UA123131C2 - Нарізне з'єднання для сталевої труби - Google Patents

Abstract

Нарізне з'єднання для сталевої труби забезпечене з поліпшеною ущільнюваністю відносно внутрішнього і зовнішнього тиску. Нарізне з'єднання 1 включає ніпель 10 і муфту 20. Ніпель 10 включає охоплювану різь 11, носову частину 12, поверхню 13 заплечика ніпеля і ущільнювальну поверхню 14 ніпеля. Муфта 20 включає охоплювальну різь 21, поверхню 23 заплечика муфти і ущільнювальну поверхню 24 муфти. Ущільнювальна поверхня 24 муфти має точку SP ущільнення, конічну поверхню 242, розташовану на її центральній точці, визначеній вздовж напрямку осі CL труби. Відстань LSP між кінцем носової частини 12 і точкою SP ущільнення, виміряна в напрямку осі CL труби, становить 13 мм або більше. Кут α заплечика між ніпелем або поверхнею 13 або 23 заплечика муфти і площиною VP, перпендикулярною осі CL труби, складає від 2 до 13 градусів. Відношення TB/TP товщини стінки TB муфти до товщини стінки TP ніпеля 10, виміряне в точці SP ущільнення, дорівнює 1,7 або вище.

Description

Дане розкриття стосується нарізного з'єднання для сталевих труб.

Сталеві труби, які називаються трубами для нафтової свердловини, використовуються, наприклад, для розвідки або видобутку нафти або природного газу в нафтових свердловинах або свердловинах для природного газу (які далі спільно називаються "нафтові свердловини" або т. п.) для розробки нетрадиційних ресурсів, таких як нафтовий пісок або сланцевий газ, для витягання або зберігання двоокису вуглецю (уловлювання і зберігання двоокису вуглецю (СС5)) для геотермального вироблення електроенергії, або в гарячих джерелах. Нарізне з'єднання використовується для з'єднання труб нафтових свердловин.

Такі нарізні з'єднання для сталевих труб звичайно класифікують як з'єднання муфтового типу і інтегрального типу. З'єднання муфтового типу з'єднує пару труб, одна з яких являє собою сталеву трубу, а інша являє собою муфтове з'єднання. У цьому випадку, охоплювана різь забезпечена на зовнішній периферії кожного з кінців сталевої труби, а охоплювальна різь забезпечена на внутрішній периферії кожного з кінців муфтового з'єднання. Потім, охоплювана різь сталевої труби угвинчується в охоплювальну різь муфтового з'єднання так, що вони згвинчуються і з'єднуються. Інтегральне з'єднання з'єднує пару труб, обидві з яких є сталевими трубами, і не використовує окреме муфтове з'єднання. У цьому випадку, охоплювана різь забезпечена на зовнішній периферії одного кінця кожної сталевої труби, а охоплювальна різь забезпечена на внутрішній периферії іншого кінця. Потім, охоплювана різь однієї сталевої труби угвинчується в охоплювальну різь іншої сталевої труби так, що вони згвинчуються і з'єднуються.

З'єднувальна ділянка кінця труби, на якій забезпечена охоплювана різь, включає елемент, який повинен бути вставлений в охоплювальну різь, і таким чином звичайно називається "ніпелем". З'єднувальна ділянка кінця труби, на якій забезпечена охоплювальна різь, включає елемент для прийому охоплюваної різі, ії таким чином називається "муфтою". Ніпель і муфта утворюють кінці труб і таким чином мають трубчасту форму.

Нафтова свердловина пробурена вздовж, при цьому її бічна стінка посилена трубами для нафтової свердловини для запобігання руйнуванню бічної стінки під час розробки родовища, що приводить до того, що множина труб для нафтових свердловин розташовані одна в одній. У останні роки як наземні, так і морські нафтові свердловини стають все глибшими і глибшими; в таких середовищах для з'єднання труб для нафтових свердловин, нарізні з'єднання, в яких внутрішній і зовнішній діаметри з'єднувальних ділянок загалом однакові, або трохи більші, ніж внутрішній і зовнішній діаметри сталевих труб, часто використовуються для того, щоб поліпшувати ефективність розробки нафтових свердловин. Використання таких нарізних з'єднань мінімізує зазори між трубами для нафтових свердловин, розташованих одна в одній, що поліпшує ефективність розробки глибокої нафтової свердловини без значного збільшення діаметра свердловини. Нарізне з'єднання потрібно для хорошої ущільнюваності для протидії тиску плинного середовища зсередини (що далі так само називається "внутрішній тиск") і тиску плинного середовища зовні (що далі так само називається "зовнішній тиск") відповідно до вищеописаних обмежень відносно внутрішнього і зовнішнього діаметрів. Додатково, якщо труби для нафтових свердловин, наприклад, використовуються в нафтовій свердловині з великою глибиною, термічне розширення труби може прикладати великі навантаження розтягнення або навантаження стиснення до відповідного нарізного з'єднання. У таких середовищах нарізне з'єднання також повинно мати хорошу ущільнюваність.

Відоме нарізне з'єднання, яке може забезпечувати ущільнюваність, являє собою нарізне з'єднання, забезпечена ущільненням, з використанням контакту метал-до-металу (яке далі називається "металеве ущільнення"). Металеве ущільнення являє собою конструкцію, в якій діаметр ущільнювальної поверхні ніпеля незначного більший, ніж діаметр ущільнювальної поверхні муфти (ця різниця в діаметрі буде називатися "величина натягу") так, що, коли нарізне з'єднання згвинчується, і ущільнювальні поверхні виявляються разом, натяг сприяє зменшенню діаметра ущільнювальної поверхні ніпеля і сприяє збільшенню діаметра ущільнювальної поверхні муфти, а кожна з ущільнювальних поверхонь намагається відновити їх первинні діаметри і таким чином створює сили пружного відновлення, які створюють контактний тиск на ущільнювальні поверхні, щоб спричиняти їх прилипання одна до одної вздовж всієї периферії, тим самим забезпечуючи ущільнюваність.

