UA77726C2 - Спосіб виконання герметичного трубного з'єднання з пластичним розширенням - Google Patents

Abstract

Винахід має відношення до герметичного трубного з'єднання, у якому під час радіального розширення, що здійснюється шляхом проходження труборозширювача усередині трубного з'єднання, скісні виступи (41, 43), утворені, відповідно, на периферичній поверхні (8) охоплюючого конструктивного елемента (2), оберненій у радіальному напрямку досередини, і на периферичній поверхні (7) охоплюваного конструктивного елемента (1), оберненій у радіальному напрямку назовні, піддаються взаємному осьовому зміщенню для досягнення взаємного герметичного контакту із радіальним натягом.

Description

З 77126 4 12. Спосіб за п. 10, де виїмка (44) з'єднується з також виготовленим за способом за одним із по- боку другої осьової опорної поверхні (10) із пер- передніх пунктів. шою ділянкою (55) периферичної стінки і з проти- 26. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де пер- лежного боку з другою ділянкою (56) периферич- шою осьовою опорною поверхнею є опукла повер- ної стінки майже такого самого діаметра, що і хня (9), утворена кільцевим гребенем (13) і попе- діаметр першої ділянки периферичної стінки. речною поверхнею (15), що є прилеглою до 13. Спосіб за п. 10, де виїмка (44) з'єднується з гребеня і відступає від нього у осьовому напрямку, боку другої осьової опорної поверхні (10) із пер- зв'язана з внутрішньою периферичною поверхнею шою ділянкою (61) периферичної стінки і з проти- першого конструктивного елемента, у той час як лежного боку з другою ділянкою (62) периферич- другою осьовою опорною поверхнею є увігнута ної стінки більшого діаметра, аніж діаметр першої опорна поверхня (10), утворена кільцевим пазом ділянки периферичної стінки. (14) і поперечною поверхнею (16), що є прилеглою 14. Спосіб за п. 13, де різниця діаметрів згаданих до нього, зв'язана з внутрішньою периферичною ділянок периферичної стінки є меншою за або до- поверхнею другого конструктивного елемента, де рівнює 1 мм. гребінь (13) взаємодіє з пазом (14). 15. Спосіб за одним із пп. 13 і 14, де перша ділянка 27. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де пер- (61) периферичної стінки канавки має діаметр, ша (3) та друга (4) різі є конічними з величиною менший за діаметр протилежної поверхні охоплю- конусності, яка дорівнює щонайбільше 12,595. ваної кромки, завдяки чому, при закінченні згвин- 28. Спосіб за одним із пп. 1-26, де перша (3) та чування, між цими поверхнями виникає радіальний друга (4) різі є циліндричними. натяг. 29. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де тов- 16. Спосіб за одним із попередніх пунктів форму- щина (еї) кромки (5) становить від 1/3 до 2/3 тов- ли, де перший скісний виступ (43) охоплюваної щини першого трубчастого конструктивного еле- кромки та/або перший скісний виступ (41) канавки мента (1). споряджаються покривним шаром матеріалу, 30. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де дов- більш пластичного за матеріал основи. жина (Ії) і товщина (еї) кромки (5) є такими, що від- 17. Спосіб за одним із попередніх пунктів форму- ношення довжини до товщини кромки знаходиться ли, де радіальне розширення з'єднання здійсню- у межах від 1 до 4. ється відповідно до коефіцієнта розширення, який 31. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де пер- дорівнює щонайменше 1095. ший трубчастий конструктивний елемент (1) має 18. Спосіб за п. 17, де радіальне розширення з'єд- кільцевий жолобок (21) на кінці першої різі (3) між нання здійснюється відповідно до коефіцієнта ро- різзю та кромкою (5). зширення, який дорівнює приблизно 1595. 32. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де гли- 19. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де пе- бина (по) кільцевого жолобка (21) дорівнює що- риферична поверхня канавки, обернена у радіа- найбільше висоті ниток першої різі (3). льному напрямку досередини, включає другий 33. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де дов- скісний виступ (42), обернений у осьовому напря- жина (Ід) І глибина (по) кільцевого жолоба (21) є мку, протилежному до першого скісного виступу такими, що його довжина становить від 2 до 15 (41), яким встановлюється межа кільцевого висту- його глибин. пу (40). 34. Вихідне трубне з'єднання, що застосовується 20. Спосіб за п. 19, де перший і другий скісні ви- для здійснення способу за одним із попередніх ступи (41 і 42) канавки з'єднуються на вершині пунктів, що включає перший охоплюваний трубча- кільцевого виступу заокругленнями. стий конструктивний елемент (1), що включає пе- 21. Спосіб за п. 20, де радіус викривлення заокру- ршу зовнішню різь (3) і кільцеву кромку (5), що має глення другого скісного виступу (42) канавки є бі- першу осьову опорну поверхню (9) на вільному льшим за радіус викривлення заокруглення пер- кінці першого конструктивного елемента, і другий шого скісного виступу (41). охоплюючий трубчастий конструктивний елемент 22. Спосіб за одним із попередніх пунктів форму- (2), що включає другу внутрішню різь (4), подібну ли, де скісний виступ (43) охоплюваної кромки до першої різі (3), і канавку (6), яка відповідає охо- з'єднується опуклим заокругленням із периферич- плюваній кромці, що має другу осьову опорну по- ною поверхнею, оберненою у радіальному напря- верхню (10), де перша різь є придатною до нагви- мку назовні. нчування на другу різь для приведення двох 23. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де на- опорних поверхонь у взаємний контакт, і перифе- хил згаданих виступів становить від 5" до 20", за ричну поверхню канавки, обернену у радіальному варіантом, якому віддають перевагу, приблизно напрямку досередини, що включає перший скісний 10", відносно поздовжньої осі з'єднання. виступ (41), обернений до другої осьової опорної 24. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де раді- поверхні. альна висота згаданих виступів становить від 0,2 35. Трубне з'єднання за п. 34, призначене для ро- мм до 1 мм, за варіантом, якому віддають перева- зширення шляхом осьового проходження труборо- гу, приблизно 0,5 мм. зширювача, однаково, у одному чи у другому на- 25. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де пер- прямку. ший трубчастий конструктивний елемент і другий 36. Герметичне трубне з'єднання з високими робо- трубчастий конструктивний елемент, належать, чими характеристиками, яке може бути виконаним відповідно, трубі великої довжини та муфті, приз- за способом за одним із пп. 1-33, що включає пе- наченій для з'єднання згаданої труби з іншою тру- рший охоплюваний трубчастий конструктивний бою великої довжини другим трубним з'єднанням, елемент (1), що включає першу зовнішню різь (3) і

77126 6 кільцеву кромку (5), що має першу осьову опорну напрямку назовні, і перший скісний виступ (41), поверхню (9, 15) на вільному кінці першого конс- обернений у осьовому напрямку до згаданих осьо- труктивного елемента, і другий охоплюючий труб- вих опорних поверхонь і утворений на периферич- частий конструктивний елемент (2), що включає ній поверхні внутрішньої канавки, оберненої у ра- другу внутрішню різь (4), подібну до першої різі (3), діальному напрямку досередини, знаходяться у і канавку (6), яка відповідає охоплюваній кромці, герметичному взаємному контакті із радіальним що має другу осьову опорну поверхню, де перша натягом. різь нагвинчується на другу різь, перший скісний 37. Герметичне трубне з'єднання за п. 36, яке мо- виступ (43), обернений у осьовому напрямку, про- же бути виконаним за способом за п. 26, де гре- тилежному до згаданих осьових опорних повер- бінь (13) контактує з бічною поверхнею (18) паза хонь, і утворений на периферичній поверхні охоп- (14), прилеглою до згаданої поперечної поверхні люваної кромки, оберненої у радіальному (16) другої осьової опорної поверхні.

