UA120020C2

UA120020C2 - Різьбове з'єднання насосно-компресорних труб для нафтових свердловин

Info

Publication number: UA120020C2
Application number: UAA201808799A
Authority: UA
Inventors: Такамаса Каваї; Такамаса КАВАИ; Таро КАНАЯМА; Масакі Йосікава; Масаки Йосикава; Харухіко Секі; Харухико Секи; Масатеру Уета; Дзун ТАКАНО; Цуйосі Йонеяма; Цуйоси Йонеяма
Original assignee: ДжФЕ СТІЛ КОРПОРЕЙШН; ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН
Priority date: 2016-02-19
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2019-09-10
Also published as: CA3013300A1; BR112018016593B1; SA518392131B1; JP6187724B1; RU2692177C1; EP3418617B1; EP3418617A4; JPWO2017141538A1; AU2016393093B2; AU2016393093A1; CN107101054A; MX2018009994A; MY189310A; CA3013300C; US20190056049A1; ES2815848T3; US10900595B2; CN207131996U; WO2017141538A1; EP3418617A1

Abstract

Запропоновано нарізне з'єднання насосно-компресорних труб нафтових свердловин, яке має достатню герметичність при прикладанні до різьбового з'єднання зовнішнього тиску завдяки виключенню пластичної деформації передньої ділянки і достатнього опору задиранню. Достатній опір задиранню забезпечується шляхом запобігання виникненню під час виконання різьбового з'єднання в ході перевірного випробування, здійсненого згідно з ISO 13679:2002, навіть за малої товщини різьбового з'єднання насосно-компресорних труб для нафтових свердловин. Параметри різьбового з'єднання, в тому числі розміри при встановленому відношенні Ls/Ln від 0,2 до 0,6 задовольняють формулам: (Ds12-Ds02)/(D12-D02))0,30 і tg 00((D+D)/[2(Lt-Ls)], де Ds1 – діаметр в дюймах зовнішнього кінця поверхні контакту торця ніпельної частини труби з упором в муфті; Ds0 - діаметр в дюймах внутрішнього кінця поверхні контакту торця ніпельної частини труби з упором в муфті; D1 - зовнішній діаметр у дюймах несформованої ділянки ніпельної частини труби; D0 - внутрішній діаметр в дюймах несформованої ділянки ніпельної частини труби; : - кут нахилу в градусах ділянки ущільнення муфти, в градусах; ;D - різниця в дюймах зовнішнього діаметра Dn з'єднувальної ділянки передньої ділянки ніпельної частини труби і зовнішнього діаметра Dsp точки ущільнення, ,D=Dn-Dsp; ; - величина в дюймах натягу в ущільненні, яка дорівнює граничному перекриттю за діаметрами ділянок ущільнення ніпельної частини труби і муфти в положенні точки ущільнення; Lt - відстань в дюймах в осьовому напрямку від кінцевого положення звужувальної частини ущільнення муфти до кінцевої точки ніпельної частині труби; Ls - відстань у дюймах від кінцевої точки ніпельної частини труби до точки ущільнення; Ln - довжина в дюймах передньої ділянки ніпельної частини труби. 2

Description

Галузь техніки, до якої належить винахід

Винахід належить до різьбового з'єднання труб для нафтової свердловини, які зазвичай використовується для розвідки і видобутку нафти або газу, зокрема, стосується різьбового з'єднання труб для нафтової свердловини, переважно для насосно-компресорних труб.

Рівень техніки

Різьбові з'єднання широко використовують для з'єднання сталевих труб, які застосовуються в установках нафтової промисловості, як-то насосно-компресорні труби нафтових свердловин.

Останнім часом свердловини для сирої нафти або природного газу розташовуються на все більшій глибині, і збільшується кількість горизонтальних і похилих свердловин для вертикальних свердловин і, отже, середовище для буріння і видобутку стало більш суворим. Крім того, збільшується кількість свердловин, розташованих у надзвичайно "важких" середовищах, як-то океани і населені області, і, отже, від різьбових з'єднань потрібні різноманітні робочі характеристики, в тому числі міцність до стиснення, міцність на вигин, герметичність при зовнішніх тисках (опір зовнішньому тиску), тощо. Зазвичай при з'єднанні сталевих труб, використовуваних при розвідці і видобутку нафти або газу, використовується стандартне різьбове з'єднання, яке визначене стандартом АРІ (Американський інститут нафти). Тим не менш, згадане вище різноманіття необхідних робочих характеристик збільшило кількість випадків використання спеціальних різьбових з'єднань, які мають високі робочі характеристики і які називаються "преміальними з'єднаннями", а також постійно збільшується потреба в покращенні робочих характеристик преміальних з'єднань.