УР 2006-526747 А (патентний документ 1) розкриває нарізне з'єднання для сталевої труби, що складається з ніпеля і муфти. Ніпель включає охоплювану різь ущільнювальної поверхні і поверхню заплечика. Відповідно, муфта включає охоплювальну різь ущільнювальної поверхні і поверхні заплечика. Ніпель включає носову частину, розташовану між ущільнювальною поверхнею і поверхнею заплечика. Носова частина не контактує з відповідною ділянкою муфти.

У цьому документі говориться, що кут заплечика переважно складає від 4 до 16 градусів бо відносно площини, перпендикулярної до осі труби.

УР 2013-29176 А (патентний документ 2) розкриває нарізне з'єднання для сталевої труби, що складається з ніпеля і муфти. Ніпель включає охоплювану різь, носову частину, що продовжується від охоплюваної різі у напрямку до кінця труби, і заплечик, забезпечений на кінці носової частини. Муфта включає охоплювальну різь, що з'єднується з можливістю угвинчування з охоплюваною різзю, щоб утворювати нарізний вузол, ущільнювальну поверхню, повернуту до зовнішньої периферії носової частини ніпеля, і заплечик, який стикується із заплечиком ніпеля.

Зовнішня периферія носової частини ніпеля має форму криволінійної поверхні, яка виступає у напрямку назовні. Ущільнювальна поверхня муфти має форму одного звуження. Зовнішня периферія носової частини ніпеля і ущільнювальна поверхня муфти входять в контакт метал до металу так, що контактні ділянки утворюють ущільнення.

УР 2014-13052 А (патентний документ 3) розкриває нарізне з'єднання для труби, що складається з елемента ніпеля і елемента муфти. Елемент ніпеля включає охоплювану різь, носову частину, що продовжується від охоплюваної різі у напрямку до кінця труби, і заплечик, забезпечений на кінці носової частини. Елемент муфти включає охоплювальну різь, що з'єднується з можливістю угвинчування з охоплюваною різзю, внутрішню периферію, повернуту до зовнішньої периферії носової частини елемента ніпеля, і заплечик, який стикується із заплечиком елемента ніпеля. Зовнішня периферія ніпеля носової частини являє собою опуклу криволінійну поверхню. Внутрішня периферія елемента муфти являє собою конічну поверхню, пристосовану для створення натягу із опуклою криволінійною поверхнею ніпеля носової частини, коли елемент муфти з'єднаний з елементом ніпеля. Кут заплечика становить 0 градусів або більше. В результаті угвинчуваного з'єднання ніпеля і елементів муфти, елементи з'єднані так, що опукла криволінійна поверхня носової частини ніпеля і конічна поверхня елемента муфти, входять в контакт метал до металу, де контактують на ділянці, утворюючи ущільнення.

Наступні документи включені тут як посилання.

ІПатентний документ 1) УР 2006-526747 А

ІПатентний документ 2| УР 2013-29176 А

ІПатентний документ 3) УР 2014-13052 А

Задачею даного розкриття є забезпечення нарізного з'єднання для сталевої труби з

Зо поліпшеною ущільнюваністю відносно внутрішнього і зовнішнього тиску.

Автори даного винаходу продовжують вивчення чинників, що впливають на ущільнюваність відносно внутрішнього і зовнішнього тиску, відмінного від кута заплечика і знову виявили, що відстань між кінцем ніпеля і металевим ущільненням впливає на ущільнюваність. У доповнення до цих результатів, автори даного винаходу знову виявили, що відношення товщини стінки між ніпелем і муфтою, виміряне на металевому ущільненні, яке не бралося до уваги, впливає на ущільнюваність. На основі цих нових результатів, автори даного винаходу винайшли нарізне з'єднання описане нижче.

Нарізне з'єднання для сталевої труби згідно з даним розкриттям включає: трубний ніпель, утворений з кінцевої ділянки сталевої труби; і трубну муфту, пристосовану для згвинчування на ніпель, коли ніпель вставлений в неї. Ніпель включає: охоплювану різь, забезпечену на зовнішній периферії ніпеля; носову частину, утворену з кінцевої ділянки ніпеля, причому носова частина має зовнішній діаметр, менший, ніж внутрішній діаметр ділянки муфти, який повернутий до носової частини, коли ніпель і муфта згвинчені; поверхню заплечика ніпеля, забезпечену на кінці носової частини; і ущільнювальну поверхню ніпеля, забезпечену на зовнішній периферії ніпеля, причому ущільнювальна поверхня ніпеля розташована між охоплюваною різьбою і носовою частиною. Ущільнювальна поверхня ніпеля включає першу криволінійну поверхню, другу криволінійну поверхню і першу конічну поверхню, причому перша криволінійна поверхня розташована ближче до поверхні заплечика ніпеля, ніж друга криволінійна поверхню, причому друга криволінійна поверхню розташована на більшій відстані від поверхні заплечика ніпеля, ніж перша криволінійна поверхня, причому перша конічна поверхня розташована між першою криволінійною поверхнею і другою криволінійною поверхнею. Муфта включає: охоплювальну різь, забезпечену на внутрішній периферії муфти, причому охоплювальна різь відповідає охоплюваній різі; поверхню заплечика муфти, повернуту до поверхні заплечика ніпеля, причому поверхня заплечика муфти контактує з поверхнею заплечика ніпелі, коли ніпель і муфта згвинчені; і ущільнювальну поверхню муфти, повернуту до поверхні ущільнення ніпеля, причому ущільнювальна поверхня муфти контактує з ущільнювальною поверхнею ніпелі, коли ніпель і муфта згвинчені. Ущільнювальна поверхня муфти включає третю криволінійну поверхню, четверту криволінійну поверхню і другу конічну поверхню, причому третя криволінійна поверхня розташована ближче до поверхні заплечика муфти, ніж четверта криволінійна поверхня, бо причому четверта криволінійна поверхня розташована на більшій відстані від поверхні заплечика муфти, ніж третя криволінійна поверхня, причому друга конічна поверхня розташована між третьою криволінійною поверхнею і четвертою криволінійною поверхнею.

