RU2785878C1 - High-torque sleeveless threaded connection for oil and gas field pipes - Google Patents
High-torque sleeveless threaded connection for oil and gas field pipes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785878C1 RU2785878C1 RU2022105680A RU2022105680A RU2785878C1 RU 2785878 C1 RU2785878 C1 RU 2785878C1 RU 2022105680 A RU2022105680 A RU 2022105680A RU 2022105680 A RU2022105680 A RU 2022105680A RU 2785878 C1 RU2785878 C1 RU 2785878C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nipple
- thread
- sealing
- threads
- socket
- Prior art date
Links
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 69
- 210000002445 Nipples Anatomy 0.000 claims abstract description 56
- 230000023298 conjugation with cellular fusion Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000021037 unidirectional conjugation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000001808 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 102200144556 CALCRL F16L Human genes 0.000 description 1
- 101710008019 F16L Proteins 0.000 description 1
- 206010023230 Joint stiffness Diseases 0.000 description 1
- 230000001154 acute Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к безмуфтовым резьбовым соединениям нефтегазопромысловых труб, соединение между которыми осуществляется без применения муфты, с нарезанием на концах труб наружной и внутренней резьб. Резьбовое соединение относится к высокомоментным (выдерживающим воздействие высокого крутящего момента) и может быть использовано для соединения элементов колонн обсадных и насосно-компрессорных труб, применяемых при строительстве нефтегазовых скважин в сложных горно-геологических условиях, а также скважин с отходом от вертикали.The invention relates to sleeveless threaded connections of oil and gas field pipes, the connection between which is carried out without the use of a coupling, with external and internal threads being cut at the ends of the pipes. The threaded connection is classified as a high-torque connection (withstanding high torque) and can be used to connect elements of casing and tubing strings used in the construction of oil and gas wells in difficult mining and geological conditions, as well as wells with a departure from the vertical.
Безмуфтовые резьбовые соединения уступают по своим эксплуатационным характеристикам муфтовым резьбовым соединениям и, как правило, используются для капитального ремонта вертикальных и наклонно-направленных скважин с небольшой интенсивностью искривления ствола, заключающегося в спуске дополнительной эксплуатационной колонны или ее секции, а также для крепления хвостовиков обсадных колонн, зарезки боковых стволов скважин.Sleeveless threaded connections are inferior in their performance characteristics to sleeved threaded connections and, as a rule, are used for the workover of vertical and directional wells with a small degree of curvature of the wellbore, which consists in running an additional production string or its section, as well as for fixing casing string liners, sidetracking wells.
Для указанных типов скважин к резьбовым соединениям нефтегазопромысловых труб предъявляют следующие требования:For these types of wells, the following requirements are imposed on threaded connections of oil and gas field pipes:
- повышенное сопротивление высокому крутящему моменту,- increased resistance to high torque,
- сохранение газогерметичности при выдерживании соединением величины внутреннего давления, которое выдерживает тело трубы,- maintaining gas tightness while maintaining the connection of the internal pressure that the pipe body can withstand,
- выдерживание соединением растяжения величиной не менее 60% от величины растяжения, выдерживаемой телом трубы,- maintaining by the connection a stretching value of at least 60% of the stretching value maintained by the pipe body,
- выдерживание соединением сжатия величиной не менее 70% от величины сжатия, выдерживаемой телом трубы,- maintaining by the connection a compression value of at least 70% of the compression value maintained by the pipe body,
- выдерживание пятикратного цикла свинчивания-развинчивания,- maintaining a five-fold cycle of make-up-break-out,
- равнопроходность / полуравнопроходность по внешнему и внутреннему диаметрам.- equal bore / semi- equal bore on outer and inner diameters.
Из уровня техники известно высокомоментное безмуфтовое резьбовое соединение нефтегазопромысловых труб (US 5338074А, F16L 25/00, опубл. 16.08.1994), содержащее ниппельный и раструбный элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены наружные и внутренние резьбы с профилем витка типа «ласточкин хвост» клиновидного типа, который выполнен с отрицательными углами наклона боковых граней профиля витка и с изменяющейся в противоположных направлениях на ниппельном и раструбном элементах шириной витков, обеспечивающей образование зазоров по боковым граням витков в начале свинчивания соединения и полный контакт по боковым граням витка в конце свинчивания. Соединение снабжено внутренним герметизирующим узлом, состоящим из конических уплотнительных поверхностей ниппельного и раструбного элементов, имеющих угол наклона 3° к продольной оси соединения и образующих при свинчивании соединения уплотнение «металл-металл». Указанное изобретение принято в качестве ближайшего аналога.The prior art known high-torque sleeveless threaded connection of oil and gas pipes (US 5338074A, F16L 25/00, publ. 16.08.1994), containing nipple and socket elements, at the ends of which on the outer and inner surfaces, respectively, external and internal threads with a profile dovetail coil of wedge-shaped type, which is made with negative angles of inclination of the side faces of the coil profile and with the width of the coils changing in opposite directions on the nipple and socket elements, providing the formation of gaps along the side faces of the coils at the beginning of the joint make-up and full contact along the side faces turn at the end of make-up. The connection is provided with an internal sealing assembly consisting of conical sealing surfaces of the pin and socket elements, having an inclination angle of 3° to the longitudinal axis of the connection and forming a metal-to-metal seal when the connection is screwed. This invention is accepted as the closest analogue.