Преміальне з'єднання зазвичай являє собою з'єднання, яке містить: скошені нарізі, ділянки ущільнення (зокрема, ділянки ущільнення з контактом металів); і плечові ділянки (більш конкретно, плечові ділянки для крутного момента). Таким чином, преміальне з'єднання є з'єднанням із зчепленням, яке з'єднує елементи із зовнішньою наріззю, виконані на кінцях труб (тут їі далі звані "ніпельна частина труби") і елемент з внутрішньою наріззю (тут і далі звані "муфтою"), який з'єднується з кожною ніпельною частиною труб для їх з'єднання одна з одною.

Скошені нарізі важливі для надійного закріплення з'єднання. Контакт металів муфти і ніпельних частин труб утворює між ними ділянки ущільнення, які забезпечують герметичність з'єднання.

Плечові ділянки утворюють поверхні, які виконують функцію стопорів після закінчення з'єднання.

Згадане вище збільшення глибини свердловини збільшує кількість випадків, які потребують насосно-компресорних труб для нафтових свердловин, здатних працювати в середовищі з високою температурою і під високим тиском. При проектуванні свердловин спостерігається тенденція, коли зовнішній діаметр насосно-компресорної труби для витягування видобувного флюїду (сирої нафти, природного газу або подібного) є досить малим, і для покращення продуктивності зменшують товщину стінок насосно-компресорних труб для збільшення внутрішнього діаметра насосно-компресорних труб, якими проходить цей флюїд.

Було запропоновано декілька технологій щоб задовольнити потреби у різьбовому з'єднанні, яке має високу міцність і герметичність навіть за великих стискних навантажень. Наприклад, відома технологія за патентом ОР 4257707, згідно з якою, відношення площі поперечного перерізу поверхні контакту плечової ділянки на боці муфти (площа області, отриманої в ортогональній проекції поверхні контакту на поверхню, перпендикулярну до восі насосно- компресорних труб) до площі поперечного перерізу необробленої труби ніпельної частини труби (площа поперечного перерізу несформованої ніпельної ділянки сталевої труби на її кінці) встановлено рівним наперед заданому значенню (0,5) або більше.

Розкриття винаходу

Технічне завдання

Значення, обчислене на основі математичного виразу, визначеного в АРІ 5СТ, використовується в якості зовнішнього тиску при випробуванні з метою оцінки герметичності різьбового з'єднання, необхідного згідно ІЗО 13679:2002. У випробуванні насосно-компресорної труби, ніпельна частина якої має зовнішній діаметр 114,3 мм (4,5 дюйма або 4,5") або менше, параметр М/О0, який є відношенням товщини (М/Т) стінки до зовнішнього діаметра (00), стає порівняно великим. Відповідно, такій насосно-компресорній трубі потрібно мати герметичність при зовнішньому тиску, який перевищує зовнішній тиск, який необхідно мати насосно- компресорній трубі з ніпельної частиною і зовнішнім діаметром, який більший 114,3 мм.

З іншого боку, насосно-компресорна труба, взагалі, має малу товщину стінки, отже, товщина передньої ділянки стає малою, при цьому існує схильність до того, що також буде малою і площа поперечного перерізу плечової ділянки (площа області, одержаної в ортогональній проекції поверхні контакту на поверхню, перпендикулярну до центральної восі насосно- бо компресорної труби). Ця схильність може стати причиною проблеми, яка полягає у пластичній деформації передньої ділянки під час виконання різьбового з'єднання. Це завдання важко вирішити за допомоги технології, описаної в документі УР 4257707. Далі, такої звичайної технології все ще недостатньо, з точки зору запобігання виникненню так званого "задиру", який спричинений захопленням, яке має місце під час виконання різьбового з'єднання або розгвинчування з'єднання.

Цей винахід було запропоновано з урахуванням згаданих вище обставин і завдання цього винаходу полягає в тому, щоб запропонувати різьбове з'єднання насосно-компресорних труб для нафтових свердловин, яке навіть у випадку, коли різьбове з'єднання для насосно- компресорних труб нафтових свердловин є різьбовим з'єднанням насосно-компресорних труб з малою товщиною стінок, має достатню герметичність (достатню герметичність до зовнішнього тиску) при прикладанні зовнішнього тиску до різьбового з'єднання завдяки стримуванню пластичної деформації передньої ділянки при випробуванні герметичності і достатнього опору задиранню під час загвинчування і розгвинчування різьбового з'єднання у випробуванні, здійснюваним у відповідності до ІЗО 13679:2002.

