UA132259U - Високогерметичне різьбове з'єднання нафтопромислових труб - Google Patents

Abstract

Високогерметичне різьбове з'єднання нафтопромислових труб містить охоплювану трубу та трубу, що охоплює, з конічними різьбами, циліндричними розточеннями між різьбами й ущільнювальними конічними елементами, а також з упорними торцевими елементами. Ущільнювальні конічні елементи контактують між собою в радіальному напрямі й виконані відповідно на зовнішній поверхні торцевої ділянки охоплюваної труби й на внутрішній поверхні труби, що охоплює, - на ділянці між циліндричним розточеннями й тілом труби. Контактуючі упорні торцеві поверхні виконані на охоплюваній трубі в вигляді конічної торцевої поверхні з кутом конусу 5°÷25° в напрямі осі конічної різьби і відповідної торцевої конічної поверхні на трубі, що охоплює, виконаної на ділянці переходу першої конічної поверхні цієї труби до її тіла. Профіль конічної різьби має негативний кут до опорної грані. Висота профілю конічної різьби охоплюваної труби менше висоти профілю конічної різьби труби, що охоплює. Конічні різьби на трубах виконані з відношенням ширини вершини профілю на охоплюваній трубі до відповідної ширини заглибини профілю труби, що охоплює, і з відношенням ширини вершини профілю на трубі, що охоплює, до відповідної ширини заглибини профілю на охоплюваній трубі.

Description

Корисна модель належить до області машинобудування, а саме до високогерметичних різьбових з'єднань, в тому числі і насосно-компресорних труб, може бути використана при облаштуванні та експлуатації нафтових і газових свердловин.

Відоме різьбове з'єднання труб, що містить охоплювану трубу та трубу, що охоплює, з конічними різьбами, циліндричними розточеннями між різьбами й ущільнювальними конічними елементами, а також з упорними торцевими елементами. Ущільнювальні конічні елементи контактують між собою в радіальному напрямі й виконані відповідно на зовнішній поверхні торцевої ділянки охоплюваної труби й на внутрішній поверхні труби, що охоплює - на ділянці між циліндричним розточенням й тілом труби. Контактуючі упорні торцеві елементи виконані на охоплюваній трубі в вигляді конічної торцевої поверхні і відповідної торцевої конічної поверхні на трубі, що охоплює, виконаної на ділянці переходу першої конічної поверхні цієї труби до її тіла, а профіль конічної різьби має негативний кут до опорної грані, при цьому циліндричні розточення виконані таким чином, що при збиранні різьбового з'єднання вони утворюють порожнину, що з однієї сторони обмежена циліндричним розточенням на охоплюваній трубі, а з іншої сторони циліндричним розточенням на трубі що охоплює, причому довжина кладе нног ле РОК ооуВ охоплюдня У ол ВЕТО Мтервалі вій: лавин ле РО я офЯв ТРК цоолово АХ ДКЕЯ дві рве в.

І тіп максимальна й мінімальна довжини циліндричного розточення на охоплюваній трубі;

Ї з. тах і І. тій максимальна й мінімальна довжини циліндричного розточення на трубі, що охоплює; 7 - діаметр циліндричного розточення на трубі, що охоплює; У - відстань від торця труби, що охоплює, до основної площини; Е - діаметр циліндричного розточення на охоплюваній трубі; Х - діаметр ущільнювального конічного елемента, який визначається на відстані 79 від торця охоплюваної труби; Е - середній діаметр конічної різьби в основній площині; Із. відстань від торця труби, що охоплює, до кінця циліндричного розточення; в. загальна довжина ущільнювального конічного елемента охоплюваної груби; Ів. відстань від торця охоплюваної труби до вимірювальної площини діаметра її ущільнювального конічного елемента (Патент ОА

Мо 96313, С2 Е16ї1 15/00, 25.10.2011. Бюл. Мо 20).

Зо Недоліком відомого пристрою є недостатня герметичність безрізьбової замкової частини з'єднання, в якій ущільнення здійснюється "метал-по-металуу, а також неможливість багаторазового використання різьбового з'єднання. Регламентування довжин циліндричних розточень є не раціональним тому, що вони не приймають участь в герметизації з'єднання труб, а послуговують тільки для утворення порожнини, в яку збирається мастило при загвинчуванні.