Однако описанное резьбовое соединение обладает недостаточной герметичностью при воздействии высокого крутящего момента.However, the described threaded connection has insufficient tightness when subjected to high torque.
Решаемая техническая задача заключается в создании для нефтегазопромысловых труб высокомоментного безмуфтового резьбового соединения с конической клиновидной резьбой и герметизирующим узлом, которое выдерживает высокий крутящий момент, изгибающие нагрузки и обеспечивает газогерметичность соединения.The technical problem to be solved is to create a high-torque sleeveless threaded connection with a tapered wedge-shaped thread and a sealing assembly for oil and gas pipes, which can withstand high torque, bending loads and ensure gas tightness of the connection.
Техническим результатом является обеспечение герметичности соединения, в том числе газогерметичности, при воздействии на него высокого крутящего момента и изгибающих нагрузок.The technical result is to ensure the tightness of the connection, including gas tightness, when exposed to high torque and bending loads.
Указанный технический результат достигается за счет того, что высокомоментное безмуфтовое резьбовое соединение нефтегазопромысловых труб содержит ниппельный и раструбный элементы, на концах которых, на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены наружная коническая резьба и сопрягаемая с ней внутренняя коническая резьба и образующие внутренний герметизирующий узел уплотнительные поверхности. Резьбы ниппельного и раструбного элементов выполнены с отрицательными углами наклона боковых граней профиля витка, с впадинами и вершинами профиля витка, параллельными осевой линии резьбы, с изменяющейся в противоположных направлениях на ниппельном и раструбном элементах шириной профиля витков таким образом, что образованные в начале свинчивания соединения зазоры по боковым граням профиля витков выбираются до образования уплотнительного контакта по боковым граням профиля витка в конце свинчивания. Согласно изобретению, уплотнительные поверхности внутреннего герметизирующего узла выполнены в виде последовательно расположенных, начиная со стороны резьбы, конической и выпуклой сферической поверхностей на раструбном элементе и, по меньшей мере, одной выпуклой сферической поверхности и, по меньшей мере, одной конической поверхности на ниппельном элементе, образующими при свинчивании соединения две зоны уплотнения - «конус-сфера» и «сфера-конус».The specified technical result is achieved due to the fact that the high-torque couplingless threaded connection of oil and gas field pipes contains nipple and socket elements, at the ends of which, on the outer and inner surfaces, respectively, an external conical thread and an internal conical thread mating with it are made and sealing seals forming an internal sealing assembly surfaces. The threads of the nipple and socket elements are made with negative angles of inclination of the side faces of the coil profile, with the troughs and tops of the coil profile parallel to the axial line of the thread, with the width of the coil profile changing in opposite directions on the nipple and socket elements in such a way that the gaps formed at the beginning of the screwing of the connection along the side edges of the coil profile are selected until a sealing contact is formed along the side edges of the coil profile at the end of the make-up. According to the invention, the sealing surfaces of the internal sealing assembly are made in the form of conical and convex spherical surfaces on the socket element and at least one convex spherical surface and at least one conical surface on the pin element, arranged in series, starting from the thread side, forming two sealing zones during the screwing of the connection - "cone-sphere" and "sphere-cone".
В частном случае выполнения соединения резьбы ниппельного и раструбного элементов выполнены с конусностью 1:10.In a particular case, the thread connection of the nipple and socket elements is made with a taper of 1:10.
В частном случае выполнения соединения резьбы ниппельного и раструбного элементов выполнены с конусностью 1:12.In a particular case, the thread connection of the nipple and socket elements is made with a taper of 1:12.
В частном случае выполнения соединения резьбы ниппельного и раструбного элементов выполнены с конусностью 1:14.In a particular case, the thread connection of the nipple and socket elements is made with a taper of 1:14.
В частном случае выполнения соединения резьбы ниппельного и раструбного элементов выполнены с одинаковыми углами наклона боковых граней профиля витка от -4 до -6° к нормали осевой линии резьбы.In a particular case, the connection of the threads of the nipple and socket elements is made with the same angles of inclination of the side faces of the coil profile from -4 to -6° to the normal of the axial line of the thread.