Вирішення завдання

Для вирішення згаданого вище завдання були проведені великі дослідження, в результаті яких було розроблене різьбове з'єднання насосно-компресорних труб для нафтових свердловин, яке містить ніпельну частину труби з передньою ділянкою на кінці зовнішньої нарізі, і муфту з внутрішньою наріззю, яка взаємодіє із зовнішньою наріззю ніпельної частини труби за допомоги відповідного зачеплення, причому муфта має ділянки, які спрямовані назустріч зазначеній передній ділянці ніпельної частини труби.

Згідно з винаходом на кінці передньої ділянки ніпельної частини труби є торець, який контактує із спрямованим йому назустріч в осьовому напрямку упором на муфті, зовнішня поверхня передньої ділянки ніпельної частини труби виконана виступаючою вигнутою, а внутрішня поверхня муфти виконана звужувавальною під кутом 9 нахилу відносно осьового напрямку, зовнішня поверхня передньої ділянки ніпеля і внутрішня поверхня муфти виконані з можливістю контакту метал - метал на з одною у радіальному напрямку під час виконання з'єднання, утворюючи тим самим герметичну для флюїду конструкцію,

Зо при цьому параметри різьбового з'єднання при відношенні відстані | 5 від кінцевої точки ніпельної частини труби до точки ущільнення, положення якої визначено місцем, в якому при контакті торця ніпельної частини труби з упором в муфті граничне перекриття ділянок ущільнення ніпельної частини труби і муфти максимальне у радіальному напрямку, до довжини

Їп передньої ділянки ніпельної частини труби, рівним І 5/.п-0,2 - 0,6, задовольняють таким формулам: (0512 - 0502/4012 - 002) » 0,30; 19 8 5 (ДО я ФОЛД2( І -- 1 53), де

Юре1 - діаметр в дюймах зовнішнього кінця поверхні контакту торця ніпельної частини труби з упором в муфті; рез - діаметр в дюймах внутрішнього кінця поверхні контакту торця ніпельної частини труби з упором в муфті; 01 - зовнішній діаметр у дюймах несформованої ділянки ніпельної частини труби; ро - внутрішній діаметр в дюймах несформованої ділянки ніпельної частини труби; 8: - кут нахилу ділянки ущільнення муфти, в градусах;

АО - різниця ЛО-Оп - О5р в дюймах зовнішнього діаметра Оп з'єднувальної ділянки передньої ділянки ніпельної частини труби і зовнішнього діаметра Ю5р точки ущільнення; б - величина в дюймах натягу в ущільненні, яке дорівнює граничному перекриттю по діаметру ділянок ущільнення ніпельної частини труби і муфти в положенні точки ущільнення;

Її- відстань в дюймах в осьовому напрямку від кінцевого положення звужувальної частини ущільнення муфти до кінцевої точки ніпельної частини труби;

І 5 - відстань у дюймах від кінцевої точки ніпельної частини труби до точки ущільнення;

Ї п - довжина в дюймах передньої ділянки ніпельної частини труби.

Переважно в такому різьбовому з'єднанні зовнішній діаметр ніпельної частини труби становить 114,3 мм або менше, а довжина І п становить 5,08 мм або більше.

Корисні властивості винаходу

У відповідності з цим винаходом, навіть коли різьбове з'єднання насосно-компресорних труб для нафтових свердловин виконано як різьбове з'єднання насосно-компресорних труб з малою товщиною стінок, можливо запобігти виникненню задиру під час виконання і розгвинчування з'єднання при випробуванні, яке виконується відповідно до І5О 13679:2002. Далі, в ході 60 випробування герметичності може бути стримана пластична деформація, так, щоб при прикладанні зовнішнього тиску до різьбового з'єднання досягається достатня герметичність (достатня герметичність відносно зовнішнього тиску).

Винахід пояснюється кресленнями.

Короткий опис креслень

На Фіг 1 схематично показано передню ділянку преміального з'єднання насосно- компресорних труб для нафтових свердловин, згідно з винаходом; на Фіг 2 схематично показані різьбові ділянки преміального з'єднання насосно- компресорних труб для нафтових свердловин, згідно з винаходом; на Фіг. З схематично показана уся ділянка преміального з'єднання насосно-компресорних труб для нафтових свердловин у відповідності до винаходу; на Фіг. 4 схематично показане різьбове з'єднання з радіальним ущільненням із наведенням параметрів, використовуваних в описі винаходу.