Після з'єднання мастило повністю видавлюється в зазначену порожнину й назовні, а між боковими поверхнями профілю конічної різьби його не залишається, що складає передумови для корозії конічної різьби й улоеможливлює її багаторазове збирання-розбирання.

Найбільш близьким аналогом є різьбове з'єднання труб, що містить охоплювану трубу та трубу, що охоплює, з конічними різьбами, циліндричними розточеннями між різьбами й ущільнювальними конічними елементами, а також з упорними торцевими елементами, ущільнювальні конічні елементи контактують між собою в радіальному напрямі й виконані відповідно на зовнішній поверхні торцевої ділянки охоплюваної труби й на внутрішній поверхні труби, що охоплює - на ділянці між циліндричним розточенням й тілом труби, контактуючі упорні торцеві елементи виконані на охоплюваній трубі в вигляді конічної торцевої поверхні з кутом конусу В в напрямі осі конічної різьби і відповідної торцевої конічної поверхні на трубі, що охоплює, виконаної на ділянці переходу першої конічної поверхні цієї труби до її тіла, при цьому профіль конічної різьби має негативний кут до опорної грані, висота профілю конічної різьби охоплюваної труби менше висоти профілю конічної різьби труби, що охоплює, а ущільнювальний конічний елемент охоплюваної труби на початку і в кінці зони конусного радіального ущільнення має сферичну форму й кут конусу упорного торцевого елемента знаходиться в діапазоні Бе« Й «ов (Патент КО Мо 2338866, С2 Е161Ї 15/00, опубліковано 20.11.2008).

До недоліків найближчого аналога відноситься те, що вищезазначене різьбове з'єднання має недостатню герметичність через виконання його конструкції з ущільнювальним конічним елементом охоплюваної труби на початку і в кінці зони конусного радіального ущільнення в вигляді сфер. Площа контакту геометричних тіл сфери й конусу, що її охоплює, мінімальна. Це також обумовлює недостатню зносостійкість і ущільнення при збиранні-розбиранні, особливо при використанні труб, що з'єднуються, з різними показниками межі плинності, через можливу зміну геометричних розмірів і форми ущільнювальних конічних елементів під час їх деформування під впливом крутного моменту загвинчування. Виконання конічної різьби на охоплюваній трубі зі зменшеною висотою профілю задля полегшення наступних збирань- розбирань завдяки утворенню порожнини між вершиною цього профілю і дном заглибини профілю на трубі, що охоплює, наповненою мастилом, в повному обсязі не виконає поставлену задачу - мастило не потрапляє між боковими поверхнями профілю конічних різьб, де діють сили тертя і можливе корозійне з'єднання "прикіпання" двох труб по різьбі.

В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення надійності та герметичності різьбового з'єднання труб та одночасне забезпечення можливості його багаторазового збирання-розбирання.

Поставлена задача вирішується тим, що в відомому різьбовому з'єднанні труб, котре включає охоплювану трубу та трубу, що охоплює, з конічними різьбами, циліндричними розточеннями між різьбами й ущільнювальними конічними елементами, а також з упорними торцевими елементами, ущільнювальні конічні елементи контактують між собою в радіальному напрямі й виконані відповідно на зовнішній поверхні торцевої ділянки охоплюваної труби й на внутрішній поверхні труби, що охоплює - на ділянці між циліндричним розточенням й тілом труби, контактуючі упорні торцеві елементи виконані на охоплюваній грубі в вигляді конічної торцевої поверхні з кутом конусу 57-25" в напрямі осі конічної різьби і відповідної торцевої конічної поверхні на трубі, що охоплює, виконаної на ділянці переходу першої конічної поверхні цієї труби до її тіла, профіль конічної різьби має негативний кут до опорної грані, висота профілю конічної різьби охоплюваної труби менше висоти профілю конічної різьби труби, що охоплює, згідно з Корисною моделлю, конічні різьби на трубах виконані з відношенням ширини вершини профілю "1 на охоплюваній трубі до відповідної ширини заглибини профілю труби 4, що охоплює, і з відношенням ширини вершини профілю ро на ТООь що охоплює, до вібловідної ширини заглибини профілю ВЗ на охоплюваній трубі в межах р. Й ро , . . . ще «Ц. . Ї а довжини ущільнювальних конічних елементів на охоплюваній трубі У й трубі, що охоплює У, визначаються залежностями: ух бу бух юа/? ММ ій у ад духо? мм, де о (30 ХК). кут конусу ущільнювальних конічних елементів; ОЦ і ц - діаметри циліндричних

Зо розточень на охоплюваній трубі і трубі, що охоплює, відповідно, мм; ру і чу - діаметри конусної частини ущільнювальних конічних блементів-в вимірювальній площині на охоплюваній трубі і трубі, що охоплює, відповідно, мм; 12791 розрахунковий коефіцієнт, що враховує вплив різниці фактичних показників межі плинності матеріалу охоплюваної труби і труби, що охоплює; 911912 фактичні показники межі плинності матеріалу охоплюваної труби і труби, що охоплює, відповідно, Н/мм.