Цей винахід має відношення до трубних з'єд- - перший охоплюваний трубчастий конструк- нань, а саме до трубних з'єднань того виду, що тивний елемент, що включає в себе першу зовні- використовуються на вуглеводневих свердловинах шню різь і кільцеву кромку, що має першу осьову або на свердловинах подібного роду, наприклад, опорну поверхню на вільному кінці першого конс- на геотермічних свердловинах. труктивного елемента, і

Таке з'єднання може існувати між двома тру- - другий охоплюючий трубчастий конструктив- бами великої довжини або між трубою великої ний елемент, що включає в себе другу внутрішню довжини і муфтою. Такі з'єднання застосовуються, різь, подібну до першої різі, і канавку, яка відпові- зокрема, для збирання обсадних колон ("сазіпа5") дає охоплюваній кромці, що має другу осьову опо- або колон насосно-компресорних труб ("Чибіпа5"). рну поверхню,

Приймаючи до уваги необхідні механічні характе- де перша різь нагвинчується на другу різь для ристики, обсадні колони і колони насосно- приведення двох опорних поверхонь у взаємний компресорних труб виготовляють, як правило, з контакт, термічно обробленої сталі. і вихідне трубне з'єднання піддається діамет-

Зі свого боку, з'єднання повинні витримувати ральному розширенню у межах пластичної дефо- деформацію розтягування, деформацію стиснен- рмації за допомогою труборозширювача, діаметр ня, деформацію згину і, подеколи, деформацію якого перевищує внутрішній діаметр згаданих тру- скручування, а також сильні стрибки тиску, спря- бчастих конструктивних елементів, який пересува- мовані у двох напрямках - досередини і назовні. ється у з'єднанні у осьовому напрямку.

З'єднання повинні також бути непроникними для За головною відмінною особливістю винаходу, газу, принаймні у деяких випадках. Нарізні з'єд- під час згаданого радіального розширення перший нання є особливо вигідними у цьому відношенні. скісний виступ, обернений у осьовому напрямку,

На сучасному етапі, однак, передбачається протилежному до згаданих осьових опорних пове- піддання труб діаметральному розширенню іп віш рхонь, утворений на периферичній поверхні охоп- із залишковою пластичною деформацією. Це на- люваної кромки, оберненій у радіальному напрям- дає різні переваги, які будуть розглянуті нижче. ку назовні, і перший скісний виступ, обернений у

Необхідно також, щоб з'єднання залишались у осьовому напрямку до згаданих осьових опорних робочому стані після пластичної деформації з діа- поверхонь і утворений на периферичній поверхні метральним розширенням, якому вони піддаються охоплюючої канавки, оберненій у радіальному у вигляді труб. Окрім того, бажано, щоб нарізні напрямку досередини, піддаються взаємному з'єднання залишались у цілісному стані після пла- осьовому зміщенню з переходом до взаємного стичного діаметрального розширення зі збережен- герметичного контакту із радіальним натягом. ням суттєвих властивостей, за які вони цінуються, "Герметичний контакт" означає контакт між а саме механічної стійкості до розтягуван- двома поверхнями, сильно притиснутими одна до ня/стиснення з/без внутрішнього або зовнішнього одної з герметизацією сполучених металевих по- підвищеного тиску, а також герметичності. верхонь.

Як буде докладніше показано нижче, класичні Факультативними відмінними особливостями з'єднання не є повністю задовільними: вони або не винаходу, додатковими або замінними, є такі: задовольняють цим вимогам, задовольняють не- - Периферична поверхня канавки, обернена у надійно, або ж задовольняють, але без повто- радіальному напрямку досередини, включає в се- рення. бе кільцеву виїмку арочного увігнутого профілю,

МО 02/01102 пропонує з'єднання такої конс- що має першу бічну поверхню, обернену у осьо- трукції, яка передбачає витримування діаметраль- вому напрямку до згаданих осьових опорних пове- ного пластичного розширення. рхонь, і другу бічну поверхню, обернену у осьово-

Цей винахід має на меті поліпшення ситуації. му напрямку, протилежному до згаданих осьових

Цей винахід має відношення до способу вико- опорних поверхонь, де перший скісний виступ ка- нання герметичного трубного з'єднання з високими навки визначається першою згаданою бічною по- робочими характеристиками, за яким застосову- верхнею. ють вихідне трубне з'єднання, що включає - Профіль виїмки має радіус викривлення у

7 77126 8 межах від 5мм до ЗОмм, за варіантом, якому від- назовні. дають перевагу, він дорівнює приблизно 10мм. - Нахил згаданих виступів становить від 5" до

- Перші скісні виступи кромки і канавки є при- 20", за варіантом, якому віддають перевагу, приб- сутніми на вихідному трубному з'єднанні. лизно 10", відносно поздовжньої осі з'єднання.

- Перші скісні виступи, присутні на вихідному - Радіальна висота згаданих виступів стано- трубному з'єднані, розміщуються один проти одно- вить від 0,2мм до 1мм, за варіантом, якому відда- го у осьовому напрямку на ділянці, яка дорівнює ють перевагу, приблизно 0,5мм. щонайменше їхній радіальній висоті. - Перший трубчастий конструктивний елемент

- Ділянка кромки, що знаходиться між її пер- і другий трубчастий конструктивний елемент, що шим скісним виступом і її осьовою опорною повер- належать, відповідно, трубі великої довжини та хнею, щонайменше частково вдавлюється у пове- муфті, призначеній для з'єднання згаданої труби з рхню виїмки під час розширення. іншою трубою великої довжини другим трубним

- Виїмка з'єднується з боку другої осьової опо- з'єднанням, також виготовленим за способом за рної поверхні з першою ділянкою периферичної цим винаходом. стінки і з протилежного боку з другою ділянкою - Першою осьовою опорною поверхнею є опу- периферичної стінки меншого діаметра, аніж діа- кла поверхня, утворена кільцевим гребенем і по- метр першої ділянки периферичної стінки. перечною поверхнею, що є прилеглою до гребеня і

- Різниця діаметрів згаданих ділянок перифе- відступає від нього у осьовому напрямку, зв'язана ричної стінки є меншою за 1мм або дорівнює 1 мм. з внутрішньою периферичною поверхнею першого

- Перший скісний виступ кромки утворюється конструктивного елемента, у той час як другою вдавлюванням, щонайменше частковим, згаданої осьовою опорною поверхнею є увігнута опорна кромки у поверхню виїмки під час розширення. поверхня, утворена кільцевим пазом і поперечною