Варіанти здійснення винаходу

Далі, винахід буде описаний спочатку з посиланнями на Фіг. 1-3, а його технічні особливості більш детально будуть описані з посиланням на фіг. 4.

На Фіг. 1-3 схематично показане преміальне з'єднання насосно-компресорних труб для нафтових свердловин, яке представляє технологію, різьбового з'єднання насосно-компресорних труб нафтових свердловин у відповідності до цього винаходу. На цих фігурах різьбове з'єднання круглої труби показане у перерізі (у перерізі площиною, яка проходить вздовж осі насосно-компресорних труб). Різьбове з'єднання 100 містить ніпельну частину З труби і відповідну ніпельній частині З труби муфту 2. Ніпельна частина З труби містить зовнішню нарізь 7 на своїй зовнішній поверхні і передню ділянку 8 (також звана носиком) певної довжини, яка розташована поряд з зовнішньою наріззю 7 з боку кінця ніпельної частини З труби, який не містить нарізі. Передня ділянка 8 містить ділянку 11 ущільнення (більш конкретно, ділянку ущільнення з контактом металів), розташовану на зовнішньому краю поверхні передньої ділянки, і торець 12 на кінці передньої ділянки. На внутрішній поверхні муфти 2 виконана внутрішня нарізь 5, а також є ділянка 13 ущільнення і упор 14. Внутрішня нарізь 5 знаходиться в зачепленні із зовнішньою наріззю 7 ніпельної частини З труби, ділянка 13 ущільнення муфти контактує з ділянкою 11 ущільнення ніпельної частини З труби, а упор 14 контактує з торцем 12

Зо ніпельної частини З труби.

У технології різьбового з'єднання насосно-компресорних труб нафтових свердловин різьбове з'єднання містить ділянку 11 ущільнення на кінці ніпельної частини З труби. Бажаних параметрів ущільнення можна досягти шляхом прикладання до ділянки 11 ущільнення належного крутного моменту при загвинчуванні Тим не менш, на крутний момент при загвинчуванні впливають умови змащення, властивості поверхні, тощо. Відоме різьбове з'єднання, яке слабо залежить від умов змащення, властивостей поверхні, тощо, в якому використовується радіальне ущільнення, що відносно збільшує радіально спрямовану складову тиску в контакті ущільнення (далі зветься різьбовим з'єднанням з радіальним ущільненням).

Різьбове з'єднання з радіальним ущільненням по суті збігається із зазначеним різьбовим з'єднанням, але при цьому ділянка ущільнення виконана на кінці ніпельної частини труби відносно такої точки, щоб ділянка ущільнення знаходилася в положенні, відмінному від торця.

Тим не менш, перевага різьбового з'єднання з радіальним ущільненням полягає в тому, що тиск в ущільнювальному контакті дещо зменшується при наданні різьбовому з'єднанню осьового розтягувального навантаження.

На Фіг. 2 символом «а позначений кут опорної сторони. Кут а опорної сторони являє собою кут між бічною опорною поверхнею 9 нарізі і площиною, перпендикулярною до центральної осі насосно-компресорної труби. Коли внутрішній кінець бічної опорної поверхні 9 нарізі на ніпельній частині труби розташований ближче до кінця ніпельної частини труби відносно положення зовнішнього кінця цієї поверхні 9, як показано на Фіг. 2, кут а є від'ємним (наприклад, а - -52 або близько цього). У протилежному випадку, кут а є додатнім (наприклад, а - 52). Коли кут «а є ані від'ємним, ані додатнім, він дорівнює 0 (с - 02). Зазор 15 нарізі визначений як відстань між бічною напрямною поверхнею 10 на нарізі ніпельної частини труби і бічною напрямною поверхнею 10 на нарізі муфти (відстань між боковими напрямними поверхнями в центральному положенні у напрямку висоти різьби), коли бічна опорна поверхня ніпеля і бічна опорна поверхня муфти контактують одна з одною.

На Фіг. 4 схематично показане різьбове з'єднання з радіальним ущільненням із наданням параметрів, які використовуються в цьому винаході. На Фіг. 4 частини, ідентичні або відповідні частини, описані з посиланнями на Фіг. 1-3, позначені такими самими посилальними позиціями, а їх докладний опис пропущений. Різьбове з'єднання з радіальним ущільненням містить: бо ніпельні частини З труби, зовнішній діаметр яких 01 (який буде описаний нижче) дорівнює 114,3 мм або менше, при цьому від кінця зовнішньої нарізі відходить передня ділянка; і муфта 2 з внутрішньою наріззю, яка взаємодіє із зовнішньою наріззю ніпельної частини З труби за допомоги відповідного зачеплення, причому муфта має ділянки, спрямовані назустріч зазначеним переднім ділянкам 8 ніпельної частини труби. Розташований на кінці передньої ділянки 8 ніпельної частини З труби торець 12 контактує з упором 14 муфти 2, який спрямований назустріч плечовій ділянці 12 ніпельної частини З труби в осьовому напрямку.

