Другими словами, профили нерабочих поверхностей охватываемой резьбы и рабочих поверхностей охватываемой резьбы имеют противоположно направленные кривые. Термин «изогнутый профиль» означает, что профиль является непрямолинейным.More specifically, the profile of the
[0037] В отношении охватывающей концевой части и согласно одному варианту осуществления изобретения, профиль нерабочих поверхностей 41 витков охватывающей резьбы, а также профиль рабочих поверхностей 40 витков охватывающей резьбы (и если смотреть в направлении продольного сечения, проходящего через ось 10 трубчатого компонента) каждый представляет собой непрерывную кривую выпуклой формы или вогнутой формы, при этом профили нерабочих поверхностей 41 и рабочих поверхностей 40 противоположно направлены. Более конкретно профиль нерабочих поверхностей 41 витков охватывающей резьбы является вогнутым, а профиль рабочих поверхностей 40 витков охватывающей резьбы является выпуклым. Другими словами, профили нерабочих поверхностей охватывающей резьбы и рабочих поверхностей охватывающей резьбы имеют противоположно направленные кривые.[0037] With respect to the female end portion and according to one embodiment of the invention, the profile of the idle surfaces 41 of the female thread turns, as well as the profile of the working surface 40 of the female thread turns (and when viewed in the direction of the longitudinal section passing through the
[0038] Кроме того, профили боковых поверхностей витков охватываемой резьбы и профиль боковых поверхностей витков охватывающей резьбы, где боковые поверхности витков охватываемой резьбы были приведены в контакт с боковыми поверхностями витков охватывающей резьбы, являются комплементарным. Это означает, что каждая из непрерывных кривых, образующая профили рабочих поверхностей охватываемой и охватывающей резьбы, совпадает по меньшей мере на 70% и предпочтительно 90%.[0038] In addition, the profiles of the side surfaces of the turns of the female thread and the profile of the side surfaces of the turns of the female thread, where the side surfaces of the turns of the male thread were brought into contact with the side surfaces of the turns of the female thread, are complementary. This means that each of the continuous curves forming the profiles of the working surfaces of the male and female threads coincides at least 70% and preferably 90%.
Аналогично каждая из непрерывных кривых, образующая профили охватываемых и охватывающих нерабочих поверхностей, совпадает по меньшей мере на 70%, предпочтительно 90%.Similarly, each of the continuous curves forming the profiles of male and female idle surfaces coincides at least 70%, preferably 90%.
[0039] Очевидно, также может быть обеспечена обратная конфигурация, где профиль нерабочих поверхностей 31 витков охватываемой резьбы является вогнутым, а профиль рабочих поверхностей 30 является выпуклым. Соответственно, профиль нерабочих поверхностей 41 витков охватывающей резьбы является выпуклым, а профиль рабочих поверхностей 40 витков охватывающей резьбы является вогнутым.[0039] Obviously, the reverse configuration can also be provided, where the profile of the
[0040] Очевидно, также представляется возможным обеспечить конфигурацию, в которой только профиль рабочих поверхностей 30 витков охватываемой резьбы (и если смотреть в направлении продольного сечения, проходящего через ось 10 трубчатого компонента) представляет собой непрерывную кривую выпуклой или вогнутой формы; при этом профили нерабочих поверхностей 31 могут быть прямолинейными. Таким образом, профиль рабочих поверхностей 40 витков охватывающей резьбы является комплементарным для рабочих поверхностей 30 витков охватываемой резьбы, так что каждая из непрерывных кривых, образующая профили рабочих поверхностей охватываемой и охватывающей резьбы, совпадает по меньшей мере на 70%, предпочтительно 90%.[0040] It is obviously also possible to provide a configuration in which only the profile of the working
[0041] Несмотря на выбранную конфигурацию, при свинчивании охватываемых и охватывающих элементов друг с другом с образованием соединения между боковыми поверхностями получают контактную поверхность, которая больше при изогнутых профилях, чем при прямолинейных профилях. Однако, поскольку момент свинчивания пропорционален суммарной площади поверхности находящихся в контакте поверхностей, чем больше контактная поверхность боковых поверхностей, тем выше получаемый момент свинчивания.[0041] Despite the selected configuration, when screwing the male and female elements together with each other to form a connection between the side surfaces, a contact surface is obtained that is larger with curved profiles than with straight profiles. However, since the make-up moment is proportional to the total surface area of the surfaces in contact, the larger the contact surface of the side surfaces, the higher the make-up moment obtained.