- Виїмка є прилеглою до другої осьової опор- поверхнею, що є прилеглою до нього, зв'язана із ної поверхні. внутрішньою периферичною поверхнею другого

- Виїмка з'єднується з боку другої осьової опо- конструктивного елемента, де гребінь взаємодіє з рної поверхні з першою ділянкою периферичної пазом. стінки і з протилежного боку з другою ділянкою - Перша та друга різі є конічними з величиною периферичної стінки майже такого самого діамет- конусності щонайбільше рівною 12,5905. ра, що і діаметр першої ділянки периферичної - Перша та друга різі є циліндричними. стінки. - Товщина кромки становить від 1/3 до 2/3 то-

- Виїмка з'єднується з боку другої осьової опо- вщини першого трубчастого конструктивного еле- рної поверхні з першою ділянкою периферичної мента. стінки і з протилежного боку з другою ділянкою - Довжина і товщина кромки є такими, що від- периферичної стінки більшого діаметра, аніж діа- ношення довжини до товщини кромки знаходиться метр першої ділянки периферичної стінки. у межах від 1 до 4.

- Різниця діаметрів згаданих ділянок перифе- - Перший трубчастий конструктивний елемент ричної стінки є меншою за 1мм або дорівнює 1 мм. має кільцевий жолобок на кінці першої різі між різ-

- Перша ділянка периферичної стінки канавки зю та кромкою. має діаметр, менший за діаметр протилежної по- - Глибина кільцевого жолобка дорівнює що- верхні охоплюваної кромки, завдяки чому, при за- найбільше висоті ниток першої різі. кінченні згвинчування, між цими поверхнями вини- - Довжина і глибина кільцевого жолобу є таки- кає радіальний натяг. ми, що його довжина становить від 2 до 15 його

- Перший скісний виступ охоплюваної кромки глибин. та/або перший скісний виступ канавки наділяються Ціллю цього винаходу також є вихідне трубне покривним шаром матеріалу, більш пластичного з'єднання, що застосовується для здійснення спо- за матеріал основи. собу, визначеного вище, що включає в себе

- Радіальне розширення з'єднання здійснюєть- - перший охоплюваний трубчастий конструк- ся відповідно до коефіцієнта розширення, який тивний елемент, що включає першу зовнішню різь дорівнює щонайменше 1095. і кільцеву кромку, що має першу осьову опорну

- Радіальне розширення з'єднання здійснюєть- поверхню на вільному кінці першого конструктив- ся відповідно до коефіцієнта розширення, який ного елемента, і дорівнює приблизно 1595. - другий охоплюючий трубчастий конструктив-

- Периферична поверхня канавки, обернена у ний елемент, що включає другу внутрішню різь, радіальному напрямку досередини, включає дру- подібну до першої різі, і канавку, яка відповідає гий скісний виступ, обернений у осьовому напрям- охоплюваній кромці, що має другу осьову опорну ку, протилежному до першого скісного виступу, поверхню, яким встановлюється межа кільцевого виступу. де перша різь є придатною до нагвинчування

- Перший і другий скісні виступи канавки з'єд- на другу різь для приведення двох опорних повер- нуються на вершині кільцевого виступу заокруг- хонь у взаємний контакт, і периферичну поверхню ленням. канавки, обернену у радіальному напрямку досе-

- Радіус викривлення заокруглення другого редини, що включає перший скісний виступ, обер- скісного виступу канавки є більшим за радіус ви- нений до другої осьової опорної поверхні. кривлення заокруглення першого скісного виступу.

Цей винахід додатково має відношення до ге-

- Скісний виступ охоплюваної кромки з'єдну- рметичного трубного з'єднання з високими робо- ється опуклим заокругленням із периферичною чими характеристиками, яке може бути виконане поверхнею, оберненою у радіальному напрямку за згаданим способом, що включає в себе

9 77126 10 - перший охоплюваний трубчастий конструк- ється стадією, показаною на Ффіг.14. тивний елемент, що включає першу зовнішню різь На Фіг.16 зображено вид, аналогічний Ффіг.14, і кільцеву кромку, що має першу осьову опорну що стосується варіанта винаходу. поверхню на вільному кінці першого конструктив- На Фіг.17 зображено вид, аналогічний Ффіг.16, ного елемента, і на якому показано з'єднання після розширення за - другий охоплюючий трубчастий конструктив- цим винаходом. ний елемент, що включає другу внутрішню різь, Фіг.18-23 є видами, аналогічними Фіг.16б і подібну до першої різі, і канавку, яка відповідає Фіг.17, що стосуються інших варіантів винаходу; охоплюваній кромці, що має другу осьову опорну парні та непарні фігури показують, відповідно, ви- поверхню, хідні з'єднання та з'єднання після розширення. де перша різь нагвинчується на другу різь, пе- На фігурах зображені, в основному, конструк- рший скісний виступ, обернений у осьовому на- тивні елементи певного характеру. Вони можуть, прямку, протилежному до згаданих осьових опор- таким чином, використовуватись не лише для них поверхонь, утворений на периферичній кращого розуміння опису, але також і додавати поверхні охоплюваної кромки, оберненій у радіа- свій внесок до визначення винаходу, у разі пот- льному напрямку назовні, і перший скісний виступ, реби. обернений у осьовому напрямку до згаданих осьо- Згадаємо зараз про буріння свердловин, на- вих опорних поверхонь і утворений на периферич- приклад, для вуглеводнів або геотермічних. ній поверхні внутрішньої канавки, оберненій у ра- За традиційним варіантом, верхню частину діальному напрямку досередини, знаходяться у свердловини спочатку пробурюють на відносно герметичному взаємному контакті із радіальним невелику глибину декількох десятків метрів за до- натягом. помогою бурового інструмента великого діаметра,

Фігури, наведені нижче, необмежувально ілю- порядку, наприклад, 500мм, і кріплять за допомо- струють способи здійснення винаходу, де ідентич- гою колони труб цього самого діаметра. Після цьо- ні або аналогічні елементи на усіх фігурах позна- го діаметр буріння поступово зменшують до забою чаються однаковими позиціями. свердловини, який може буритись із меншим діа-

На Фіг.1 зображене вихідне нарізне з'єднання метром, порядку 150мм у цьому самому прикладі. загального типу, яке застосовується у цьому вина- Така свердловина у цьому разі кріпиться за допо- ході. могою декількох закріплених кінцем на поверхні

На Фіг.2 зображений охоплюваний конструкти- колон концентричних труб, кожну з яких опускають вний елемент нарізного з'єднання, показаного на у кінці буріння ділянки відповідного діаметра; тру-

Фіг.1. би більшого діаметра проходять із поверхні до

На Ффіг.3 зображений охоплюючий конструкти- глибини декількох десятків метрів, а труби меншо- вний елемент нарізного з'єднання, показаного на го діаметра проходять із поверхні до забою сверд-