Зовнішня поверхня передньої ділянки 8 ніпельної частини З труби має опуклу форму, а внутрішня поверхня муфти 2, яка розташована навпроти зовнішньої поверхні передньої ділянки 8, виконана звужуваною в осьовому напрямку під кутом нахилу 9 (кутом конусності). Як зовнішня поверхня передньої ділянки 8 ніпельної частини З труби, так і внутрішня поверхня муфти 2 містять, відповідно, ділянку 11 ущільнення на боці ніпельної частини труби і ділянку 13 ущільнення на боці муфти, які при завершенні з'єднання забезпечують між собою контакт "метал-метал" у радіальному напрямку, утворюючи тим самим конструкцію, яка герметична для флюїду.

Винахід бажано використовувати у з'єднаннях, в яких зовнішній діаметр ніпельної частини труби становить 114,3 мм або менше. Хоча цей винахід стосовно до з'єднання із зовнішнім діаметром ніпельної частини труби, який описаний в АРІ 5СТ3з розміром обсадної колони, і який перевищує 114,3 мм, навіть якщо з'єднання не задовольняє наведеним нижче формулам (1), (2), а параметр І5//п не знаходиться в діапазоні, який відповідає цьому винаходу, можна реалізувати як герметичність до зовнішнього тиску, так і опору задиранню. З іншого боку, якщо зовнішній діаметр ніпельної частини труби дорівнює 114,3 мм або менше, якщо з'єднання задовольняє зазначеним формулам (1), (2), а параметр І 5// п знаходиться в діапазоні, який відповідає цьому винаходу, можна реалізувати як герметичність відносно зовнішнього тиску, так і опору задиранню.

На Фіг. 4 діаметр 051 позначає діаметр (у дюймах), який визначений положенням верхнього кінця (кінця з боку зовнішнього діаметра) торцевої поверхні контакту, а діаметр 050 позначений діаметр (у дюймах), який визначений положенням нижнього кінця (кінця з боку внутрішнього діаметра) торцевої поверхні контакту. Зовнішній і внутрішній діаметри 01 і ро (в дюймах) неформованої ділянки ніпельної частини З труби на Фіг. 4 не показані. Торцева поверхня

Зо контакту утворюється при контакті торця 12 з упором 14. Неформована ділянка ніпельної частини З труби є областю, у якої відсутня зовнішня нарізь 7, і зазначена неформована ділянка являє собою гладку область труби, в якій зовнішній і внутрішній діаметри мають постійні значення вздовж осі.

Кут 9 є кутом нахилу (7) ділянки 13 ущільнення муфти 2. Оп є зовнішнім діаметром (в дюймах) передньої ділянки ніпельної частини З труби, виміряним у місці з'єднання передньої ділянки 8 із зовнішньою наріззю 7. Ю5р є зовнішнім діаметром (в дюймах) ніпельної частини З труби в положенні точки ущільнення. ЛЮ є різницею (в дюймах) зовнішнього діаметра Оп з'єднувальної ділянки передньої ділянки ніпельної частини З труби і зовнішнього діаметра Ю5р у положенні точки ущільнення (Д0О-Оп - ЮО5р). б є величиною натягу в ущільненні "(у дюймах).

Величина натягу б являє собою граничне перекриття по діаметру ділянок ущільнення в області 20, утвореній перекриттям ділянки 11 ущільнення на боці ніпельної частини труби і ділянки 13 ущільнення на боці муфти. ЇЇ позначає (в дюймах) кінцеве положення звужувальної частини ущільнення муфти 2 відносно кінцевої точки ніпельної частини труби в осьовому напрямку. 15 означає (в дюймах) положення в осьовому напрямку точки ущільнення відносно кінцевої точки ніпельної частини труби. І п являє собою довжину (в дюймах) передньої ділянки.

В осьовому напрямку положення точки ущільнення визначене місцем, в якому при контакті торця 12 з упором 14 граничне перекриття ділянок ущільнення 11 і 13 максимальне у радіальному напрямку.