В частном случае выполнения соединения резьбы ниппельного и раструбного элементов выполнены со степенью клиновидности 0,24 мм.In a particular case, the connection of the threads of the nipple and socket elements is made with a degree of wedge shape of 0.24 mm.
В частном случае выполнения соединения резьбы ниппельного и раструбного элементов выполнены со степенью клиновидности 0,28 мм.In a particular case, the connection of the threads of the nipple and socket elements is made with a degree of wedge shape of 0.28 mm.
В частном случае выполнения соединения резьбы ниппельного и раструбного элементов выполнены со средним шагом 6,92 мм.In a particular case, the connection of the threads of the pin and socket elements is made with an average pitch of 6.92 mm.
В частном случае выполнения соединения резьбы ниппельного и раструбного элементов выполнены со средним шагом 7,94 мм.In a particular case, the connection of the threads of the pin and socket elements is made with an average pitch of 7.94 mm.
В частном случае выполнения соединения резьбы ниппельного и раструбного элементов выполнены со средним шагом 8,54 мм.In a particular case, the connection of the threads of the pin and socket elements is made with an average pitch of 8.54 mm.
В частном случае выполнения соединения коническая уплотнительная поверхность раструбного элемента выполнена под углом наклона 3÷4° к осевой линии резьбы, а выпуклая сферическая уплотнительная поверхность раструбного элемента выполнена радиусом 100÷200 мм.In a particular case of making the connection, the conical sealing surface of the socket element is made at an angle of inclination of 3÷4° to the axial line of the thread, and the convex spherical sealing surface of the socket element is made with a radius of 100÷200 mm.
В частном случае выполнения соединения выпуклая сферическая уплотнительная поверхность ниппельного элемента выполнена радиусом 190÷230 мм, а коническая уплотнительная поверхность ниппельного элемента выполнена под углом наклона 3÷4° к осевой линии резьбы.In a particular case of making the connection, the convex spherical sealing surface of the nipple element is made with a radius of 190÷230 mm, and the conical sealing surface of the nipple element is made at an angle of inclination of 3÷4° to the axial line of the thread.
В частном случае выполнения соединения на ниппельном элементе со стороны резьбы дополнительно выполнены вторая выпуклая сферическая поверхность, образующая с конической уплотнительной поверхностью раструбного элемента третью зону уплотнения «конус-сфера», и вторая коническая поверхность.In a particular case of making the connection on the nipple element, on the side of the thread, a second convex spherical surface is additionally made, forming with the conical sealing surface of the socket element the third "cone-sphere" sealing zone, and the second conical surface.
В частном случае выполнения соединения вторая выпуклая сферическая поверхность ниппельного элемента выполнена радиусом 100÷200 мм, а вторая коническая поверхность ниппельного элемента расположена под углом наклона 2÷4° к осевой линии резьбы.In a particular case of making the connection, the second convex spherical surface of the pin element is made with a radius of 100÷200 mm, and the second conical surface of the pin element is located at an angle of inclination of 2÷4° to the axial line of the thread.
Изобретение иллюстрируется рисунками, где на фиг. 1 показано высокомоментное безмуфтовое резьбовое соединение нефтегазпромысловых труб в свинченном состоянии, на фиг. 2 показан профиль витка наружной и внутренней резьб ниппельного и раструбного элементов, на фиг. 3 показаны уплотнительные поверхности внутреннего герметизирующего узла соединения.The invention is illustrated in the drawings, where in Fig. 1 shows a high-torque sleeveless threaded connection of oil and gas field pipes in a screwed state, FIG. 2 shows the profile of the external and internal threads of the nipple and socket elements, FIG. 3 shows the sealing surfaces of the inner sealing joint assembly.
Заявляемое высокомоментное безмуфтовое резьбовое соединение содержит ниппельный (1) и раструбный (2) элементы, на концах которых выполнены, соответственно, наружная (3) и внутренняя (4) конические резьбы и образующие внутренний герметизирующий узел уплотнительные поверхности.The inventive high-torque sleeveless threaded connection contains a nipple (1) and socket (2) elements, at the ends of which there are, respectively, external (3) and internal (4) conical threads and sealing surfaces forming an internal sealing assembly.
Под ниппельным элементом (1) понимается любой элемент с наружной резьбой на конце (полноразмерная труба или патрубок). Под раструбным элементом (2) понимается любой элемент с внутренней резьбой на конце (муфта, раструбный конец полноразмерной трубы или патрубка).A nipple element (1) is any element with an external thread at the end (full size pipe or spigot). A flare element (2) is any element with an internal thread at the end (coupling, flare end of a full-size pipe or nozzle).