Фіг.1. ловини, глибина якої може досягати декількох ти-

На Фіг.А-7 зображене нарізне з'єднання, пока- сяч метрів. Проміжок між обсадними трубами і зане на Фіг.1 на різних стадіях процесу розши- породою, наприклад, цементують. рення. Після того, як свердловина повністю пробуре-

На Фіг.4 зображено стадію розширення наріз- на і закріплена, може бути опущена колона насос- ного з'єднання. но-компресорних труб для піднімання вуглеводнів

На Фіг.5 зображено стадію згинання. на поверхню, тобто для ефективної розробки све-

На Фіг.6 зображено стадію випрямлення. рдловини. Зрозуміло, що ця колона насосно-

На Фіг.7 зображено кінцевий стан нарізного компресорних труб має зовнішній діаметр дещо з'єднання, що було піддано процесу розширення. менший за внутрішній діаметр колони обсадних

На Фіг.8 зображено першу стадію згвинчуван- труб. ня з'єднання за цим винаходом перед розширен- Обладнання свердловини супроводжується, ням. таким чином, застосуванням великої кількості труб

На Фіг.9 зображено криву крутного моменту різних розмірів, які часто з'єднуються за допомо- згвинчування на стадії, показаній на Ффіг.8. гою нарізних з'єднань з урахуванням переваг з'єд-

На Фіг.10 зображено другу стадію згвинчуван- нання такого типу. Ці труби намагаються зробити ня з'єднання за цим винаходом перед розширен- як можна тоншими для того, щоб позбавитись не- ням. обхідності застосування обсадних труб дуже вели-

На Фіг.11 зображено криву крутного моменту кого діаметра поблизу від поверхні. Однак ураху- згвинчування, показаного на Ффіг.9, що завершуєть- вання напружень і технічних умов, що стосуються ся стадією, показаною на Ффіг.10. нарізних з'єднань, часто веде до того, що їм нада-

На Фіг.12 зображено третю стадію згвинчуван- ють більшу товщину, аніж товщина протокової ді- ня з'єднання за цим винаходом перед розширен- лянки труб; це змушує послідовно збільшувати ням. діаметр концентричних колон у міру заглиблення

На Фіг.13 зображено криву крутного моменту до свердловини. згвинчування, показаного на Фіг.11, що завершу- З'єднання труб між собою відбувається або ється стадією, показаною на фіг.12. шляхом загвинчування нарізних кінців одних труб

На Фіг.14 зображено четверту стадію згвинчу- до нарізних кінців других труб (такі з'єднання нази- вання з'єднання за цим винаходом перед розши- вають бурильним замком), або за допомогою нарі- ренням. зних муфт, які перекривають кінці труб. Труби пос-

На Фіг.15 зображено криву крутного моменту лідовно опускають після згвинчування з кінцем згвинчування, показаного на Ффіг.13, що завершу- попередньої труби або з муфтою.

11 77126 12

Технічні умови Американського Нафтового Ін- діаметра після встановлення на місці; ституту (АРІ) на нафтопродукти та нафтове обла- - нарешті і, головним чином, надання можли- днання (АРІ 5 СТ) визначають як нарізні трубні вості буріння свердловин однакового діаметра на з'єднання між двома трубами великої довжини усій довжині, де кріплення стовбура свердловини ("іпгедга!-(оіпі шШріпд", "ехігете-Ііднї савзіпд"), так і здійснюється колоною труб однакового діаметра, нарізні муфтові з'єднання, що включають два нарі- причому частини колони вводяться до свердлови- зних з'єднання, які дозволяють з'єднувати дві тру- ни у нерозширеному стані з подальшим розши- би великої довжини за допомогою муфти. Герме- ренням іп віш до діаметра частин колони, уже ро- тичність цих з'єднань АРІ забезпечується лише зширених на місці, і з'єднанням із ними. шляхом додання мастила з частинками металу, Завдяки цьому можна буде значно зменшити яке заповнює проміжки між нитками різі. кількість труб, необхідних для спорядження свер-

Зрозуміло, що з'єднання між трубами (або між дловини, з усуненням труб більшого діаметра і трубами і муфтами) повинні залишатись гермети- більшої товщини. Результатом цього є зменшення чними, незважаючи на навантаження, яким підда- вартості свердловини. Можна також передбачити ються труби під час опускання до свердловини і буріння свердловин безпосередньо з колонами під час роботи, та у великому діапазоні підтриму- обсадних труб, які будуть відігравати роль бури- ваної маси, оскільки кожне з'єднання підтримує, льної колони. щонайменше частково, труби, які знаходяться під Підтверджується, що виконання нарізних з'єд- ним. Таким чином, механічні характеристики нарі- нань, що зберігають свої робочі характеристики зних з'єднань виявляються тісно зв'язаними з їхні- після розширення, яке може перевищувати 1095 і ми геометричними характеристиками. навіть досягати 2595, є надзвичайно складним за-

У стандартних (АРІ) нарізних з'єднаннях зав- вданням, тим більше, що вони повинні бути надій- жди існує, незважаючи на застосування мастил із ними (усі з'єднання повинні зберігати свої робочі частинками металу, канал витоку, у якому, завдяки характеристики) і стабільними за умов функціону- проміжку між поверхнями, які не контактують між вання. собою, може циркулювати рідина під високим тис- Патент США Ме5,924,745 і МО 98/42947 розк- ком. Для навантаження від розтяжного зусилля ривають нарізні з'єднання, що зберігають робочі існує пороговий тиск рідини, вище якого об'єднане характеристики у разі розширення. Однак мова у розтягнення-стиснення викликає на нарізних з'єд- цьому разі йде про з'єднання труб Е5Т (розширю- наннях АРІ спочатку течу, наслідком якої може вані розрізні насосно-компресорні труби), що ма- бути роз'єднання різі охоплюваних і охоплюючих ють наскрізні поздовжні розрізи і піддаються діа- ділянок, які контактують між собою. метральному розширенню у глибині

Нарізні з'єднання були об'єктом різних удоско- вуглеводневих свердловин (пропусканням розжи- налень, спрямованих на запобігання вищезгадано- мної оправки через ці труби); після розширення го: наприклад, у патенті Франції Ме1489013, Євро- розрізи пропускають до труби зовнішню рідину пейському патенті Ме0488912, патенті США (вуглеводень родовища) для її підняття на повер-

Мо4,494,777 розкривають спосіб виконання наріз- хню. У цьому разі герметичність з'єднань не має них трубних з'єднань підвищеної герметичності значення, і, оскільки з'єднання знаходяться у гли- ("ргетішт") завдяки опорним поверхням із герме- бині свердловини, вони не піддаються такому ве- тизацією сполучених металевих поверхонь і раді- ликому механічному навантаженню. альним натягом, а також стиковим з'єднанням між Фактично перші пропозиції щодо пластичного охоплюваними і охоплюючими конструктивними розширення колон герметичних труб грунтувались елементами, раціонально розміщеними таким чи- на зварних з'єднаннях (бухти попередньо зварених ном, щоб гарантувати визначену ділянку регулю- встик труб, які потім розмотують із поверхні) або вання натягу між герметичними опорними поверх- також на телескопічних з'єднаннях ("5іїрв"). Однак нями. такі з'єднання не мають робочих характеристик