Для забезпечення герметичності (зокрема, герметичності до зовнішнього тиску) необхідно встановити точку ущільнення в положення, розташоване на певній відстані від кінця ніпельної частини труби. Більш конкретно, відношення Іі 5/п становить від 0,2 до 0,6. Переважно, щоб відношення І 5//п було не менше 0,3, але не більше 0,5. Крім того, бажано, щоб довжина І п передньої ділянки була встановлена рівною 0,2" (0,2 дюйма, 5,08 мм) або більше.

Якщо довжина І п передньої ділянки встановлена надмірно великою, важко задовольнити умові наведеній нижче формули (1), що призводить зниження герметичності одночасно з появою пластичної деформації передньої ділянки. Бажано, щоб довжина І п передньої ділянки була встановлена не більшою 1" (25,4 мм).

Для усунення пластичної деформації передньої ділянки бажано збільшити відносну площу поперечного перерізу торця ніпельної частини труби. З цієї причини кут 9 нахилу ділянки бо ущільнення неминуче стає малим. "Відносна площа поперечного перерізу торця ніпельної частини труби" означає відношення площі контакту торця ніпельної частини труби в ортогональній проекції поверхні контакту на площину, перпендикулярну до осі труби, до площі поперечного перерізу несформованої ділянки труби. Зазначене відношення обчислюють за допомогою математичного виразу в лівій частині наведеної нижче формули (1). (0512- 05024(012- 002) » 0,30, (1) де ре1 - діаметр (у дюймах) верхнього кінця торцевої поверхні контакту;

Оз - діаметр (у дюймах) нижнього кінця торцевої поверхні контакту; 01 - зовнішній діаметр (у дюймах) несформованої ділянки труби; ро - внутрішній діаметр (в дюймах) несформованої ділянки труби.

Як показано на Фіг. 4, різьбове з'єднання зазвичай виконане так, що воно містить "з'єднувальну ділянку між ділянкою ущільнення і наріззю", яка з'єднує між собою ділянку з'єднання ділянки ущільнення і різьбову частину ніпельної частини труби. Якщо величина сходинки зазначеної з'єднувальної ділянки є досить великою, на початковій стадії процесу з'єднання відбувається контакт на цій з'єднувальній ділянці, в результаті чого виникає великий тискна поверхню, що спричиняє задири.

Було виявлено, що утворення задиру, зумовленого контактом із з'єднувальною ділянкою під час складання, може бути виключене з одночасним усуненням пластичної деформації передньої ділянки завдяки виконанню конструкції з параметрами, які задовольняють вказаній вище формулі (1) і представленій нижче формулі (2). 19 68 5 (ДО - 9О/Л2(0-- 1 53), (2) де 8 - кут (7) нахилу ділянки ущільнення муфти;

ДО - різниця (у дюймах) між зовнішнім діаметром Оп з'єднувальної ділянки передньої ділянки ніпельної частини труби і зовнішнім діаметром Ю5р ніпельної частини труби в положенні точки ущільнення (ДО-ЮОп - ЮОвр); б - величина натягу (в дюймах) в ущільненні (граничне перекриття по діаметру ділянок ущільнення ніпельної частини труби і муфти);

Ії - позначення (в дюймах) кінцевого положення звужувальної частини ущільнення муфти відносно кінцевої точки ніпельної частини труби в осьовому напрямку;

І 5 - позначення (в дюймах) положення точки ущільнення відносно кінцевої точки ніпельної

Зо частини труби в осьовому напрямку.

Математичний вираз в лівій частині формули (1) означає "відносну площу поперечного перерізу торця". Встановлення цього значення не менше 0,30 дозволяє ефективно усунути пластичну деформацію передньої ділянки. Коли значення лівої частини формули (1) стає надмірно великим, не може бути виконана умова формули (2), отже, реальним максимальним значенням лівої частини формули (1) є 0,5.

З іншого боку, математичний вираз з формули (2) являє собою умову, якій має задовольняти кут 89 для запобігання перекриття ніпельної частини труби і муфти в кінцевому положенні (положенні, при якому кінцеве положення звужувальної частини ущільнення муфти стає рівним І У звужувальної частини ущільнення муфти.

Встановлення 9 8 більшим значення правої частини формули (2) не дозволяє виникнути задиру завдяки контакту в процесі з'єднання ділянки ущільнення і різьбової ділянки із з'єднувальною ділянкою. Коли 89 стає надмірно великим, не можуть бути виконані умови формули (1), у зв'язку з чим реальним максимальним значенням 69 є 1552 (1у 9 не більше 0,268).