Виконання конічних різьб на трубах з відношенням ширини вершини профілю Б. на охоплюваній трубі до відповідної ширини заглибини профілю труби Ву що охоплює, і з відношенням ширини вершини профілю ро на трубі, В -Яхрплю до ВК тОВідно ддирини заглибини профілю з на охоплюваній трубі в межах р. Й р2 після загвинчення забезпечує знаходження мастила між боковими поверхнями профілю конічних різьб, де діють сили тертя, таким чином гарантується уникнення корозії різьбового з'єднання й відповідно забезпечується багаторазовість його збирання-розбирання. Одночасно з тим, мастило є додатковим герметизуючим чинником з'єднання, особливо при використанні сучасних полімеризованих мастил, що твердіють після збирання. Зазначений діапазон відношень обумовлюється тим, що перевищення цього діапазону може призвести до послаблення різьби і відповідно до можливого обриву з'єднання або в іншому випадку, виходячи з технологічних властивостей мастила - густоти, воно не буде рівномірно розподілятися між поверхнями тертя, а також не забезпечить необхідну герметизацію з'єднання.

При збиранні з'єднання під дією крутного моменту на ущільнювальні конічні елементи труб спочатку діють сили тертя, потім після подальшого осьового переміщення охоплюваної труби, на них і на упорних торцевих елементах виникає пружна деформація, що в подальшому може переходити в пластичну зі зміною геометричних розмірів і форми ущільнювальних конічних елементів. Зазвичай за рахунок відхилень в хімічному складі, історії деформації і режимах термічної обробки з охолодженням з'єднувані труби мають різні показники межі плинності.

Врахування цієї різниці здійснюється через розрахунковий коефіцієнт К. Коли в з'єднанні в охоплюваній трубі межа плинності менша ніж в трубі, що охоплює, пропорційно зменшується і конусність ущільнювальних конічних елементів і навпаки, коли в охоплюваній трубі межа плинності більша ніж в трубі, що охоплює пропорційно збільшується конусність ущільнювальних конічних елементів. В випадку збільшення конусності - це дозволяє отримати задану величину натягу при порівняльно малому осьовому переміщенні охоплюваної труби, що знижує період от першого контакту ущільнювальних конічних елементів до забезпечення заданого натягу, а в випадку зменшення конусності збільшує площу контакту ущільнювальних конічних елементів і убезпечує від зміни форми і геометричних розмірів ущільнювальний конічний елемент на охоплюваній трубі при багаторазових збираннях-розбиранях. Загалом, з урахуванням вищенаведеного розроблена конструкція дозволяє досягнути оптимальної величини напруг в ущільнювальних і упорних елементах, обумовлює ефективне використання розробленого з'єднання в складних умовах експлуатації без втрати герметичності, а також забезпечує високу герметичність і при багаторазових збиранях-розбиранях.

Корисна модель пояснюється графічно: на фіг. 1 схема високогерметичного різьбового з'єднання нафтопромислових труб; фіг. 2 схема елементів охоплюваної труби і труби, що охоплює; фіг. 3 - різьба; фігю. 4 - результати випробувань різьбового з'єднання нафтопромислових труб, виготовлених згідно з корисною моделлю і найближчого аналога.