Як вказувалось, після опускання колони труб нарізних з'єднань, зокрема, коли мова йде про до свердловини, передбачають піддання її діамет- комбінацію механічної міцності, герметичності за ральному розширенню із залишковою пластичною будь-яких умов експлуатації, а також можливості деформацією. Це здійснюють, наприклад, за до- багаторазового послідовного демонта- помогою труборозширювача з примусовим прохо- жу/повторного складання. дженням його усередині колони: дивись патенти Підтверджується, що класичні нарізні трубні або заявки на патент УУО 93/25799, УМО 98/00626, з'єднання, наприклад, за патентом США

МО 99/06670, УУО 99/35368, МО 00/61915, СВ Ме4,494,777, не витримують пластичного діамет- 2344606, ЗВ 2348657. Вони пропонують дуже ці- рального розширення. Після розширення на з'єд- каві можливості: наннях виявляють: - опускання колони невеликих габаритних роз- - відсутність герметичності (що додатково пе- мірів, яка у подальшому піддається примусовому решкоджає здійсненню розширення шляхом гідра- розширенню; влічного проштовхування труборозширювача у - встановлення на місце таким чином колони колоні); обсадних труб, - прогин охоплюваного кінця досередини з'єд- - також закупорювання іп зіш отворів у обсад- нання, що значно зменшує неприйнятним чином них або насосно-компресорних трубах, що виникли внутрішній ефективний діаметр колони унаслідок унаслідок корозії або тертя бурильних труб, або ж утворення внутрішньої опуклості у проміжку, який опускання до свердловин труб невеликих габарит- визначається внутрішнім ефективним діаметром; них розмірів, які будуть розширені до потрібного - руйнування, у певних випадках, кромки охоп-

13 77126 14 люваного кінця унаслідок перевищення здатності ктивний елемент 1. до деформування певних особливо навантажених Він включає в себе зовнішню різь 3, конічну з зон унаслідок коливань товщини вздовж охоплю- трапецеїдальними нитками, і продовжується до ваних і охоплюючих конструктивних елементів свого вільного кінця ненарізаною ділянкою, яка відносно товщини тіла труби. являє собою кільцевий жолобок 21, з кромкою 5, і

Робились спроби виконання нарізних трубних закінчується кільцевою поверхнею 9 охоплюваного з'єднань, які були б здатними витримати операцію кінця. розширення у свердловині і бути герметичними Не дуже глибокий кільцевий жолобок 21 має для рідин і навіть, якщо можливо, для газу після О-подібну форму. згаданої операції розширення. Намагалися також Він починається безпосередньо після різі і йо- досягти того, щоб нарізні трубні з'єднання були го глибина пд є меншою за висоту ниток різі 3. Та- простими і економічними у виробництві. Окрім то- ким чином, дно кільцевого жолобка доходить до го, прагнули, щоб нарізні з'єднання мали добрі основи першої нитки різі. механічні характеристики у процесі експлуатації Довжина Із кільцевого жолобка майже дорів- після розширення, а саме щоб вони у цьому стані нює 4 його глибинам По. мали достатню границю пружності, щоб вони були Кромка 5 має: позбавлені крихкості і щоб вони мали добрі харак- а) зовнішню периферичну поверхню 7 цилінд- теристики розтріскування під впливом Него. ричної форми,

Відомими є нарізні з'єднання, що мають охоп- р) внутрішню периферичну поверхню 19, яка лювану кромку, яка співпадає з охоплюючою кана- відповідає кінцевій зоні внутрішньої периферичної вкою (патент США Ме4,611,838, патент США циліндричної поверхні першої труби 11.

Ме3,870,351, МО /99/08034, патент США Таким чином, кромка 5 має однорідну товщину моб,047,997|. Виявляється, що ці відомі з'єднання еі), що майже дорівнює половині товщини е: труби не зберігають герметичності після пластичного 11. Вона має довжину Її, яка визначається від кінця розширення, яка, втім, для них і не передбача- кільцевого жолобка врівень з поверхнею 15 (ви- лась. значення якої наведено нижче) і майже дорівнює З

Спосіб здійснення з'єднання з герметизацією товщинам еї кромки. сполучених металевих поверхонь у формі пальця, Кінцева охоплювана поверхня 9 утворює біч- пристосований до цієї методики, описують у вище- ний паз. Цей бічний паз складається з поперечної згаданій міжнародній заявці РСТ/РК 01/02005. Од- охоплюваної кільцевої поверхні 15 і кільцевого нак за цим способом здійснення доходять до кое- гребеня 13, який виступає у осьовому напрямку фіцієнтів розширення, більших за механічні суміжно до поперечної поверхні 15. Охоплювана напруження, яких зазнають труби під час прохо- поперечна поверхня 15 знаходиться з боку бічного дження труборозширювача, з виведенням пальця паза і спрямовується досередини нарізного з'єд- з його канавки, з недостатнім рівнем герметичності нання. і навіть із відсутністю герметичності на рівні з'єд- Зовнішня периферична поверхня гребеня 13 нань. знаходиться на продовженні поверхні 7 кромки, у

На Ффіг.1 зображене, у вигляді пояснення, з'єд- той час як його внутрішня периферична поверхня нання за заявкою РСТ/ЕКО1/02005, яка була опуб- 17 є, наприклад, циліндричною. лікована під номером МО 02/01102, що не відпові- Радіальна товщина гребеня 13 є майже іден- дає цьому винаходу, і включає в себе тичною товщині поперечної поверхні 15, у той час охоплюваний нарізний конструктивний елемент 1, як висота гребеня (або його осьової проекції) май- що знаходиться на кінці першої труби 11. Цей охо- же дорівнює радіальній товщині цього самого гре- плюваний конструктивний елемент загвинчується беня. Вона може також бути рівною 1,5 цієї радіа- до упору у охоплюючий нарізний конструктивний льної товщини для забезпечення кращого елемент 2, що знаходиться на кінці другої труби підтримання вільного кінця гребеня під час розши- 12. Внутрішній діаметр охоплюваного нарізного рення. конструктивного елемента тут є рівним внутріш- Охоплюючий конструктивний елемент 2 само- ньому діаметру 01 труб 11, 12. За способом здійс- стійно показано на Фіг.3. нення, показаним на фіг. 1, зовнішній діаметр охо- Він включає в себе, розпочинаючи від вільного плюючого нарізного конструктивного елемента є кінця охоплюючого конструктивного елемента, рівним зовнішньому діаметру ОЕ труб 11, 12 лише внутрішню різь 4 із трапецеїдальними нитками, як приклад. подібну зовнішній різі 3, потім ненарізану ділянку

З'єднання показано на Фіг.1 у стані простого 6. Ця ненарізана ділянка б утворює канавку, що згвинчення до упору перед операцією діаметраль- відповідає і взаємодіє з кромкою 5 охоплюваного ного розширення. конструктивного елемента 1.