Ущільнювальна поверхня муфти має точку ущільнення на другій конічній поверхні, розташовану на центральній точці, визначеній вздовж напрямку осі труби. Відстань до точки ущільнення між кінцем носової частини і точкою ущільнення, виміряна в напрямку осі труби, становить 13 мм або вище. Кут заплечика між поверхнею заплечика ніпеля або поверхнею заплечика муфти і площиною, перпендикулярною осі труби, складає від 2 до 13 градусів. Відношення товщини стінки ущільнення товщини стінки муфти до товщини стінки ніпеля, виміряне в точці ущільнення, становить 1,7 або вище. Відстань точки ущільнення може бути від 13 до 25 мм. Кут заплечика може бути від 2 до 10 градусів. Відношення товщини стінки ущільнення може бути від 1,8 до 3,0.

Фіг. 1 являє собою подовжній вигляд в перерізі нарізного з'єднання муфтового типу для сталевої труби, згідно з варіантом здійснення, вздовж напряму осі труби.

Фіг. 2 являє собою подовжній вигляд в перерізі нарізного з'єднання інтегрального типу для сталевої труби, відмінної від труби з Фіг. 1, вздовж напряму осі труби.

Фіг. З являє собою збільшений подовжній вигляд в перерізі ділянки ІІ на Фіг. 1.

Фіг. 4 являє собою збільшений подовжній вигляд в перерізі ущільнення і носової частини і оточуючих ділянок на Фіг. 3.

Фіг. 5 графічно зображає область умов навантаження, що використовується в аналізі РЕМ.

Фіг. 6 графічно зображає результати оцінки характеристики крутного моменту.

Фіг. 7 графічно зображає результати оцінки ущільнюваності при складних навантаженнях.

Фіг. 8 графічно зображає результати оцінки ущільнюваності від зовнішнього тиску.

Фіг. 9 графічно зображає результати оцінки ущільнюваності від внутрішнього тиску.

Нарізне з'єднання для сталевої труби згідно з варіантом здійснення далі буде описане з посиланням на креслення. Однакові і відповідні елементи на кресленнях позначені однаковими символами, а однакові деталі не будуть повторюватися.

З посиланням на Фіг. 1, нарізне з'єднання для сталевої труби 1, згідно з даним варіантом здійснення, включає трубні ніпелі 10 і трубну муфту 20. Кожний ніпель 10 утворений з ділянки сталевої труби 2, зв'язаної з одним кінцем. Муфта 20 згвинчена на ніпель 10, коли ніпель 10 вставлений в неї. Ділянки сталевої труби 2, відмінні від кінцевих ділянок, можуть надалі

Зо конкретно називатися "корпусом сталевої труби".

Нарізне з'єднання 1, показане на Фіг. 1, являє собою з'єднання муфтового типу, яке включає два ніпелі 10 ії з'єднувальну муфту 3. Один ніпель 10 утворений з кінцевої ділянки однієї сталевої труби 2. Інший ніпель 10 утворений з кінцевої ділянки іншої сталевої труби 2.

З'єднувальна муфта З включає дві муфти 20 і кільцеподібну виступаючу ділянку 31. Одна муфта 20 утворена з ділянки з'єднувальної муфти 3, зв'язаної з одним кінцем з'єднувальної муфти.

Інша муфта 20 утворена з ділянки з'єднувальної муфти 3, зв'язаної з іншим кінцем муфти.

Виступаюча ділянка 31 забезпечена в середній частині з'єднувальної муфти 3. Одна муфта 20 згвинчена на один ніпель 10, коли один ніпель 10 вставлений в неї. Інша муфта 20 забезпечена на стороні з'єднувальної муфти, протилежній одній муфті 20, і згвинчена на інший ніпель 10, коли інший ніпель 10 вставлений в неї.

Альтернативно, нарізне з'єднання 1 може бути інтегральним нарізним з'єднанням. Як показано на Фіг. 2, інтегральне нарізне з'єднання 1 виконане з можливістю з'єднувати дві сталеві труби 2 і включає ніпель 10 і муфту 20. У інтегральному нарізному з'єднанні 1 сталева труба 2 включає ніпель 10, а інша сталева труба 2 включає муфту 20.

З посиланням на Фіг. 1 ї 3, ніпель 10 включає охоплювану різь 11, носову частину 12, поверхню 13 заплечика ніпеля і ущільнювальну поверхню 14 ніпеля. Охоплювана різь 11 забезпечена на зовнішній периферії ніпеля 10. Носова частина 12 утворена з кінцевої ділянки ніпеля 10 і має зовнішній діаметр, який менший внутрішнього діаметра ділянки муфти 20, який повернутий до носової частини, коли ніпель 10 і муфта 20 згвинчені. У зв'язку з цим, маленький зазор утворений між зовнішньою периферією носової частини 12 ніпеля 10 і протилежною внутрішньою периферією муфти 20, як показано на Фіг. 4. Поверхня 13 заплечика ніпеля забезпечена на кінці носової частини 12. Ущільнювальна поверхня 14 ніпеля забезпечена на зовнішній периферії ніпеля 10, розташована між охоплюваною різзю 11 і носовою частиною 12.