[0042] Как видно на фиг. 1, соединение содержит внутренний упор и наружный упор. Рассматривая наружный упор, первый и второй трубчатые компоненты свинчены вместе, так что конечная поверхность 8 охватывающей концевой части 2 упирается в буртик 11, предоставленный на наружной поверхности охватывающей концевой части 1. Рассматривая внутренний упор, первый и второй трубчатые компоненты свинчены вместе, так что конечная поверхность 7 охватываемой концевой части 1 упирается в буртик 9, предоставленный на внутренней поверхности охватывающей концевой части 2.[0042] As seen in FIG. 1, the connection includes an inner stop and an outer stop. Considering the outer stop, the first and second tubular components are screwed together, so that the end surface 8 of the
[0043] Также возможна конфигурация, в которой предоставлен как внутренний, так и наружный упор.[0043] A configuration is also possible in which both an internal and an external stop are provided.
[0044] Также возможна конфигурация, в которой не предоставлен ни внутренний упор, ни наружный упор и где рабочие поверхности и нерабочие поверхности охватываемой и охватывающей резьбы входят в контакт на определенном этапе свинчивания. В этом случае между рабочими поверхностями охватываемой и охватывающей резьбы и между нерабочими поверхностями охватываемой и охватывающей резьбы присутствует положительный осевой натяг, таким образом создавая момент свинчивания. Преимущественно этот натяг составляет более чем 0,05 мм. Осевой натяг получают с использованием большей ширины резьбы, чем ширина впадин резьбы.[0044] A configuration is also possible in which neither an internal stop nor an external stop is provided and where the working surfaces and non-working surfaces of the male and female threads come into contact at a particular make-up stage. In this case, a positive axial interference is present between the working surfaces of the female and female threads and between the non-working surfaces of the female and female threads, thereby creating a make-up moment. Advantageously, this interference is more than 0.05 mm. The axial interference is obtained using a larger thread width than the width of the troughs of the thread.
[0045] В то же время также является преимущественным максимально увеличить площадь поверхности контактной поверхности на рабочих поверхностях 30, 40 для достижения наилучшего возможного момента свинчивания. Преимущественно является предпочтительным, чтобы по меньшей мере 90% площади поверхности рабочих поверхностей охватываемой и охватывающей резьбы находились в контакте. Это значит, что по меньшей мере 90% изогнутых профилей рабочих поверхностей охватываемой и охватывающей резьбы должны находиться в контакте согласно виду в сечении по продольной оси, проходящей через ось 10 соединения.[0045] At the same time, it is also advantageous to maximize the surface area of the contact surface on the working
[0046] Для снижения риска возникновения концентраций напряжений рабочие поверхности и нерабочие поверхности соединяют тангенциально по впадинам резьбы и по вершинам резьбы с использованием соединительных галтелей.[0046] To reduce the risk of stress concentrations, work surfaces and non-working surfaces are connected tangentially over the troughs of the thread and at the tops of the thread using connecting fillets.
[0047] В наиболее широком смысле термин «изогнутый профиль боковых поверхностей» подразумевает боковые поверхности, профиль которых повторяет форму эллиптической части, дугу окружности или последовательность тангенциально соединенных дуг окружности. Очевидно, указанные кривые являются непрерывными, поскольку у них нет сингулярностей. Они также повторяют профиль, являющийся полностью вогнутым или полностью выпуклым, что исключает возможность наличия точки перегиба, характерной для боковых поверхностей «S»-образного профиля.[0047] In the broadest sense, the term "curved profile of the side surfaces" refers to side surfaces whose profile follows the shape of an elliptical part, an arc of a circle, or a sequence of tangentially connected arcs of a circle. Obviously, these curves are continuous because they have no singularities. They also repeat a profile that is completely concave or fully convex, which eliminates the possibility of an inflection point characteristic of the side surfaces of an “S” -shaped profile.
[0048] На фиг. 6 показан подробный вид в продольном сечении, проходящий через ось 10 участка с охватываемой резьбой, в конкретной конфигурации. Боковые поверхности 32 охватываемой резьбы содержат часть вогнутой дуги окружности для рабочих поверхностей и часть выпуклой дуги окружности для нерабочих поверхностей.[0048] FIG. 6 shows a detailed longitudinal sectional view passing through the
[0049] Соединительные галтели также представляют собой дуги окружности с соответствующим радиусом R1 в вершине резьбы и R3 во впадине резьбы. Предпочтительно каждый из радиуса R1 соединительной галтели в вершине резьбы и радиуса R3 соединительной галтели во впадине резьбы находится в диапазоне 3-13 мм.[0049] The connecting fillets are also circular arcs with a corresponding radius R1 at the top of the thread and R3 at the bottom of the thread. Preferably, each of the radius R1 of the connecting fillet at the top of the thread and the radius R3 of the connecting fillet at the root of the thread are in the range of 3-13 mm.