Друга труба 12, показана на фігурі, є трубою Охоплююча канавка 6 являє собою перифери- великої довжини. Ця друга труба могла б бути, чну поверхню 8 циліндричної форми, обернену нерепрезентативним чином, муфтою, спорядже- досередини, зв'язану з одного боку з внутрішньою ною з одного боку охоплюючим конструктивним різзю 4 і з другого боку, через охоплюючий виступ елементом 2 і з другого боку другим симетричним 10, із внутрішньою периферичною циліндричною охоплюючим конструктивним елементом або без поверхнею 20 другої труби 12. нього і згвинченою з охоплюваним конструктивним Взагалі, діаметр периферичної поверхні 8 ка- елементом, розміщеним на кінці другої труби ве- навки є дещо більшим за діаметр зовнішньої пе- ликої довжини. риферичної поверхні 7 охоплюваної кромки 5. Та-

На Фіг.2 показано лише охоплюваний констру- ким чином, поверхні 7 і 8 можуть ковзати одна по

15 77126 16 одній із невеликим проміжком під час загвинчуван- двійного конуса з вхідним конусом 31, на якому ня охоплюваного конструктивного елемента в охо- відбувається розширення, середньою циліндрич- плюючий конструктивний елемент, наприклад, із ною частиною 32 і конічною вихідною частиною 33. проміжком 0,2мм. Перевага такого ковзання буде Усі поверхні частин труборозширювача з'єд- показана нижче. нуються між собою узгодженими радіусами з'єд-

Охоплюючий виступ являє собою кільцеву по- нання. верхню 10 виступу, яка є розташована майже від- МО 93/25800 саме розкриває кути вхідних ко- повідним чином і має форму, що майже відповідає нусів, які є найбільш пристосованими для діамет- формі охоплюваної кінцевої поверхні 9. Поверхня рального розширення труб Е5Т (розширювані роз- утворює бічний паз, який складається з охоп- різні насосно-компресорні труби) для експлуатації люючої поперечної кільцевої поверхні 16 і кільце- вуглеводневих свердловин. вого паза 14, прилеглого до поперечної повер- З кінцями труб 11, 12, що мають майже постій- хні 16. ний переріз, особливих проблем під час прохо-

Охоплююча поперечна поверхня 16 розташо- дження труборозширювача не виникає, за умови, вується поряд із бічним пазом, спрямованим досе- що деформованість металу, з якого вони виготов- редини нарізного з'єднання. лені, є достатньою.

Стінка 18 паза 14, прилегла до поперечної по- Проблеми для вирішення виникають унаслідок верхні 16, є, наприклад, циліндричною і може з'єд- того, що нарізні конструктивні елементи на кінцях нуватись з останньою за допомогою фаски або труб мають товщини, менші за товщини тіла труб заокруглення. Протилежна стінка паза знаходить- із місцевими відхиленнями. Вони є більш-менш ся на продовженні периферичної поверхні 8. Під зафіксованими і мають схильність до деформу- час згвинчування нарізного з'єднання, поверхня 17 вання різною мірою між відповідними охоплюва- гребеня "підіймається" по стінці 18 паза доти, доки ними і охоплюючими ділянками. поперечний вільний кінець 25 гребеня не досягне Ці деформації різного рівня, якщо вони здійс- дна 24 паза 14. Осьова висота Пп; гребеня 13 і нюються із застосуванням нарізних з'єднань за осьова глибина Р; паза є такими, що контакт між цим винаходом, надають можливість одержання поперечними поверхнями 15 і 16 досягається ли- герметичного нарізного з'єднання після діаметра- ше після додаткового загвинчування. Незначний льного розширення, не викликаючи утворення міс- проміжок між циліндричними поверхнями 7 і 8 та цевого рельєфу з невиправними дефектами на між поверхнями гребеня і паза, які їх продовжують, внутрішній периферичній поверхні труб. забезпечують можливість видалення мастила на Процес розширення нарізного з'єднання може кінці згвинчування і, таким чином, відповідне пози- бути розкладений на 4 стадії, які зображені на ціонування кромки 5 відносно канавки 6. Фіг.4-7.

Фіг.4А-7 пояснюють явище деформації, що від- Незважаючи на те, що операція розширення бувається під час здійснення діаметрального роз- може бути повністю здійсненою у протилежному ширення (порядку 1595) труб, з'єднаних нарізними напрямку з одержанням адекватних результатів, з'єднаннями, що були описані вище, за допомогою наводять спосіб деформування, якому віддають труборозширювача, яке надає можливість одер- перевагу, за яким труборозширювач переміщуєть- жання, кінець-кінців, розширеного герметичного ся від охоплюваного конструктивного елемента 1 з'єднання. першої труби 11 у напрямку охоплюючого констру-

Наслідком такої деформації, якій піддаються ктивного елемента 2 другої труби 12. металічні матеріали, є пластична деформація ме- а) Стадія розширення на конусі труборозши- талу. рювача

Таким чином, переходять, наприклад, від зов- Фіг.4 показує нарізне з'єднання на цій стадії. нішнього діаметра 139,7мм (5,5дюйма) другої тру- Розширення здійснюється вхідним конусом 31 би 12 перед розширенням, яка, таким чином, зна- труборозширювача 30, і Фіг.4 показує зовнішню З і ходиться на ще не деформованій ділянці, до внутрішню 4 різі під час діаметрального розши- ділянки першої розширеної труби 11 зовнішнім рення. діаметром 157 ,5мм (б,2дюйма) яка ще не піддава- На Фіг.4, вхідний конус 31 труборозширювача лась деформуванню (перед або за вихідним кону- 30 починає деформацію охоплюваної кромки і зо- сом 33 труборозширювача). Труборозширювач, ни відповідної внутрішньої канавки шляхом їх зги- таким чином, повинен застосовуватись на трубах нання для нахилу відносно осі з'єднання. із металу, який сприймає такі пластичні дефор- Впродовж цієї стадії розширення сили протидії мації. проходженню труборозширювача 30 поступово

Спричинені пластичні деформації підвищують переносяться з першої труби 11 до другої тру- границю пружності виробів: границя пружності би 12. труби, яка початково становила 310МпПа, підвищу- Завдяки цим силам протидії, охоплювана кро- ється після деформації до рівня З80МПа. мка 5 впродовж цієї стадії розширення притиска-

Діаметральне розширення здійснюють відо- ється у осьовому напрямку кільцевою поверхнею мим способом за допомогою труборозширювача охоплюючого виступу 10. (Фіг.4) відповідного максимального діаметра. Кінець стадії розширення відповідає нахо-

Проходження цього труборозширювача у трубах дженню вільного кінця охоплюваного конструктив- здійснюють або шляхом його протягування за до- ного елемента на кінець вхідного конуса 31 трубо- помогою бурової штанги, або шляхом проштовху- розширювача. вання, наприклад, гідравлічним тиском. р) Стадія згинання

Труборозширювач має, наприклад, форму по- Впродовж цієї стадії охоплювана кромка зна-

17 77126 18 ходиться на рівні центральної частини 32 труборо- ном, до випрямлення. зширювача: дивись фіг.5. Згинальний момент, викликаний цими напру- ї) охоплювана кромка женнями, є пропорційним товщині матеріалу перед