Ущільнювальна поверхня 14 ніпеля включає криволінійну поверхню 141, криволінійну поверхню 143 і конічну поверхню 142, причому криволінійна поверхня 141 розташована ближче до поверхні 13 заплечика ніпеля, ніж криволінійна поверхня 143, причому криволінійна поверхня 143 розташована на більшій відстані від поверхні 13 заплечика ніпеля, ніж криволінійна поверхня 141, причому конічна поверхня 142 розташована між криволінійними поверхнями 141 і 143. Тобто, ущільнювальна поверхня 14 ніпеля складається з криволінійної поверхні 141, бо конічної поверхні 142 і криволінійної поверхні 143. Криволінійна поверхня 141, конічна поверхня

142 і криволінійна поверхня 143 розташовані в цьому порядку вздовж напрямку осі СІ. труби.

Муфта 20 включає охоплювальну різь 21, поверхню 23 заплечика муфти і ущільнювальну поверхню 24 муфти. Охоплювальна різь 21 забезпечена на внутрішній периферії муфти 20, щоб відповідати охоплюваній різі 11. Поверхня 23 заплечика муфти повернута до поверхні 13 заплечика ніпеля і контактує з поверхнею 13 заплечика ніпеля, коли ніпель 10 і муфта 20 згвинчені. Ущільнювальна поверхня 24 муфти, повернута до ущільнювальної поверхні 14 ніпеля, контактує з ущільнювальною поверхнею 14 ніпелі, коли ніпель 10 і муфта 20 згвинчені, і має конічну форму.

Ущільнювальна поверхня 24 муфти включає криволінійну поверхню 241, криволінійну поверхню 243 і конічну поверхню 242, причому криволінійна поверхня 241 розташована ближче до поверхні 23 заплечика муфти, ніж криволінійна поверхня 243, причому криволінійна поверхня 243 розташована на більшій відстані від поверхні 23 заплечика муфти, ніж криволінійна поверхня 241, причому конічна поверхня 242 розташована між криволінійними поверхнями 241 і 243. Тобто, ущільнювальна поверхня 24 муфти складається з криволінійної поверхні 241, конічної поверхні 242 і криволінійної поверхні 243. Криволінійна поверхня 241, конічна поверхня 242 і криволінійна поверхня 243, розташовані в цьому порядку вздовж напрямку осі СІ. труби.

Охоплювана і охоплювальна різі 11 і 21 є трапецеїдальними різями, які можуть бути отримані перетворенням форми упорної різі.

З посиланням на Фіг. З і 4, ущільнювальна поверхню 24 муфти має точку 5Р ущільнення.

Точка 5Р ущільнення знаходиться на конічній поверхні 242 ущільнювальної поверхні 24 і розташована на центральній точці ущільнювальної поверхні 24 муфти, визначеній вздовж напрямку осі СІ. труби. Відстань І5Р точки ущільнення не менша 13 мм. Відстань І 5Р точки ущільнення являє собою відстань між кінцем носової частини 12 і точкою 5Р ущільнення, визначеної вздовж напрямку осі СІ. труби. Кут «є заплечика складає від 2 до 13 градусів. Кут а заплечика являє собою кут між ніпелем або поверхнею 13 або 23 заплечика муфти і площиною

МР, перпендикулярною осі СІ. труби. Відношення ТВ/ТР товщини стінки ущільнення, не нижче 1,7. Відношення ТВ/ТР товщини стінки ущільнення, виміряне на точці 5Р ущільнення, являє собою відношення товщини стінки муфти 20 (яка далі називається "товщина стінки ущільнення муфти") ТВ до товщини стінки ніпеля 10 (яка далі називається "товщина стінки ущільнення

Зо ніпеля") ТР. На Фіг. З М означає зовнішній діаметр муфти 20, при цьому ІО означає внутрішній діаметр корпусу 2 труби.

При цій конфігурації в робочому положенні, нижня межа відстані І 5Р точки ущільнення переважно становить 14 мм, і більш переважно 15 мм. Якщо відстань І 5Р точки ущільнення дуже велика, це зменшує технологічність; для запобігання цьому, верхня межа відстані І 5Р точки ущільнення може бути, наприклад, 25 мм, але переважно 24 мм, і більш переважно 23 мм.

Нижня межа кута « заплечика переважно становить З градуси, і більш переважно 4 градуси.

Верхня межа кута с заплечика переважно становить 10 градусів, і більш переважно 9 градусів.

Нижня межа відношення ТВ/ТР товщини стінки ущільнення переважно становить 1,8 і більш переважно 1,9. У варіантах здійснення, де множина сталевих труб розташовані одна в одній і вставлені в свердловину, з'єднувальна муфта З з понадміру великим зовнішнім діаметром може створювати перешкоду з внутрішньою периферією ніпеля 10, розташованого зовні; для запобігання цьому, верхня межа відношення ТВ/ТР товщини стінки ущільнення може бути, наприклад, 3,0, але переважно 2,9, і більш переважно 2,8.