Діапазони числових значень параметрів, які використовуються в процесах, що реалізують формули (1), (2), є такими. 051: від 0,9" до 4,37 О50: від 0,7" до 4,0": 01: від 1,0" до 4,5": 00: від 0,7" до 4,0"; 8: від 32 до 152; Оп: від 1,0" до 4,47; ЮО5р: від 1,0" до 4,4"; б: від 0,004" до 0,040";

ЇЄвідоО1"до0,97 15: від 0,04" до 0,6"; І п: від 0,2" до 1,0".

У різьбовій ділянці, яка використовується в процесах реалізації формул (1) і (2), кількість ниток різьби на 1" осьової довжини становить від 4 до 8, діапазон значень кута « опорної сторони (Фіг. 2) становить від -10 до 52 (4 - -102--52), діапазон значень зазору 15 в у нарізі (Фіг. 2) становить від 0,025 до 0,200 мм, а товщина стінок несформованої ділянки ніпельної частини труби (товщина стінок необробленої труби) становить від 0,1 до 1,0".

Корисні ефекти цього винаходу можуть бути одержані шляхом застосування в об'єктах, до яких відноситься цей винахід, різьбового з'єднання з параметрами, які знаходяться в межах діапазонів числових значень, які відповідають формулам (1) і (2). Крім того, в насосно- компресорних трубах для нафтових свердловин, в яких застосовується різьбове з'єднання, відповідне цьому винаходу, можуть використовуватися різні марки сталі, описані в АРІ 5СТ.

Приклади

Були підготовлені декілька різьбових з'єднань насосно-компресорних труб для нафтових свердловин. Ніпельна частина труби кожного із зазначених різьбових з'єднань утворена шляхом нарізання різі на кінцях сталевої насосно-компресорної труби для нафтових свердловин, виконаної з вуглецевої сталі, відповідної І 80 за стандартом АРІ (границя міцності на розрив 90 фунтів/кв.дюйм - 620 МПа). При цьому зазначена труба, яка має зовнішній діаметр 3-1/2" і товщину стінки 0,254". Муфти кожного із зазначених різьбових з'єднань відповідають зазначеним ніпельним частинам труб. Відповідні різьбові з'єднання насосно-компресорних труб для нафтових свердловин мали параметри і відповідали зразкам, показаним в таблицях 1 і2,Її були виконані з малим крутним моментом (3500 фунтівхфут). Випробування на герметичність проводилося у відповідності до ІЗО 13679:2002 для відповідних різьбових з'єднань насосно- компресорних труб для нафтових свердловин. Кількість ниток нарізі для ніпельної частини труби було встановлено рівним 5 на 1" осьової довжини, кут «а опорної сторони був встановлений рівним -57, а зазор 15 нарізі був встановлений рівним 0,10 мм

Результати випробування показані в таблиці 3. З таблиці З випливає, що всі приклади, відповідні цьому винаходу, не містять дефектів під час випробування на герметичність відповідно до ІЗО 13679:2002 для всіх зразків, і можуть бути виконані без задирів і без пластичної деформації, так що може бути одержана достатня герметичність.

Таблиця 1

Ме| п | ж | їх | 6 | ДО | б | вл | Оцінказа | Оцінка за " " " о " " ормулою | формулою Примітки голо тото ого туту

Приклад 1

Приклад 2

Приклад З вичайний вичайний

Приклад З

Таблиця 2

Ов Оп ові Ор5О рі Ліва частина | Ліва частина Права частина р формули (1) | формули (2) | формули (2) / 9010191 91919їЇ 91919 4,196 | 4207 | 4,057 | 3,536 | 4,500 | 3,380 0,070 0,048 3,299 | 3,323 | 3,140 | 2,828 | 3,500 | 2,750 0,123 0,116 2,238 | 2,270 | 2,139 | 2,018 | 2,375 | 1,995 0,176 0,169 3,299 | 3,322 | 3,159 | 2,828 | 3,500 | 2,750 0,105 0,120 2,240 | 2,256 | 2,118 | 2,018 | 2,375 | 1,995 0,176 0,140 6 4187 | 4190 | 4091 | 3,536 | 4,500 | 3,380 0,052 0,021

Таблиця З чен сени ет плечової ділянки за винаходом за винаходом за винаходом

Продовження таблиці З лЕНЄТ То й ' Звичайний 4 | різьбового з'єднання й приклад 1 спостерігається задир

При закінченні різьбового вия , Звичайний | Немає проблем з'єднання виникає - ! пластична деформація приклад