Выполнение резьб (3), (4) коническими, с одной стороны, обеспечивает высокую степень зацепления их друг с другом при свинчивании соединения и возможность восприятия соединением изгибающих и растягивающих нагрузок, действующих во время эксплуатации соединения в колонне труб, с другой стороны - сохраняет высокие характеристики свинчиваемости соединения (отсутствие заклинивания резьб (3), (4) в начале процесса свинчивании).The execution of threads (3), (4) conical, on the one hand, provides a high degree of engagement with each other during the make-up of the connection and the ability of the connection to absorb bending and tensile loads acting during the operation of the connection in the pipe string, on the other hand, it maintains high make-up characteristics of the connection (no jamming of threads (3), (4) at the beginning of the make-up process).
Предпочтительно, чтобы резьбы (3), (4) ниппельного и раструбного элементов были выполнены с конусность 1:10, или 1:12, или 1:14.Preferably, the threads (3), (4) of the pin and socket elements are made with a taper of 1:10, or 1:12, or 1:14.
Профиль витка резьб (3), (4) выполнен в виде «перевернутой» равнобедренной трапеции с боковыми гранями - опорной (5) и закладной (6), выполненными с отрицательными углами наклона относительно нормали к осевой линии резьбы, а также вершинами (7) и впадинами (8). Такая форма профиля витка резьбы имеет название «ласточкин хвост».The profile of the thread (3), (4) is made in the form of an "inverted" isosceles trapezoid with side faces - the reference (5) and mortgage (6), made with negative angles of inclination relative to the normal to the axial line of the thread, as well as the vertices (7) and depressions (8). This form of thread profile is called "dovetail".
Под осевой линией резьбы понимается ось, относительно которой образована винтовая поверхность резьбы. Осевая линия резьбы параллельна осевой линии ниппельного (1) и раструбного (2) элементов. Под нормалью к осевой линии резьбы понимается перпендикуляр, проведенный к осевой линии резьбы.The axial line of the thread refers to the axis relative to which the helical surface of the thread is formed. The axial line of the thread is parallel to the axial line of the nipple (1) and socket (2) elements. The normal to the thread centerline is the perpendicular drawn to the thread centerline.
Отрицательный угол наклона боковых граней (5), (6) профиля витка резьб (3), (4) относительно нормали к осевой линии резьбы означает, что боковые грани (5), (6) образуют с впадиной (8) профиля витка резьб (3), (4) острый угол.The negative angle of inclination of the side faces (5), (6) of the profile of the thread (3), (4) relative to the normal to the axial line of the thread means that the side faces (5), (6) form with the cavity (8) the profile of the thread ( 3), (4) acute angle.
Выполнение угла наклона боковых граней (5), (6) профиля витка резьб (3), (4) отрицательным характеризуется сложностью в производстве резьб с таким типом профиля, при этом соединение с такой резьбой воспринимает высокие разнонаправленные нагрузки (крутящие, растягивающие, изгибающие) гарантированно без выхода витков резьб ниппельного (1) и раструбного (2) элементов из зацепления друг с другом, обеспечивая герметичность соединения.The implementation of the angle of inclination of the side faces (5), (6) of the profile of the thread (3), (4) is characterized by the complexity in the production of threads with this type of profile, while the connection with such a thread perceives high multidirectional loads (torsional, tensile, bending) guaranteed that the threads of the nipple (1) and socket (2) elements do not come out of engagement with each other, ensuring the tightness of the connection.
Предпочтительно, в рамках заявляемого изобретения, чтобы резьбы (3), (4) ниппельного (1) и раструбного (2) элементов были выполнены с одинаковыми углами наклона боковых граней профиля витка, изменяющимися в диапазоне от -4 до -6° к нормали осевой линии резьбы.Preferably, within the framework of the claimed invention, the threads (3), (4) of the nipple (1) and socket (2) elements are made with the same angles of inclination of the side faces of the coil profile, varying in the range from -4 to -6 ° to the axial normal carving lines.
Вершины (7) и впадины (8) профиля витка резьб (3), (4) параллельны осевой линии резьбы, что исключает заклинивание ниппельного (1) и раструбного (2) элементов, предотвращает повреждение элементов резьб (3), (4) на начальном этапе свинчивания соединения, облегчает свинчивание соединения.The tops (7) and troughs (8) of the profile of the threads (3), (4) are parallel to the axial line of the thread, which eliminates jamming of the nipple (1) and socket (2) elements, prevents damage to the thread elements (3), (4) on the initial stage of making up the connection, facilitates the make-up of the connection.