У вище проілюстрованому варіанті здійснення, відстань Г5Р точки ущільнення складає не менше 13 мм, що означає високу жорсткість носової частини 12; по суті, коли навантаження стиснення прикладене до нарізного з'єднання 1, носова частина 12 втримує деякі з навантажень стиснення для запобігання відхиленню ущільнювальної поверхні металевого ущільнення, мінімізуючи тим самим зниження контактного тиску. У доповнення, відношення ТВ/ТР. товщини стінки ущільнення не нижче 1,7, що означає високу жорсткість муфти 20; по суті, муфта 20 має особливо високий опір відносно сили виштовхування від внутрішнього тиску, тим самим підтримуючи адгезію між ущільнювальними поверхнями, мінімізуючи таким чином зниження контактного тиску металевого ущільнення. У результаті, забезпечується поліпшена ущільнюваність відносно внутрішнього і зовнішнього тиску.

Незважаючи на те, що варіант здійснення був описаний, даний винахід не обмежений вище проілюстрованим варіантом здійснення, і можливі різні перетворення без відхилення від задуму винаходу.

ПРИКЛАДИ

Для оцінки впливу даного варіанту здійснення, характеристика крутного моменту і ущільнюваність були оцінені з використанням способу (РЕМ) кінцевого елемента. Були оцінені бо з'єднання з упорною різзю, де використовувалися сталеві труби, як описано нижче.

Розміри: 7 дюймів, 26Ж (із зовнішнім діаметром корпусу труби 177,8 мм і внутрішнім діаметром корпусу труби 159,41 мм)

Матеріал: Матеріал 80 труб для нафтових свердловин, згідно з АРІ стандартами (з номінальною межею міцності У5 552 МПа (80 кфунт/дюймг))

Таблиці 1 і 2 показують розміри 42 експериментальних прикладів, які були проаналізовані, і результати їх оцінки. У цих прикладах, зовнішній діаметр корпусу 2 труби, внутрішній діаметр ІО корпусу 2 труби, зовнішній діаметр УМ муфти 20, товщина стінки ТР ущільнення ніпеля, товщина стінки ущільнення муфти ТВ, і відношення ТВ/ТР товщини стінки ущільнення були сталими, а відстань Ї5Р точки ущільнення (ЗР) і кут «4 заплечика були змінними. Таблиця 1 показує результати, відсортовані згідно з відстанню І 5Р точки ущільнення і показує значення крутного моменту на межі плинності, як результати оцінки характеристики крутного моменту. Таблиця 2 показує результати, відсортовані згідно з кутом « заплечика і показує значення мінімального зусилля контакту ущільнення як результати оцінки ущільнюваності. Визначення крутного моменту на межі плинності і мінімального зусилля контакту ущільнення будуть забезпечені додатково нижче. Кут а заплечика ніпеля 10 дорівнював куту « заплечика муфти.

Таблиця 1

Крутний

Зовнішній | Внутрішній зовнішній Товщина Товщина Відношення момент - : овнішній - - - Кут - знак діаметр діаметр діаметр СТІНКИ СТІНКИ товщини Відстань заплечика на межі й корпусу корпусу ущільнення | ущільнення стінки ЗР |ммі плинності труби |мм) | труби |ммі| муфти (мм) ніпеля |мм| | муфти (мм| | ущільнення Іграді Іфут- фунті 1 | 1778 | 155951 | 192485 | 57225 | 1193125 | 2 | 8 | 0 | 9427 2 | 1778 | 5541 | 19285 | 57225 | 11,31205 | 2 | 8 | 3 | 9724

З | 1778 | 155951 | 192485 | 57225 | 113125 | 2 | 8 | 5 | 98957 4 | 1778 | 5541 | 19285 | 57225 | 11,31205 | 2 | 8 | 15 | 9618 5 | 1778 | 5541 | 19285 | 57225 | 11,31205 | 2 | 8 | 25 | 8893 6 | 177,8 | 5951 | 192485 | 57225 | 113125 | 2 | 8 | 35 | 8499 7 | 1778 | 5941 | 19285 | 57225 | 11,31205 | 2 | 9 | 0 | 9509 8 | 1778 | 155951 | 192485 | 57225 | 113125 | 2 | 9 | з | 9806 9 | 1778 | 5541 | 19285 | 57225 | 11,31205 | 2 | 9 | 5 | 9860 ло | 1778 | 155951 | 192485 | 57225 | 113125 | 2 | 9 | 15 | 9583 11, 1778 | 5941 | 19285 | 57225 | 11,31205 | 2 | 89 | 25 | 951 (12 | 1778 | 5941 | 19285 | 57225 | 11,31205 | 2 | 9 | 35 | 9220 13 | 177,8 | 155951 | 192485 | 57225 | 113125 | 2 | 710 | 0 | 9611 19 | 177,8 | 5541 | 19285 | 57225 | 11,31205 | 2 | 1 | 0 | 9690 | 177,8 | 155951 | 192485 | 57225 | 1193125 | 2 | 712 | 0 2 | 9774 31 | 1778 | 55941 | 19285 | 57225 | 11,31205 | 2 | 13 | 0 | 9853 37 | 177,8 | 155951 | 192485 | 57225 | 113125 | 2 | 18 | 0 | 10220

Таблиця 2

Зовнішній ня ня овщина Мінімаль діаметр ВнутрішнійЗовнішній Товщина стінки Відношення Кут | не діаметр | діаметр стінки ущіль- | товщини Відстань| зусилля