[0050] Предпочтительно, каждый из радиуса R4 для профиля рабочих поверхностей и радиуса R2 для нерабочей стороны профиля находится в диапазоне 25-127 мм. Верхнее значение 127 мм означает, что можно выполнить достаточную кривизну для обеспечения достаточно большой контактной поверхности, способной, следовательно, поддерживать высокий момент свинчивания. Нижнее значение 25,4 мм означает, что предоставлена резьба достаточной высоты, приспособленная к диаметру трубчатых компонентов.[0050] Preferably, each of the radius R4 for the profile of the working surfaces and the radius R2 for the non-working side of the profile is in the range of 25-127 mm. An upper value of 127 mm means that sufficient curvature can be made to provide a sufficiently large contact surface, which is therefore able to maintain a high make-up torque. A lower value of 25.4 mm means that a thread of sufficient height is provided, adapted to the diameter of the tubular components.
[0051] Очевидно, радиусы R4 и R2 профилей рабочей стороны и нерабочей стороны не являются обязательно одинаковыми. Однако оказывается, что интервал, образованный нижним и верхним значениями 25,4 мм и 127 мм, в первую очередь относится к радиусу R4 рабочих поверхностей в случае, когда соединение содержит упор. К тому же, рабочие поверхности воспринимают часть момента свинчивания. С этой целью радиус кривизны R2 нерабочих поверхностей менее важен.[0051] Obviously, the radii R4 and R2 of the profiles of the working side and the non-working side are not necessarily the same. However, it turns out that the interval formed by the lower and upper values of 25.4 mm and 127 mm primarily refers to the radius R4 of the working surfaces in the case when the connection contains a stop. In addition, work surfaces perceive part of the make-up moment. To this end, the radius of curvature R2 of non-working surfaces is less important.
[0052] Следует отметить, что представляется возможным предоставить конфигурацию, где радиус R2 нерабочих поверхностей является большим, вследствие чего образуется квазипрямолинейный профиль нерабочих поверхностей.[0052] It should be noted that it is possible to provide a configuration where the radius R2 of the non-working surfaces is large, as a result of which a quasi-linear profile of the non-working surfaces is formed.
[0053] На фиг. 3, 4 и 5 показаны различные профили резьбы с разными углами рабочих поверхностей и нерабочих поверхностей.[0053] FIG. 3, 4 and 5 show different thread profiles with different angles of the working surfaces and non-working surfaces.
[0054] На фиг. 3 линии 1 хорды для кривых рабочих поверхностей и линии s хорды для кривых нерабочих поверхностей образуют одинаковый угол a с перпендикуляром к оси 10 трубчатых компонентов. Линии 1 и s хорды образованы посредством пересечений кривой, обеспечивающей профиль рабочей стороны, и кривой, обеспечивающей профиль нерабочей стороны.[0054] FIG. 3 lines 1 chords for the curves of the working surfaces and lines s chords for the curves of non-working surfaces form the same angle a with a perpendicular to the
[0055] Следует отметить, что положение вершин 36 резьбы получено пересечением кривой, обеспечивающей профиль рабочей стороны, и кривой, обеспечивающей профиль нерабочей стороны. Аналогично положение впадин 35 резьбы образовано пересечением кривой, обеспечивающей профиль рабочей стороны, и кривой, обеспечивающей профиль нерабочей стороны. Шаг L резьбы в таком случае равен расстоянию между двумя последовательными вершинами резьбы, при этом указанное расстояние также равно расстоянию между двумя последовательными впадинами резьбы.[0055] It should be noted that the position of the
[0056] В случае, когда наклон рабочих поверхностей и нерабочих поверхностей одинаковый, и в случае, когда кривизна рабочих поверхностей и нерабочих поверхностей одинаковая, соединение характеризуется оптимальным сочетанием характеристик напряжения и сжатия. Эта конфигурация означает, что могут быть получены резьбовые участки с высокими характеристиками напряжения и сжатия.[0056] In the case where the inclination of the working surfaces and non-working surfaces is the same, and in the case where the curvature of the working surfaces and non-working surfaces is the same, the connection is characterized by an optimal combination of stress and compression characteristics. This configuration means that threaded sections with high stress and compression characteristics can be obtained.