Резьбы (3), (4) ниппельного (1) и раструбного (2) элементов выполнены клиновидными - с изменяющейся в противоположных направлениях на ниппельном (1) и раструбном (2) элементах шириной профиля витков, таким образом, что образованные в начале свинчивания соединения зазоры по боковым граням профиля витков выбираются до образования уплотнительного контакта по боковым граням (5), (6) профиля витка в конце свинчивания.The threads (3), (4) of the nipple (1) and socket (2) elements are made wedge-shaped - with the width of the coil profile changing in opposite directions on the nipple (1) and socket (2) elements, so that the connections formed at the beginning of screwing gaps along the side edges of the coil profile are selected until a sealing contact is formed along the side edges (5), (6) of the coil profile at the end of make-up.
Таким образом, в конце свинчивания соединения опорные (5) и закладные (6) грани профиля витка резьб (3), (4) контактируют между собой, точно фиксируя момент свинчивания соединения, а также образуют зоны уплотнения, дополнительно обеспечивающие герметичность соединения.Thus, at the end of the connection make-up, the support (5) and embedded (6) thread profile faces (3), (4) contact each other, precisely fixing the connection make-up moment, and also form sealing zones, additionally ensuring the joint tightness.
В связи с выполнением резьб (3), (4) ниппельного (1) и раструбного (2) элементов соединения клиновидными, заявляемое соединение не имеет в составе внутреннего герметизирующего узла торцевых поверхностей, контактирующих между собой при свинчивании соединения и фиксирующих момент свинчивания соединения. Таким образом, свинчивание соединения позволяет увеличить диапазон применяемого к соединению крутящего момента свинчивания, а образуемое в результате резьбовое уплотнение обеспечивает герметичность соединения.In connection with the execution of the threads (3), (4) of the nipple (1) and socket (2) elements of the connection wedge-shaped, the claimed connection does not have end surfaces in the internal sealing assembly that contact each other when the connection is screwed and fix the connection screwing moment. Thus, the make-up of the joint allows the range of make-up torque applied to the joint to be increased, and the resulting threaded seal ensures the tightness of the joint.
Ширина профиля витков резьб (3), (4) изменяется в противоположных направлениях на ниппельном (1) и раструбном (2) элементах по всей длине резьб (3), (4). Изменение ширины профиля витков резьб (3), (4) характеризуется коэффициентом изменения ширины, называемым степенью клиновидности - ширина каждого последующего профиля витка резьбы увеличивается / уменьшается по отношению к предыдущему профилю витка резьбы на величину степени клиновидности.The width of the profile of the threads (3), (4) changes in opposite directions on the nipple (1) and socket (2) elements along the entire length of the threads (3), (4). The change in the width of the profile of the threads (3), (4) is characterized by a coefficient of change in width, called the degree of wedge shape - the width of each subsequent thread profile increases / decreases in relation to the previous profile of the thread by the degree of wedge shape.
«Точкой отсчета» служит профиль базового витка резьбы. Базовым может быть выбран виток с наименьшей шириной впадины.The “reference point” is the profile of the base thread. The base coil can be selected with the smallest width of the cavity.
Предпочтительно, в рамках заявляемого изобретения, чтобы резьбы (3), (4) ниппельного (1) и раструбного (2) элементов были выполнены со степенью клиновидности 0,24 мм или 0,28 мм.Preferably, within the framework of the claimed invention, the threads (3), (4) of the nipple (1) and socket (2) elements are made with a wedge degree of 0.24 mm or 0.28 mm.
Средний шаг резьб (3), (4) ниппельного (1) и раструбного (2) элементов, измеряемый по опорной (5) или по закладной (6) грани или по центральной линии профиля витка является постоянным по всей длине резьбы.The average thread pitch (3), (4) of the nipple (1) and socket (2) elements, measured along the support (5) or mortgage (6) face or along the center line of the coil profile, is constant along the entire length of the thread.
Предпочтительно, в рамках заявляемого изобретения, чтобы резьбы (3), (4) ниппельного (1) и раструбного (2) элементов были выполнены со средним шагом 6,92 мм, 7,94 мм или 8,54 мм. При этом средний шаг резьб (3), (4) ниппельного (1) и раструбного (2) элементов находится в прямой зависимости от выбранной конусности резьб (3), (4).Preferably, within the framework of the claimed invention, the threads (3), (4) of the pin (1) and socket (2) elements are made with an average pitch of 6.92 mm, 7.94 mm or 8.54 mm. In this case, the average thread pitch (3), (4) of the nipple (1) and socket (2) elements is directly dependent on the selected taper of the threads (3), (4).