Знак корпусу й - заплечика корпусу | муфти Ущільнення| нення стінки ЗР |мм)і | контакту труби труби (мм)|| (мм) |ніпеля (ммі|| муфти ільнення (граді ільнен (мм) рУ У УЩ УЩ (ммі ня (Н/ммі 1| 777,8 | 15941 | 19285 | 57225 11,ж9125|. 2 | 0 | 8 | 261 7 | 177,8 | 15941 | 192,85 | 57225 11,ж9125|. 2 | 0 | 9 | 284 131 177,8 | 15941 | 192,85 | 57225 11,ж9125| 2 | 0 | о | з 191 177,08 | 15941 | 192,85 | 57225 11,ж9125| 2 | 0 | 1 | з32 25| 177,8 | 15941 | 192,85 | 5,7225 11,ж9125| 2 | 0 | 12 | з58 311 177,8 | 15941 | 192,85 | 5,7225 11,ж9125| 2 | 0 | 13 | 378 37| 177,8 | 15941 | 192,85 | 5,7225 11,ж9125| 2 | 0 | 18 | 422 2 | 177,8 | 15941 | 192,85 | 57225 11,ж9125|. 2 | З | 8 | 270 8 | 177,8 | 15941 | 192,85 | 5,7225 11,ж9125|. 2 | З | 9 | з00 3 | 177,8 | 15941 | 192,85 | 57225 11,ж9125| 2 | 5 | 8 | 278 9 | 177,08 | 15941 | 192,85 | 5,7225 11,ж9125|. 2 | 5 | 9 | з09 4 | 177,8 | 15941 | 192,85 | 57225 11,ж9125| 2 | 15 | 8 | 285 101 177,08 | 15941 | 192,85 | 5,7225 11,ж9125| 2 | 15 | 9 | з09 | 177,8 | 15941 | 192,85 | 57225 11,ж9125| 2 | 25 | 8 | 274 111 177,8 | 15941 | 192,85 | 57225 11,ж9125| 2 | 25 | 9 | з02 6 | 177,8 | 15941 | 192,85 | 5,7225 11,ж9125| 2 | 35 | 8 | 264 12| 177,8 | 15941 | 192,85 | 57225 11,ж9125| 2 | 35 | 9 | 295

Таблиця З показує розміри 8 експериментальних прикладів, які відмінні від наведених вище прикладів за винятком знаку 5 (такого ж, як знак 33 в Таблицях 1 і 2) і результати оцінки 5 ущільнюваності. У цих прикладах зовнішній діаметр корпусу 2 труби, внутрішній діаметр ІЮ корпусу 2 труби, товщина ТР стінки ущільнення ніпеля, відстань І Р точки ущільнення і кут а заплечика були сталими, а зовнішній діаметр ММ муфти 20 і товщина ТВ стінки ущільнення муфти були змінними для зміни відношення ТВ/ТР товщини стінки ущільнення. Показані результати оцінки ущільнюваності відносно зовнішнього і внутрішнього тиску представлені значеннями мінімального зусилля контакту ущільнення, виявлені, коли зовнішній і внутрішній тиск був прикладений.

Таблиця З

Мі- Міні-

Зо- |Внутрі- То- | німальне | мальне п, ни Зо- |вщина Відно- : зусилля | зусилля внішній| шній мя ще Товщина Ві- діаметрідіаметр внішній|стінки| стінки шення | стань Кут контакту |контакту

Зна діаметрущіль-| . товщини заплечика| ущіль- | ущіль- корпусукорпусу ущільнення : ЗР муфти Інення стінки Іграді нення нення труби | труби й муфти (мм, Іммі пи і

Іммі |ніпеля ущільнення (зовнішній) (внутріш мм) (мм) Іммі тиск) ній тиск)

ІН/ммі |/ (Н/ммі 6 |177,8|15941196,5505,7225| 131625 | 23 | 13 | 5 | 5/2 | 907 8 |177,8|15941201,13Б,7225| 154525 | 2,77 | 13 | 5 | 575 | 923 (9 |177,8|15941| 204,5 Б7225| 171375 | З | 13 | 5 | 576 | 932

Для характеристики крутного моменту, значення (МТУ) максимального крутного моменту, при якому лінія крутного моменту згвинчування починає переходити через межу плинності, було розглянуте як "крутний момент на межі плинності", і це значення було використане для оцінки характеристики крутного моменту. Для ущільнюваності в умовах складного навантаження були виконані аналізи, які імітують випробування серії А ІБО 13679, встановлене в 2011 році, показані на Фіг. 5, значення зусилля контакту ущільнення для кожного етапу навантаження було визначене, і мінімальне значення розглядалося як "мінімальне зусилля контакту ущільнення", і це значення було використане для оцінки ущільнюваності. Додатково, для оцінки впливу відношення ТВ/ТР товщини стінки ущільнення, ущільнюваність відносно простого зовнішнього тиску і простого внутрішнього тиску була також взята до уваги. Тільки зовнішній тиск або тільки внутрішній тиск поступово збільшувався без застосування аксіальної сили, і мінімальне зусилля контакту ущільнення було оцінене.

Фіг. 6 графічно зображає перехід через межу плинності крутного моменту, отриманий з РЕМ.

Фіг. 6 розкриває, що перехід через межу плинності крутного моменту залежить від відстані Г5Р точки ущільнення і кута «4 заплечика. По мірі збільшення відстані Ї5Р точки ущільнення, збільшується жорсткість, яка пропонує поліпшення характеристики крутного моменту. При цьому, коли кут « заплечика становить 5 градусів, крутний момент на межі плинності складає максимум і, коли кут а заплечика збільшується від 5 градусів, крутний момент на межі плинності зменшується. Це розкриває те, що оскільки характеристика крутного моменту піддається значному впливу кута а заплечика, то кут а заплечика переважно складає від 2 до 13 градусів.