Високогерметичне різьбове з'єднання нафтопромислових труб, включає охоплювану трубу 1 та трубу 2, що охоплює, з конічними різьбами З і 4, циліндричними розточеннями між різьбами 5 і 6 й ущільнювальними конічними елементами 7 і 8, а також з упорними торцевими елементами 9 і 10, ущільнювальні конічні елементи 7 і 8 контактують між собою в радіальному напрямі й виконані відповідно на зовнішній поверхні торцевої ділянки охоплюваної труби 1 й на внутрішній поверхні труби 2, що охоплює - на ділянці між циліндричними розточеннями 5 і 6 й тілом труби 1 і 2 відповідно, контактуючі упорні торцеві елементи 9 їі 10 виконані на охоплюваній грубі 1 в вигляді конічної торцевої поверхні з кутом конусу 57-25" в напрямі осі конічної різьби і відповідної торцевої конічної поверхні на трубі 2, що охоплює, виконаної на ділянці переходу першої конічної поверхні цієї труби до її тіла, профіль конічної різьби З і 4 має негативний кут до

Зо опорної грані, висота профілю конічної різьби З охоплюваної труби 1 менше висоти профілю конічної різьби 4 труби 2, що охоплює, конічні різьби З і 4 на трубах виконуються з відношенням ширини профілю "1 на охоплюваній трубі до відповідної ширини заглибини профілю труби 1, що охоплює, і з відношенням ширини вершини профілю 72 на т вір охолуює, 0 вівдовідної ширини заглибини профілю ВЗ на охоплюваній трубі в межах Б. Й ро , а довжини ущільнювальних конічних елементів на охоплюваній грубі Гу й трубі, що охоплює у. визначаються залежностями: ух бу бух да? мм й у ау духа мм, де о (30 ХК). кут конусу ущільнювальних конічних елементів; що і що - діаметри циліндричних розточень на охоплюваній трубі і трубі, що охоплює, відповідно, мм; що і чу - діаметри конусної частини ущільнювальних конічних слемент|в.В вимірювальній площині на охоплюваній трубі і трубі, що охоплює, відповідно, мм; 127191 розрахунковий коефіцієнт, що враховує вплив різниці фактичних показників межі плинності матеріалу охоплюваної труби і труби, що охоплює; 911912 фактичні показники межі плинності матеріалу охоплюваної труби і труби, що охоплює, відповідно, Н/мм-.

Робота високогерметичного різьбового з'єднання нафтопромислових труб здійснюється в такий спосіб. При виконанні операції загвинчування з'єднання спочатку здійснюється взаємодія охоплюваної труби 1 і труби 2, що охоплює, за допомогою конічних різьб З і 4. В процесі загвинчування відбувається просування конічного ущільнювального елемента 7 охоплюваної труби 1 з подальшою взаємодією її з конічним ущільнювальним елементом 8 труби 2, що охоплює. За рахунок діаметральних деформацій цих елементів створюється ущільнювальний вузол "метал-по-металу". При подальшому відносному переміщенні труб 1 і 2 здійснюється силове контактування упорного торцевого елемента 9 охоплюваної труби 1 й упорного торцевого елемента 10 труби 2, що охоплює, в результаті чого па поверхнях контактуючих елементів 7 і 8, а також 9 і 10 виникають контактні напруги, величина яких перебуває в області пружних деформацій. Подальша дія крутного моменту може призвести до пластичної деформації поверхневих шарів металу на ущільнювальних конічних елементах 7 і 8, а також на упорних торцевих елементах 9 і 10. Рівень контактних напруг, при всіх рівних умовах, визначається величиною контактуючих площ поверхонь елементів 7 і 8, а також 9 і 10. Упорні торцеві елементи 9 і 10 виконано таким чином, що при дії на них осьового зусилля, котре виникає при загвинчуванні конічних різьб З і 4, поперечна складова цього зусилля спрямована до осі з'єднання. Це виключає так зване явище "розгортання", тобто поперечну деформацію зі збільшенням діаметра в області упорних торцевих елементів 9 і 10, що робить з'єднання менш критичним до перевищення крутного моменту загвинчування й збільшує його експлуатаційну надійність. Високогерметичне з'єднання може бути загвинчено з використанням полімеризованого мастила, що твердіє після збирання. При збиранні різьбового з'єднання мастило видавлюється в порожнину, що з однієї сторони обмежена циліндричним розточенням 5 на охоплюваній трубі 1, а з іншої сторони - циліндричним розточенням 6 на трубі 2, що охоплює. Крім цього мастило заповнює порожнини, що утворюються між вершинами профілю конічної різьби З охоплюваної труби 1 і заглибинами профілю конічної різьби 4 труби 2, що охоплює, а також порожнини між боковими поверхнями профілю конічних різьб З і 4, де діють сили тертя і можливе корозійне з'єднання - "прикіпання" двох труб по різьбі. Таким чином здійснюється додаткова герметизація з'єднання і забезпечується багаторазовість його збирання-розбирання. На фіг. 4 зображено результати випробувань різьбового з'єднання нафтопромислових труб, виготовлених згідно корисної моделі і найбільш близького аналога, де:

Р крутний момент загвинчування, Нм; ї - час, с.