Протікання при вищ оедменеенюти ненеелреєюи вд ОО й приклад З зовнішнього тиску

Список посилальних позицій 1- ділянка з'єднання 5 2 - муфта

З - ніпельна частина труби 4 - сталева труба для насосно-компресорних труб нафтових свердловин 5 - внутрішня нарізь (з боку муфти) 7 - зовнішня нарізь (з боку ніпельної частини труби) 8 - передня ділянка (носик ніпеля) 9 - бічна опорна поверхня нарізі 10 - бічна напрямна поверхня нарізі 11, 13 - ділянка ущільнення (ділянка ущільнення з контактом металів) 12 - торець (з боку ніпельної частини труби) 14 - упор (з боку муфти) 15 - зазор в різьбі - ділянка ущільнення (область перекриття ділянок 11 і 13 ущільнення) 100 - різьбове з'єднання

Claims

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Різьбове з'єднання насосно-компресорних труб для нафтових свердловин, яке містить ніпельну частину труби, яка має передню ділянку на кінці зовнішньої різьби;

і муфту з внутрішньою різьбою, яка взаємодіє із зовнішньою різьбою ніпельної частини труби за допомогою відповідного зачеплення, причому муфта має ділянки, спрямовані назустріч зазначеній передній ділянці ніпельної частини труби, яке відрізняється тим, що на кінці передньої ділянки ніпельної частини труби є торець, який контактує зі звернутим йому назустріч в осьовому напрямку упором на муфті;

зовнішня поверхня передньої ділянки ніпельної частини труби виконана виступаючою вигнутою, а внутрішня поверхня муфти виконана такою, що звужується з кутом 69 нахилу відносно осьового напрямку, зовнішня поверхня передньої ділянки ніпеля і внутрішня поверхня муфти виконані з можливістю контакту метал-метал одна з одною у радіальному напрямку під час виконання з'єднання,

утворюючи тим самим герметичну для флюїду конструкцію, при цьому параметри різьбового з'єднання при відношенні відстані 5 від кінцевої точки ніпельної частини труби до точки ущільнення, положення якої визначено місцем, в якому при контакті торця ніпельної частини труби з упором в муфті граничне перекриття ділянок ущільнення ніпельної частини труби і муфти максимальне у радіальному напрямку, до довжини

Їп передньої ділянки ніпельної частини труби, дорівнюють І5/Іп-0,2-0,6, відповідають таким формулам:

(0512-0502)(012-002)»0,30; (1)

тя 95ХАО--Мг(МІ 5), (2) де 051 - діаметр в дюймах зовнішнього кінця поверхні контакту торця ніпельної частини труби з упором в муфті;

ре - діаметр в дюймах внутрішнього кінця поверхні контакту торця ніпельної частини труби з упором в муфті;

01 - зовнішній діаметр у дюймах несформованої ділянки ніпельної частини труби;

ро - внутрішній діаметр в дюймах несформованої ділянки ніпельної частини труби; 8 - кут нахилу ділянки ущільнення муфти, в градусах; АО - різниця в дюймах зовнішнього діаметра Оп з'єднувальної ділянки передньої ділянки ніпельної частини труби і зовнішнього діаметра О5р точки ущільнення, АО-Оп-ЮОвр; 5 - величина в дюймах натягу в ущільненні, яке дорівнює граничному перекриттю по діаметру ділянок ущільнення ніпельної частини труби і муфти в положенні точки ущільнення; ЇЇ - відстань в дюймах в осьовому напрямку від кінцевого положення частини, яка звужується, ущільнення муфти до кінцевої точки ніпельної частини труби; 5 - відстань в дюймах від кінцевої точки ніпельної частини труби до точки ущільнення; Ї п - довжина в дюймах передньої ділянки ніпельної частини труби. т жу і й пек -- пд олив ї рин ик.

За й є Я А КЗ ще а я й Ка Ка й ас с ОК Кй К ка й Е соя я а а ка З К; Я с в й й Км ж Е и в о В Кох чи в а а К вч че а шк ой т й - з о Б че К.

І в: КК й з ше ЖИ Кия Та ше М р м че МК ре ся й доку же І 3 вн р | , і я Ка і, х ку 4 Ж з 5 11 81 4 й НЕ с Іо 5 : м й і 5 й 4 Й ни Иии кИЛА У ИН й т Ки я, я ж МИ А, К й ли й Ки я Вуж. ен ов в в Не БО НИЙ ро о Ї. о с сл й - . . о в і з свв Й ія з Др Яку о в р а я че у; іч й з м Я че в з, т Я -- чу нев А ни ен НИК пан ше ! К- г ; Мн 7 15