Фіг. 7 показує результати оцінки ущільнюваності при складних навантаженнях. Мінімальне зусилля контакту ущільнення виникало при простому зовнішньому тиску на етапі (12) навантаження на Фіг. 5. Фіг. 7 розкриває те, що, коли відстань І 5Р точки ущільнення становить

Зо 13 мм або більше, ущільнюваність поліпшується незалежно від кута са заплечика. Ці результати оцінки розкривають те, що, переважно, кут «є заплечика складає від 2 до 13 градусів і відстань

ІЇ5Р точки ущільнення становить 13 мм або більше для забезпечення високої ущільнюваності і високої характеристики крутного моменту.

У доповнення, як показано в Таблиці 3, кут 4 заплечика був сталим при 5 градусах, і відстань Г5Р точки ущільнення була сталою і становила 13 мм, а відношення ТВ/ТР товщини стінки ущільнення змінювалося. Щоб дослідити вплив відношення ТВ/ТР товщини стінки ущільнення на ущільнюваність, ущільнюваність оцінювали на основі умов навантаження по простому внутрішньому і зовнішньому тиску, показаному на Фіг. 5. Фіг. 8 показує результати оцінки ущільнюваності при простому зовнішньому тиску, а Фіг. 9 показує результати оцінки при простому внутрішньому тиску. У обох випадках ущільнюваність поліпшується при збільшенні відношення ТВ/ТР товщини стінки ущільнення; однак, особливо Фіг. 9 показує, що ущільнюваність відносно внутрішнього тиску значно нижча, коли відношення ТВ/ТР товщини стінки ущільнення нижче 1,7, а насичення присутнє при 1,7 або вище. Це розкриває те, що необхідно, щоб відношення ТВ/ТР товщини стінки ущільнення становило 1,7 або більше.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАЛЬНИХ ПОЗИЦІЙ

1: нарізне з'єднання 2: сталева труба (корпус сталевої труби) 3: з'єднувальна муфта 10: ніпель 11: охоплювана різь 12: носова частина 13: поверхня заплечика ніпеля 14: поверхня ущільнення ніпеля 20: муфта 21: охоплювальна різь 23: поверхня заплечика муфти 24: поверхня ущільнення муфти 141, 143, 241, 243: криволінійні поверхні 142, 242: конічна поверхня

ЗР: точка ущільнення

І ЗР: відстань точки ущільнення а: кут заплечика

ТВЛР: відношення товщини стінки ущільнення

СІ: осі труби

Claims (2)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Нарізне з'єднання для сталевої труби, яке містить: трубний ніпель, утворений з кінцевої ділянки сталевої труби; і трубну муфту, для згвинчування на ніпель, коли ніпель вставлений в неї, причому ніпель включає: охоплювану різь, забезпечену на зовнішній периферії ніпеля; носову частину, утворену з кінцевої ділянки ніпеля, причому носова частина має зовнішній діаметр, менший, ніж внутрішній діаметр ділянки муфти, який повернутий до носової частини, коли ніпель і муфта згвинчені; поверхню заплечика ніпеля, забезпечену на кінці носової частини; і ущільнювальну поверхню ніпеля, забезпечену на зовнішній периферії ніпеля, причому ущільнювальна поверхня ніпеля розташована між охоплюваною різзю і носовою частиною, причому ущільнювальна поверхня ніпеля включає першу криволінійну поверхню, другу криволінійну поверхню і першу конічну поверхню, причому перша криволінійна поверхня розташована ближче до поверхні заплечика ніпеля, ніж друга криволінійна поверхня, причому друга криволінійна поверхня розташована на більшій відстані від поверхні заплечика ніпеля, ніж перша криволінійна поверхня, причому перша конічна поверхня розташована між першою криволінійною поверхнею і другою криволінійною поверхнею, муфта включає: охоплювальну різь, забезпечену на внутрішній периферії муфти, причому охоплювальна різь відповідає охоплюваній різі; поверхню заплечика муфти, повернуту до поверхні заплечика ніпеля, причому поверхня заплечика муфти контактує з поверхнею заплечика ніпеля, коли ніпель і муфта згвинчені; і ущільнювальну поверхню муфти, повернуту до ущільнювальної поверхні ніпеля, причому ущільнювальна поверхня муфти контактує з ущільнювальною поверхнею ніпеля, коли ніпель і муфта згвинчені, причому ущільнювальна поверхня муфти включає третю криволінійну поверхню, четверту криволінійну поверхню і другу конічну поверхню, причому третя криволінійна поверхня розташована ближче до поверхні заплечика муфти, ніж четверта криволінійна поверхня, причому четверта криволінійна поверхня розташована на більшій відстані від поверхні заплечика муфти, ніж третя криволінійна поверхня, причому друга конічна поверхня розташована між третьою криволінійною поверхнею і четвертою криволінійною поверхнею, причому ущільнювальна поверхня муфти має точку ущільнення на другій конічній поверхні, розташовану на центральній точці, визначену вздовж напрямку осі труби, відстань до точки ущільнення між кінцем носової частини і точкою ущільнення, виміряна в 60 напрямку осі труби, становить 13 мм або більше,

кут заплечика між поверхнею заплечика ніпеля або поверхнею заплечика муфти і площиною, перпендикулярною осі труби, складає від 2 до 13 градусів, і відношення товщини стінки ущільнення товщини стінки муфти до товщини стінки ніпеля, виміряне в точці ущільнення, становить 1,7 або вище.