Запропоноване високогерметичне різьбове з'єднання нафтопромислових труб пройшло апробацію в умовах ТОВ "Дніпровський трубний завод" при виготовленні експериментальної партії з'єднань з муфтами (розмір труб 88,90 х 6,45 мм, клас сталі Р110). В одній партії труб в кількості 17 штук з'єднання труб з муфтами виконували відповідно до аналога. В другій партії труб в кількості 17 штук з'єднання труб з муфтами виконували відповідно до корисної моделі, що заявляється. Під час виробничого експерименту фіксували час ї, за який буде досягнуто оптимальний крутний момент загвинчування Р (задана величина натягу), на підставі отриманих даних були побудовані опосередковані графіки (фіг. 4), де аналогу відповідає суцільна крива, а запропонованій корисній моделі - переривчаста крива. Аналіз графіків показує, що задана величина натягу була досягнута за менший проміжок часу при використанні запропонованої корисної моделі.

Випробування на герметичність в частині здатності витримувати більший внутрішній гідравлічний тиск до появи течії показали, що муфтові з'єднання труб, виконані згідно з корисною моделлю, витримують тиск в 1,15--,20 рази вище, ніж муфтові з'єднання, виконані згідно з аналогом. При цьому, після п'ятьох циклів збирання-розбирання муфтові з'єднання труб, виконані згідно з корисною моделлю, витримували такий самий гідравлічний тиск, як і спочатку, а муфтові з'єднання труб, виконані згідно з аналогом, в 1,05-1,10 рази зменшили спроможність витримувати гідравлічний тиск.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Високогерметичне різьбове з'єднання нафтопромислових труб, яке містить охоплювану трубу та трубу, що охоплює, з конічними різьбами, циліндричними розточеннями між різьбами й ущільнювальними конічними елементами, а також з упорними торцевими елементами, ущільнювальні конічні елементи контактують між собою в радіальному напрямі й виконані відповідно на зовнішній поверхні торцевої ділянки охоплюваної труби й на внутрішній поверхні труби, що охоплює, - на ділянці між циліндричним розточеннями й тілом труби, контактуючі упорні торцеві поверхні виконані на охоплюваній трубі в вигляді конічної торцевої поверхні з кутом конусу 57-25" в напрямі осі конічної різьби і відповідної торцевої конічної поверхні на трубі, що охоплює, виконаної на ділянці переходу першої конічної поверхні цієї труби до її тіла, профіль конічної різьби має негативний кут до опорної грані, висота профілю конічної різьби охоплюваної труби менше висоти профілю конічної різьби труби, що охоплює, яке відрізняється тим, що конічні різьби на трубах виконані з відношенням ширини вершини профілю Ві на охоплюваній трубі до відповідної ширини заглибини профілю труби ба що

   . . . ро . . о. охоплює, і з відношенням ширини вершини профілю на труді; о охоплює, до відповідної ширини заглибини профілю оз на охоплюваній трубі в межах р; Й бо ,а довжини ущільнювальних конічних елементів на охоплюваній трубі Гу й трубі, що охоплює у ; визначаються залежностями: У 7 Уч Збу)хідое мм й У 7 (9 Зауух дя мм,де (ЗО ХК) .

   : : Об б : кут конусу ущільнювальних конічних елементів; і - діаметри циліндричних розточень на на -. . . . б,.а . . охоплюваній трубі і трубі, що охоплює, відповідно, мм; У ії У - діаметри конусної частини ущільнювальних конічних елементів в вимірювальній площині на охоплюваній трубі і трубі, що охоплює, відповідно, мм; 77972791 - розрахунковий коефіцієнт, що враховує вплив різниці фактичних показників межі плинності матеріалу охоплюваної труби і труби, що охоплює; оті і ото. фактичні показники межі плинності матеріалу охоплюваної труби і труби, що охоплює, відповідно, Н/мм. Ж вБ.нг її : й ! Же ша ЕВ 7 нн нн а І -. я БК І п нн й А Я Її киш я Я Ї Я В век і Б рожбсожУ 3 і 7 о енднофухннннння

   Фіг. 1