Кожен із двох кінців охоплюваної кромки 5 під- випрямленням. Під час доходження до ділянки дається дії протилежно спрямованих згинальних труби 12 повної товщини (зона 22), згинальний моментів. момент не є достатнім для випрямлення внутріш-

Поверхня охоплюваного кінця 9 підтримується ньої периферичної зони охоплюючої канавки, яка у відповідному положенні на поверхні охоплюючо- намагається опуститись у цьому разі у напрямку го виступу 10 фактично завдяки бічним пазам з осі виробу. Ця поведінка проявляється локальним опорними поверхнями 15, 16 і системі зачеплення зменшенням зовнішнього діаметра труби 12. гребінь 13/паз 14. ї) охоплювана кромка

Зачеплення бічних пазів примушує зону віль- Поступово, у міру випрямлення охоплюваної ного кінця охоплюваної кромки 5 зайняти кут нахи- частини, різниця осьової перешкоди, яка була лу зони 22 повної товщини охоплюючого конструк- утворена вигином, зменшується. Охоплювана тивного елемента за виступом. Ця зона все ще кромка 5, таким чином, поступово виходить зі ста- знаходиться у процесі розширення на вхідному ну стиснення. Це відбувається з роз'єднанням по- конусі 31 труборозширювача і створює, таким чи- верхонь 15, 16, які початково були з'єднані встик. ном, згинальний момент на цьому рівні. Це явище підсилюється "зануренням" внутрішньої

Другий кінець кромки, з боку зовнішньої різі 3, периферичної поверхні 8 охоплюючої канавки, яке вже є позбавленим опори і піддає, у протилежність викликає ефект розкриття стикових з'єднань цьому, кромку згинальному моменту, спрямовано- 15, 16. му протилежно згинальному моменту на вільному Деформація у вигляді банану, яка виникла на кінці кромки. попередній стадії, зберігається.

Згинальні моменти протилежного знаку на а) Кінцевий стан двох кінцях охоплюваної кромки викликають ви- Фіг.7 показує кінцевий стан нарізного з'єднан- кривлення охоплюваної кромки 5 у вигляді банану, ня після проходження труборозширювача. як показано на Фіг.5, де зовнішня периферична Стан окружних напружень, викликаний розши- поверхня 7 кромки 5 набуває бочкоподібної опук- ренням, веде до утворення натягу між зовнішньою лої форми. периферичною поверхнею 7 охоплюваної кромки і

Стан осьового стиснення охоплюваної кромки внутрішньою поверхнею 8 охоплюючої канавки. на кінці стадії розширення полегшує його викри- Можна, у цьому разі, говорити про самоутворення вляння під дією згинальних моментів. натягу між поверхнями 7, 8 нарізного з'єднання у

Кільцевий жолобок 21, що знаходиться між стані розширення, що може забезпечувати герме- охоплюваною кромкою 5 і зовнішньою різзю 3, віді- тичність. Охоплювана кромка 5 не опускається у грає роль пластичного шарніра, що підсилює ви- напрямку осі, оскільки радіальне зміщення, викли- кривлення охоплюваної кромки з обмеженням ши- кане зачепленням бічних пазів 9, 10 викликає до- рини, на якій може здійснюватись це викривлення. статній рівень пластичного деформування.

У цьому випадку слід наглядати за тим, щоб Відновлення пружної деформації елементів напруження осьового стиснення на рівні охоплю- нарізного з'єднання після проходження трубороз- ваної кромки не викликали поздовжнього вигину ширювача є незначним, порівняно зі створеними металу 23 під кільцевим жолобком. Цей поздовж- пластичними деформаціями. ній вигин проявляється опуклістю металу під кіль- Радіальний натяг викликає контактний тиск цевим жолобком відносно внутрішньої перифери- величиною у декілька десятків МПа, навіть більше чної поверхні 19. за 100МПа, що є достатнім для забезпечення гер- ії) охоплююча канавка метичності при внутрішньому або зовнішньому

Такому самому явищу вигину піддається охоп- тиску на нарізне з'єднання. Довжина ділянки натя- лююча канавка. гу є достатньою на усій периферичній частині по-

Зона 22 повної товщини, що є відносно жорст- верхонь контакту для забезпечення стабільної кою порівняно із відносно тонкими зонами кромки, герметичності між ними. піддається, під час проходження на рівні середньої Герметичність, окрім того, є необхідною у тому частини, додатковому розширенню таким чином, разі, коли розширення здійснюють шляхом гідрав- що внутрішній діаметр зони 22 стає більшим за лічного проштовхування труборозширювача 30 під діаметр середньої зони 32 труборозширювача. тиском від ТЛ0МПа до З0МПа. Будь-який витік на

Явище додаткового розширення описується у до- рівні вже розширених з'єднань перешкоджає по- кументі УМО 93/25800. дальшому проникненню труборозширювача у ко- с) Стадія випрямлення лоні і, тим самим, припиняє процес розширення.

Ця стадія, що ілюструється Фіг.б, відповідає Слід звернути увагу на те, що у кінцевому ста- проходженню охоплюючої зони 22 повної товщини ні може статися таке, що гребінь 13 більше не зна- над середньою частиною 32 труборозширюва- ходиться у пазі 14. ча 30. Наслідком того, що поверхня охоплюваного кі- ї) охоплююча канавка нця 9 не знаходиться у зачепленні з поверхнею

Вигин, викликаний на попередній стадії, має охоплюючого виступу 10, є опускання цього кінця схильність бути зведеним до нуля під дією напру- на стадії випрямлення, що веде до роз'єднання ження розтягання і окружних напружень, завдяки поперечних поверхонь 15 і 16, які початково з'єд- чому виникає стан осьових напружень зворотного нувались встик, і виникнення неприйнятного ви- вигину відносно викривлення, що веде, таким чи- ступу внутрішнього кінця охоплюваної кромки

19 77126 20 досередини колони. Унаслідок перешкоди, що ви- На Фіг.8 зображено з'єднання, що включає никла, через колону більше не можна опускати охоплюваний нарізний конструктивний елемент 1, обладнання або бурові інструменти. який має зовнішню різь З, що знаходиться на кінці

Надто великий проміжок між периферичною першої труби 11. Цей охоплюваний конструктив- поверхнею 7 охоплюваної кромки 5 і периферич- ний елемент знаходиться у процесі загвинчування ною поверхнею 8 охоплюючої канавки нарізного у охоплюючий нарізний конструктивний елемент 2, з'єднання перешкоджає утворенню натягу між ци- який має внутрішню різь 4, що знаходиться на кінці ми поверхнями на кінці операції розширення. другої труби 12.