[0057] На фиг. 4 линии 1 хорды для кривых рабочих поверхностей и линии s хорды для кривых нерабочих поверхностей образуют другой угол, соответственно a и b, с перпендикуляром к оси 10 трубчатых компонентов. Линии 1 и s хорды также образованы посредством пересечения кривой, обеспечивающей профиль рабочей стороны, и кривой, обеспечивающей профиль нерабочей стороны.[0057] FIG. The 4 chord lines 1 for curved working surfaces and the chord lines s for curved non-working surfaces form a different angle, a and b, respectively, with a perpendicular to the
[0058] В случае, когда наклон нерабочих поверхностей больше, чем наклон рабочих поверхностей (рабочие поверхности более вертикальны, чем нерабочие поверхности), сопротивление сжатию является предпочтительным. Предпочтение должно отдаваться этой конфигурации для буровых компонентов, применяемых рядом с бурильной головкой, где сопротивления сжатию являются высокими. Предпочтительно, чтобы угол нерабочих поверхностей был больше угла рабочих поверхностей не более чем на тридцать градусов. Сцепление между витками резьбы фактически теряется, и охватываемые и охватывающие элементы могут разъединиться.[0058] In the case where the inclination of the non-working surfaces is greater than the inclination of the working surfaces (working surfaces are more vertical than non-working surfaces), compression resistance is preferred. Preference should be given to this configuration for drilling components used near the drill head where the compressive strengths are high. Preferably, the angle of the non-working surfaces is greater than the angle of the working surfaces by no more than thirty degrees. The grip between the threads is virtually lost, and the male and female elements may become disconnected.
[0059] В случае, когда наклон нерабочих поверхностей меньше наклона рабочих поверхностей (рабочие поверхности менее вертикальны, чем нерабочие поверхности), сопротивление разрыву является предпочтительным. Предпочтение должно отдаваться этой конфигурации для буровых компонентов, применяемых в местах, отличных от колонны в забое скважины, т.е. далеко от бурильной головки.[0059] In the case where the inclination of the non-working surfaces is less than the inclination of the working surfaces (working surfaces are less vertical than non-working surfaces), tear resistance is preferable. Preference should be given to this configuration for drilling components used at locations other than the bottom hole casing, i.e. far from the drill head.
[0060] На фиг. 5 профиль рабочих поверхностей и нерабочих поверхностей является эллиптическим. Предпочтительно, стрелки с между линиями хорды, проходящими через концевые части профилей рабочей стороны, и стрелки d между линиями хорды, проходящими через концевые части профиля нерабочей стороны, должны находиться в диапазоне 3-13 мм.[0060] FIG. 5, the profile of work surfaces and non-working surfaces is elliptical. Preferably, the arrows with between the chord lines passing through the end parts of the working side profiles and the arrows d between the chord lines passing through the end parts of the non-working profile should be in the range of 3-13 mm.
[0061] Необходимо также отметить положение вершин 36 резьбы; оно образовано пересечением кривой, обеспечивающей профиль рабочей стороны, и кривой, обеспечивающей профиль нерабочей стороны. Аналогично положение впадин 35 резьбы образовано пересечением кривой, обеспечивающей профиль рабочей стороны, и кривой, обеспечивающей профиль нерабочей стороны. Шаг L резьбы в этом случае равен расстоянию между двумя последовательными вершинами резьбы, при этом указанное расстояние также равно расстоянию между двумя последовательными впадинами резьбы.[0061] It should also be noted the position of the
[0062] Предпочтительно угол нерабочих поверхностей и угол рабочих поверхностей находится в диапазоне 10-80°. Нижняя граница 10° соответствует тому, что компоненты должны обладать способностью свинчивания, и верхняя граница 80° соответствует тому, что между витками резьбы должно удерживаться определенное сцепление.[0062] Preferably, the angle of the non-working surfaces and the angle of the working surfaces are in the range of 10-80 °. The lower limit of 10 ° corresponds to the fact that the components must have the ability to make-up, and the upper limit of 80 ° corresponds to the fact that a certain grip must be maintained between the threads.
[0063] Для защиты от возникновения истирания и/или для обеспечения потока любых смазывающих агентов, применяемых при свинчивании, преимущественным является выполнение вершины резьбы с усеченным профилем. Такой тип усеченного профиля может быть применен или для вершин охватываемой резьбы, или для вершин охватывающей резьбы, или для обеих.[0063] To protect against the occurrence of abrasion and / or to ensure the flow of any lubricating agents used in screwing up, it is preferable to make a thread top with a truncated profile. This type of truncated profile can be applied either to the vertices of the male thread, or to the vertices of the female thread, or both.