Уплотнительные поверхности внутреннего герметизирующего узла выполнены в виде последовательно расположенных, начиная со стороны резьбы, конической (9) и выпуклой сферической (14) поверхностей на раструбном (2) элементе и, по меньшей мере, одной выпуклой сферической поверхности (11) и, по меньшей мере, одной конической (12) поверхности на ниппельном элементе (1), образующими при свинчивании соединения две зоны уплотнения - «конус-сфера» и «сфера-конус».The sealing surfaces of the inner sealing assembly are made in the form of conical (9) and convex spherical (14) surfaces on the socket (2) element and at least one convex spherical surface (11) and at least one at least one conical (12) surface on the nipple element (1), forming two sealing zones during the screwing of the connection - “cone-sphere” and “sphere-cone”.
При свинчивании соединения между уплотнительными поверхностями внутреннего герметизирующего узла возникают значительные контактные напряжения с деформацией в упругой области и образованием уплотнения типа «металл-металл», что повышает герметичность соединения при воздействии на него разнонаправленных механических нагрузок.When the connection is screwed between the sealing surfaces of the internal sealing assembly, significant contact stresses occur with deformation in the elastic region and the formation of a metal-to-metal seal, which increases the tightness of the connection when exposed to multidirectional mechanical loads.
При свинчивании предлагаемого резьбового соединения коническая уплотнительная поверхность (9) раструбного элемента (2) контактирует с выпуклой сферической уплотнительной поверхностью (11) ниппельного элемента (1), образуя зону уплотнения «конус-сфера», а выпуклая сферическая уплотнительная поверхность (14) раструбного элемента (2) контактирует с конической уплотнительной поверхностью (12) ниппельного элемента (1), образуя зону уплотнения «сфера-конус». Таким образом, при свинчивании резьбового соединения образуются две зоны уплотнения - «конус-сфера» и «сфера-конус».When screwing the proposed threaded connection, the conical sealing surface (9) of the socket element (2) is in contact with the convex spherical sealing surface (11) of the pin element (1), forming a cone-sphere sealing area, and the convex spherical sealing surface (14) of the socket element (2) contacts with the conical sealing surface (12) of the nipple element (1), forming a "sphere-cone" sealing zone. Thus, when screwing a threaded connection, two sealing zones are formed - “cone-sphere” and “sphere-cone”.
Уплотнение «сфера-конус» («конус-сфера») обеспечивает увеличение площади контакта уплотнительных поверхностей (9), (11) и (14), (12) по сравнению с площадью контакта двух конических поверхностей, что дает высокий уровень контактных напряжений указанных поверхностей (9), (11) и (14), (12) и обеспечивает герметичность соединения, в том числе газогерметичность, при воздействии на него разнонаправленных комбинированных механических нагрузок в любых сочетаниях.The “sphere-cone” seal (“cone-sphere”) provides an increase in the contact area of the sealing surfaces (9), (11) and (14), (12) compared to the contact area of the two conical surfaces, which gives a high level of contact stresses of the indicated surfaces (9), (11) and (14), (12) and ensures the tightness of the connection, including gas tightness, when exposed to multidirectional combined mechanical loads in any combination.
Кроме того, в сравнении с уплотнением «конус-конус», снижается зависимость уровня контакта уплотнительных поверхностей от точности и чистоты их обработки, поскольку при уплотнении «сфера-конус» контакт поверхностей гарантирован при любой степени точности и чистоты их обработки в пределах допустимого.In addition, in comparison with the "cone-cone" seal, the dependence of the level of contact of the sealing surfaces on the accuracy and cleanliness of their processing is reduced, since with the "sphere-cone" seal, the contact of the surfaces is guaranteed at any degree of accuracy and cleanliness of their processing within the permissible limits.
Предпочтительно, в рамках заявляемого изобретения, чтобы коническая уплотнительная поверхность (9) раструбного элемента (2) была выполнена под углом наклона 3÷4° к осевой линии резьбы, а выпуклая сферическая уплотнительная поверхность (14) раструбного элемента (2) выполнена радиусом 100÷200 мм.Preferably, within the framework of the claimed invention, the conical sealing surface (9) of the socket element (2) is made at an angle of inclination of 3÷4° to the axial line of the thread, and the convex spherical sealing surface (14) of the socket element (2) is made with a radius of 100÷ 200 mm.
При этом выпуклая сферическая уплотнительная поверхность (11) ниппельного элемента (1) выполнена радиусом 190÷230 мм, а коническая уплотнительная поверхность (12) ниппельного элемента (1) выполнена под углом наклона 3÷4° к осевой линии резьбы.In this case, the convex spherical sealing surface (11) of the nipple element (1) is made with a radius of 190÷230 mm, and the conical sealing surface (12) of the nipple element (1) is made at an angle of inclination of 3÷4° to the axial line of the thread.