2. Нарізне з'єднання для сталевої труби за п. 1, в якому: - відстань до точки ущільнення складає від 13 до 25 мм; - кут заплечика складає від 2 до 10 градусів; і відношення товщини стінки ущільнення складає від 1,8 до 3,0. 20 Й ; З з х ? /4 Й 2 ' 21 у, Ї 21 ; ра Х і | і Й ОЙ ду ІИшщ сш Га Ю п ще п Ю ; ! в | ра пана М а а а а и КД До п ве под ! І | Зі ЩІ і А Щі Ї дк ох ОКА не я й 1 й

Фнг. 1 о 7 29 7 і й М з /4 / й че Л / х У КО нак дель: я ї клена и м, зн "б ге ; о ми ву у чт я Те ше ее вч С ях Ку Кс ії ь соті шу не се ех й ак й и ре сте у ТЕ З я ща й я їх ще шк а ще К рай й то ШК сих Ши ОВ Я я и с "є, я Ме ля меш я Як МАКИ КИ в ся ЛІ Пд ве прис Я ель БЕ шк ка ка г и Ка РАК; аа що Мо Дис п дйеми дея кед Ї Ми ка и ит у ка а и ди рі Ка рек кий я а й КІ з о я з Би ах, я би и ї, Кий и кркрник й ша т и как а аа я Кон са а ДИ о ОК ку и Е ей я Я ЛІЛІЯ ше зу й пуб ун дере сх зі н а: МКК Ся Е- М м К М їх : сій 1 щи Б

Фіг. 2 ї ' ! м р і і Н КІ і нн нн нн нн п и нн нн нн нн нн нн в нн кн нн нн нн нн нн КК ній й ко р ра ка ай Ко ре Кй У ко Я Ка К-й рай ай Кей й ка я ГЗЙ -й Ка 4 па ма нм ен я кл у лики пли ни я а кош по ая Ї ж ду лу ли иа ра : ми укл ли и и ж о п с В В и АН жк а ан но а я Ка з ж и и а а и и о а п В п а а я п а і В зп а ен а и В В Я и и о а о а и о о В НН А а М ий в ООН МАК АНЯ Е зак пок зав а ВИ о А о а А кл г З й у у; я кла си я КЕ о с сн зи К Ко м си с а ня аа а ну я -- я ї я Хот то є В Ск а и М Кк х пе дит в нн й у Й дих я ус ки ра р Ка Ко ої ра Ж 1 як т ше я Кк С зе шех ща з жи м аа а А р НК ня ко щи м че Т» в г К. - м, ке ці і: и й К- ра є и я ї. ет ше ОЕМ - Ж т шо тан сао ШЕ ла п Кі й и, ше 7 7 | іш і ІЗ іх ; а : ІЙ й Н у 12 5 рі і Н г р і 74 ! Ж ти Я ії | шк х у у - я Й 16 се ур ще їе жу жк жи ожжо вже жу яжу жу іже жи жи же жжо же кже вжи їжа іже жи жи жо жжі хжу жк їжа іже жжо жжо жо жжоо жило чжк жа жа жи же о жжо жжуо ких зжа сжа осжж осжи же жжо жжо жжу жжа осже юожжо з тя

Фіг. З

Ї че 14 фунти 1 1 149 1 1 ще | Ї ; ! | , , , і ли у | ре ра ра , , КГ, у , х й | | 7, з /, шу ; у4 А Р ра я. ра / я | ! ху і як , х і: й ! ' | ій я | я ; о - З ра ГГ / | | /Ї у сукня а а : 745 245 24 241 24 13 ЧФиг. а

Внутрішній тнок (МР а) г4Мм20) вн «ОЦ Ся в г пе М18) РАВ Простий ! ай З0 внутрішній СЯ туга 5 ЙОМУ тнек / (омеха6) пл о ЙВМХо) (25326) МІВ Стиенення М/о ув ТО тоб собу обо ррдетнення Простнії зовнинній М и г г. / ! тнек за З, я. Мч ж й Ж - Мінімальні значення вч о Зовнинній тиск

Фет. 5

ЕЕ. ВХ що до шк нен нини Її ил ше Ше а 10000 ин шия Крутний зро тат. ва. -" щк чада т шо шин ечащ ВО фс ТТ ї ї р нефнн ЗОНИ нення З ОЛАС 0пеефеноЗ ТОТА ЩІ

) і. тла НИ ж Бон: МВ М ай С Й З М й ЗАСТ, ії дн Бр 18 Щі ш- НН НК 7 а 0 165 й зо 40 Кут заплечика (град!

Чиг. б : : се контакту два УВИЛьЬНення ду ТД (Н/імм) Кі и 7 | у о: : м ЯК й Н й : ! ша пише о НН НН : щ : ' сег ВД, . : ' 8 та 15 зе Відетань точки ущільнення (мм)

Фіг. 7 я мм мм ооо по опо поп о о пр по о о о поп пп пово ом попою винм вда С. : ше ж ши ще ше ще : : ши ши ши ще 1:01 ВВ нн ие я : Мінімальне шин шшН АН Е ! ' зусилля миши и ! ши щі (зовнішній тиск) рого: ПЕН : «жк ЕД ооо ПОН НА А я чн (Н/мм) а нишишшшшш Відношення товщини стінки ущільнення «Фіг. 8 Мінімальне : ше ОР ши ши увхотич Н МИ : БОР ни ни о зЗУснлля ! НИ : НИ яв 3 ВО я г Н Н : и ОЗ : и У Н : - Н и ї контакту : р - є: ВЕН ше г: - В не В нн не ої УЩІЛЬНЕННЯ с | ши ши ше п (внутрішній ши ишшш нишшшш тнек) пиши нин нене пиши ин (Німм) ин ншишишш Відношення товщини стінки ущільнення

Фіг. 9