[0064] Термин «усеченный профиль» означает профиль, который является более плоским у вершины резьбы, чем профиль образованный соединительными галтелями в форме дуги окружности. Эти усеченные профили таким образом могут быть основаны на эллиптическом профиле, тангенциально соединяющем рабочие поверхности с нерабочими поверхностями на вершине резьбы.[0064] The term "truncated profile" means a profile that is flatter at the top of the thread than a profile formed by connecting fillets in the form of a circular arc. These truncated profiles can thus be based on an elliptical profile tangentially connecting the work surfaces with non-working surfaces on the top of the thread.
[0065] Преимущественно шаг L резьбы резьбовых участков 3, 4 находится в диапазоне от 2 мм до 13 мм, что соответствует 10 и 2 TPI (десяти и двум виткам на один дюйм). Этот интервал обуславливает компромиссное решение между быстротой свинчивания резьбовых элементов и достаточным сцеплением между этими резьбовыми элементами.[0065] Advantageously, the thread pitch L of the threaded portions 3, 4 is in the range of 2 mm to 13 mm, which corresponds to 10 and 2 TPI (ten and two turns per inch). This interval leads to a compromise between the speed of screwing of the threaded elements and sufficient adhesion between these threaded elements.
[0066] Для облегчения свинчивания трубчатых компонентов 1 и 2 резьбовые участки 3, 4 каждый имеет коническую образующую 20, формирующую угол с осью 10 трубчатого компонента, который находится в диапазоне 1,5-8 градусов.[0066] To facilitate screwing of the
Claims (16)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1005163A FR2969738B1 (en) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | THREADED JOINT FOR DRILLING AND OPERATING HYDROCARBON WELLS |
FR10/05163 | 2010-12-28 | ||
PCT/EP2011/006259 WO2012089305A1 (en) | 2010-12-28 | 2011-12-12 | Threaded connection for drilling and working hydrocarbon wells |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013131816A RU2013131816A (en) | 2015-01-20 |
RU2574112C2 true RU2574112C2 (en) | 2016-02-10 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2909380A (en) * | 1958-04-16 | 1959-10-20 | Edwin C Hoye | Threaded joint for tubular products |
RU2200820C2 (en) * | 1997-03-27 | 2003-03-20 | Валлурек Маннесманн Ойл Энд Гэс Франс | Threaded connection of pipes |
RU2297512C2 (en) * | 2005-04-01 | 2007-04-20 | ОАО "Таганрогский металлургический завод" | Air-tight threaded oil-field pipe connection |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2909380A (en) * | 1958-04-16 | 1959-10-20 | Edwin C Hoye | Threaded joint for tubular products |
RU2200820C2 (en) * | 1997-03-27 | 2003-03-20 | Валлурек Маннесманн Ойл Энд Гэс Франс | Threaded connection of pipes |
RU2297512C2 (en) * | 2005-04-01 | 2007-04-20 | ОАО "Таганрогский металлургический завод" | Air-tight threaded oil-field pipe connection |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6038044B2 (en) | Screw connection for drilling and operating hydrocarbon wells | |
CA2443075C (en) | Assembly of hollow torque transmitting sucker rods and sealing nipple with improved seal and fluid flow | |
EP0957233B1 (en) | Threaded connector | |
US4762344A (en) | Well casing connection | |
CN102395747B (en) | Tubular component for drilling and operating hydrocarbon wells, and resulting threaded connection | |
DK2602423T3 (en) | Thread connection with improved root thread profile | |
RU2297512C2 (en) | Air-tight threaded oil-field pipe connection | |
US6848724B2 (en) | Thread design for uniform distribution of makeup forces | |
US20220259927A1 (en) | Threaded connection for casing string of an oil well | |
US11598159B2 (en) | Coupling for connecting downhole tubulars | |
CN114402117A (en) | Threaded connection with asymmetrical helical profile | |
RU2574112C2 (en) | Thread joint for drilling and development of hydrocarbon wells | |
WO1984004351A1 (en) | Improved tubular connection | |
AU2013305943B2 (en) | Elliptical undercut shoulder for specialty pipe connectors | |
US9416898B2 (en) | Flexible connections | |
WO2021255494A1 (en) | Wireline drill rod | |
RU2796572C1 (en) | Screw connection and its application | |
US11332982B2 (en) | Fatigue reducing shouldered connections | |
NL2023877B1 (en) | Torque shoulder for tubular goods connection | |
US20230122987A1 (en) | Torque shoulder for tubular goods connection | |
US20140326448A1 (en) | Flexible connections | |
US20240044426A1 (en) | High torque threaded connections with triple taper thread profiles | |
CN114945731A (en) | Partially self-locking engaged threaded connection with external shoulder capable of resisting elevated torque | |
EA044250B1 (en) | THREADED CONNECTION FOR OIL WELL CASING |