Предпочтительно, в рамках заявляемого изобретения, чтобы на ниппельном элементе (1) со стороны расположения резьбы были дополнительно выполнены вторая выпуклая сферическая поверхность (13) радиусом 100÷200 мм и вторая коническая поверхность (10) под углом наклона 2÷4° к осевой линии резьбы. Третья зона уплотнения «конус-сфера», образуемая конической уплотнительной поверхностью (9) раструбного элемента (2) и второй выпуклой сферической поверхностью (13) ниппельного элемента (1), может служить дополнительной гарантией сохранения соединением герметичности при воздействии экстремального уровня крутящего момента и других нагрузок.Preferably, within the framework of the claimed invention, the second convex spherical surface (13) with a radius of 100÷200 mm and the second conical surface (10) at an angle of inclination of 2÷4° to the axial line are additionally made on the nipple element (1) from the thread location side threads. The third "cone-sphere" sealing zone, formed by the conical sealing surface (9) of the socket element (2) and the second convex spherical surface (13) of the nipple element (1), can serve as an additional guarantee that the connection will maintain tightness when exposed to extreme torque levels and other loads.
Предлагаемое высокомоментное безмуфтовое резьбовое соединение нефтегазопромысловых труб работает следующим образом.The proposed high-torque sleeveless threaded connection of oil and gas pipes works as follows.
При выполнении операции свинчивания соединения первоначально осуществляется взаимодействие ниппельного (1) и раструбного (2) элементов с помощью наружной (3) и внутренней (4) конических резьб, выполненных на наружной поверхности ниппельного (1) элемента и на внутренней поверхности раструбного (2) элемента.When performing the operation of screwing the connection, the interaction of the pin (1) and socket (2) elements is initially carried out using external (3) and internal (4) conical threads made on the outer surface of the pin (1) element and on the inner surface of the socket (2) element .
Резьбы (3), (4) ниппельного (1) и раструбного (2) элементов за счет изменяющейся в противоположных направлениях на ниппельном (1) и раструбном (2) элементах ширины профиля витков взаимодействуют друг с другом с выбиранием образованных в начале свинчивания соединения зазоров по боковым граням (5), (6) профиля витков до образования уплотнительного контакта по боковым граням (5), (6) профиля витка в конце свинчивания.The threads (3), (4) of the nipple (1) and socket (2) elements interact with each other due to the width of the coil profile changing in opposite directions on the nipple (1) and socket (2) elements with the selection of the gaps formed at the beginning of the connection along the side faces (5), (6) of the coil profile until sealing contact is formed along the side faces (5), (6) of the coil profile at the end of the make-up.
Таким образом, в конце свинчивании соединения боковые грани (5), (6) профиля витка резьб (3), (4) контактируют между собой со значительными усилиями в области упругих деформаций, точно фиксируя момент свинчивания соединения и обеспечивая дополнительную герметичность соединения.Thus, at the end of the connection make-up, the side faces (5), (6) of the thread (3), (4) profile contact each other with significant forces in the area of elastic deformations, accurately fixing the connection make-up moment and providing additional tightness of the connection.
Одновременно в процессе свинчивания соединения происходит продвижение уплотнительных поверхностей (9), (14) раструбного элемента (2) относительно уплотнительных поверхностей (11), (12) ниппельного элемента (1). Затем коническая уплотнительная поверхность (9) раструбного элемента (2) взаимодействует с выпуклой сферической уплотнительной поверхностью (11) ниппельного элемента (1), а выпуклая сферическая уплотнительная поверхность (14) раструбного элемента (2) взаимодействует с конической уплотнительной поверхностью (12) ниппельного элемента (1).Simultaneously, in the process of making up the connection, the sealing surfaces (9), (14) of the socket element (2) advance relative to the sealing surfaces (11), (12) of the pin element (1). Then the conical sealing surface (9) of the socket element (2) interacts with the convex spherical sealing surface (11) of the pin element (1), and the convex spherical sealing surface (14) of the socket element (2) interacts with the conical sealing surface (12) of the pin element (one).
За счет контакта уплотнительных поверхностей (9), (14), (11), (12) в области упругих деформаций создается уплотнение типа "металл-металл" в двух зон уплотнения - «конус-сфера» и «сфера-конус», что обеспечивает герметичность соединения, в том числе газогерметичность, при воздействии на него разнонаправленных комбинированных механических нагрузок.Due to the contact of the sealing surfaces (9), (14), (11), (12) in the area of elastic deformations, a metal-to-metal seal is created in two sealing zones - “cone-sphere” and “sphere-cone”, which ensures the tightness of the connection, including gas tightness, when exposed to multidirectional combined mechanical loads.
Пример осуществления заявленного изобретения.An example of the claimed invention.
Для проведения испытаний высокомоментного безмуфтового резьбового соединения были изготовлены образцы резьбового соединения предлагаемого изобретения (образцы №№1, 2, 3) и ближайшего аналога (образец №4). Основные геометрические параметры образцов приведены в таблице.To test a high-torque sleeveless threaded connection, samples of the threaded connection of the present invention (samples No. 1, 2, 3) and the closest analogue (sample No. 4) were made. The main geometric parameters of the samples are given in the table.
При испытании образцов оценивали выдерживание резьбовым соединением воздействия высокого крутящего момента и изгибающей нагрузки.When testing samples, the threaded connection was evaluated withstanding high torque and bending loads.
Испытания образцов резьбового соединения подтвердили преимущество предлагаемого резьбового соединения, заключающееся в обеспечении герметичности соединения, в том числе газогерметичности, при увеличении на 20% воздействующего на соединение высокого крутящего момента и изгибающих нагрузок.Tests of threaded connection samples confirmed the advantage of the proposed threaded connection, which consists in ensuring the tightness of the connection, including gas tightness, with a 20% increase in the high torque and bending loads acting on the connection.
Claims (14)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2785878C1 true RU2785878C1 (en) | 2022-12-14 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5069298A (en) * | 1990-04-30 | 1991-12-03 | Titus Charles H | Well drilling assembly |
| US5338074A (en) * | 1989-03-02 | 1994-08-16 | The Hydril Company | Threaded pipe connection |
| RU2234022C1 (en) * | 2002-11-27 | 2004-08-10 | Эйч Эс Си С.А.Л. | Pipe junction |
| RU2297512C2 (en) * | 2005-04-01 | 2007-04-20 | ОАО "Таганрогский металлургический завод" | Air-tight threaded oil-field pipe connection |
| RU2464475C1 (en) * | 2008-11-24 | 2012-10-20 | Вам Юэсэй, Ллк. | Threaded connections for oil fields |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5338074A (en) * | 1989-03-02 | 1994-08-16 | The Hydril Company | Threaded pipe connection |
| US5069298A (en) * | 1990-04-30 | 1991-12-03 | Titus Charles H | Well drilling assembly |
| RU2234022C1 (en) * | 2002-11-27 | 2004-08-10 | Эйч Эс Си С.А.Л. | Pipe junction |
| RU2297512C2 (en) * | 2005-04-01 | 2007-04-20 | ОАО "Таганрогский металлургический завод" | Air-tight threaded oil-field pipe connection |
| RU2464475C1 (en) * | 2008-11-24 | 2012-10-20 | Вам Юэсэй, Ллк. | Threaded connections for oil fields |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2522756C1 (en) | Threaded joint for pipes | |
| RU2702315C1 (en) | Threaded connection for steel pipe | |
| US8840151B2 (en) | Seal between pipe sections | |
| JP4111386B2 (en) | Fatigue resistant screw elements for threaded pipe joints | |
| RU2639343C1 (en) | Threaded joint of casing pipes | |
| EA008078B1 (en) | Threaded joint for steel pipes | |
| EA007076B1 (en) | Threaded tube joint | |
| RU2704075C1 (en) | Casing threaded connection | |
| EA038944B1 (en) | Threaded joint for steel pipe | |
| US11506311B2 (en) | Threaded connection for steel pipe | |
| US6877202B2 (en) | Method of manufacturing a threaded joint for oil well pipes | |
| RU2785878C1 (en) | High-torque sleeveless threaded connection for oil and gas field pipes | |
| RU2759043C1 (en) | Threaded joint for steel pipes | |
| JP5967113B2 (en) | Pipe threaded joints | |
| JP2005240888A (en) | Screw joint for oil-well pipe | |
| JP7352738B2 (en) | Threaded joints for steel pipes | |
| RU182758U1 (en) | THREADED CONNECTION OF PUMP AND COMPRESSOR PIPES | |
| JP5803953B2 (en) | Threaded joint for pipe connection | |
| RU2543398C1 (en) | Sealed threaded connection of casings | |
| CA2727745A1 (en) | An improved seal between pipes | |
| WO2022005320A1 (en) | Threaded joint for production tubing | |
| RU2808402C1 (en) | Threaded connection of casing pipes | |
| RU205408U1 (en) | Threaded connection for tubing | |
| RU201213U1 (en) | Double Threaded Drill Pipe Connection | |
| RU2808401C1 (en) | Threaded connection of pump-compressor pipes |