Радіальний натяг цих поверхонь у початково- Кільцева кромка 5 має периферичну поверхню му стані перед розширенням може призвести до 7, обернену у радіальному напрямку назовні. На виникнення різних деформацій (викривлення, ви- цій периферичній поверхні 7 кромки, на деякій прямлення) між цими поверхнями під час операції відстані від зовнішньої різі, знаходиться кільцевий розширення; різні деформації надають можливість жолобок 21, за яким іде перша циліндрична пове- утворення натягу між цими поверхнями на кінці рхня, потім скісний виступ 43 і друга циліндрична операції розширення. Вони викликають ризик заї- поверхня. Перша циліндрична поверхня має діа- дання цих поверхонь під час згвинчування і неза- метр, менший за діаметр другої циліндричної по- довільне позиціонування конструктивних елемен- верхні. тів із невідповідним зачепленням поверхонь 9 і 10, Канавка 6 має периферичну поверхню 8, обе- а звідси і утворення натягу між поверхнями 7 ів рнену у радіальному напрямку досередини. На цій посередньої якості після розширення. периферичній поверхні 8 канавки, на деякій відс-

За способом здійснення, якому віддають пере- тані від внутрішньої різі, перший скісний виступ 42, вагу, форма бічного кільцевого паза з поперечни- за яким іде другий скісний виступ 41, розміщено ми поверхнями 15, 16 і система гребінь 13/паз 14 таким чином, що циліндрична, верхівка між цими перешкоджають опусканню охоплюваного вільного двома скісними виступами утворює кільцевий ви- кінця під час розширення. Можливими є інші спо- ступ 40. Кільцевий виступ має висоту порядку де- соби виконання затиснутих поверхонь 9, 10 із ме- кількох десятих міліметра (наприклад, 0,4мм). тою одержання такого самого результату. На Ффіг.8, Фіг.10, Фіг.12 і Фіг.14 зображені стадії

Занадто тонка охоплювана кромка 5, товщина складання з'єднання за цим винаходом. фіг.9, якої є меншою за третину товщини труб 11, 12, не Фіг.11, Фіг.13 ї Фіг.15 ілюструють крутний момент дозволяє здійснення ефективного стикового з'єд- затягування, пов'язаний зі стадіями складання. нання на рівні поперечних поверхонь 15, 16. Так, Фіг.8 ілюструє початкову стадію згвинчу-

Якщо товщина еї охоплюваної кромки 5, у про- вання з'єднання за цим винаходом. Периферична тилежність до цього, перевищує 2/3 товщини труб поверхня 7 кромки пересувається з обертанням по 11, 12, товщина труби 12 на рівні зони охоплюючої периферичній поверхні 8 канавки. Фіг.9 показує канавки веде до виникнення критичного перерізу прямолінійний розвиток із невеликим градієнтом занадто слабкої внутрішньої різі 4 і, як наслідок, крутого моменту затягування, що є необхідним для недостатньої міцності різі у разі деформації роз- цієї стадії згвинчування А. тягу. Фіг.10 ілюструє проходження вершини виступу

Відношення довжина/товщина охоплюваної 40 кромкою 5. Так, під час осьового пересування кромки 5 визначає поведінку кромки 5 при стис- охоплюваного конструктивного елемента 1, скіс- ненні та згині. ний виступ 42, який частково утворює виступ 40 на

Охоплювана кромка 5 з довжиною Ії, меншою охоплюючому конструктивному елементі, переш- за її товщину, не дозволяє достатнього згину пе- коджає розвитку осьового пересування охоплюва- риферичної поверхні 7 охоплюваної кромки 5 і/або ного конструктивного елемента 1. Унаслідок цього випрямлення периферичної поверхні 8 охоплюю- значення крутного моменту затягування зростає чої канавки. для того, щоб кромка 5 подолала скісний виступ

Наслідком того, що охоплювана кромка 5 має 42. Після цього кромка піддається радіальним на- довжину Ії, яка більше ніж у 4 рази перевищує її пруженням, які намагаються піддати її радіально- товщину еі), може бути виникнення поздовжнього му пружному стисненню. Ця стадія згвинчування згину охоплюваної кромки і виникнення її внутріш- показана на Фіг.11: градієнт крутного моменту ньої опуклості з боку різі. згвинчування зростає на ділянці В. Крутний мо-

Це явище підсилюється присутністю кільцево- мент згвинчування у подальшому зберігає незмін- го жолобка 21 між зовнішньою різзю З і охоплюва- ний градієнт, завдяки чому вершина виступу 40 ною кромкою 5. контактує з другою циліндричною поверхнею.

З цієї причини, за варіантом, якому віддають Фіг.12 ілюструє закінчення проходження вер- перевагу, глибина кільцевого жолобка обмежуєть- шини виступу 40 кромкою 5. Так, коли скісний ви- ся висотою нитки різі і його довжина обмежується ступ 43 кромки 5 приходить на рівень скісного ви- відносно глибини. ступу 41 канавки, зменшуються радіальні

Гребінь 13 з недостатньою радіальною товщи- напруження на кромку 5, яка, унаслідок цього, ною і осьовою висотою, меншою за радіальну то- пружно ослаблюється. Крутний момент згвинчу- вщину, не може бути забезпеченим достатнім сту- вання у цьому разі також значно зменшується. На пенем підтримки під час розширення. Фіг.13 це явище передається негативним градієн-

На Фіг.8 показана одна з двох симетричних ді- том крутного моменту загвинчування на ділянці С. лянок осьового перерізу першого способу здійс- Після цього гребінь 13 контактує з верхньою пове- нення з'єднання за цим винаходом на стадії згвин- рхнею паза 14 для розміщення у ньому. Крутний чування. момент згвинчування у цьому разі відповідає діля-

21 77126 22 нці О, на якій показано, що градієнт крутного мо- приблизно 1Омм, що з'єднується з боку другої менту згвинчування знову стає позитивним. Цей осьової опорної поверхні 10 із першою ділянкою градієнт дещо перевищує градієнт ділянки А. периферичної стінки 45 і з протилежного боку з

Оскільки радіальна товщина гребеня 13 є де- другою ділянкою периферичної стінки, що утворює що меншою за товщину паза 14, їхні внутрішні вершину виступу 40, меншого діаметра, аніж діля- поверхні взаємно не контактують. нка стінки 45, де перший скісний виступ 41 визна-

Фіг.14 ілюструє закінчення введення гребеня чає бічну поверхню виїмки 44 з боку виступу. 13 у паз 14. Так, за Фіг.14, осьовий розмір гребеня За цим самим варіантом, периферична повер- 13 є достатнім для того, щоб могло утворитись хня 7 кромки, обернена у радіальному напрямку його осьове з'єднання встик із дном 24 паза 14. назовні, має циліндричну ділянку 47, що знахо-

Фіг.15 показує надлишковий крутний момент згви- диться між першим скісним виступом 43 і першою нчування на ділянці Е, що відповідає контактному осьовою опорною поверхнею 9. Зона між дном тиску між гребенем 13 і пазом 14. Окрім того, на виїмки 44 і циліндричною ділянкою 47 є тим про- цій стадії між верхніми периферичними поверхня- міжком, що забезпечує можливість відповідного ми гребеня 13 і паза 14 може бути одержаний пев- видалення мастила під час загвинчування. ний ступінь герметичності. Під час розширення з'єднання, увігнута форма

За іншим геометричним виконанням гребеня виїмки 44 надає відповідної опуклої форми пери- 13, останній не має достатньо великого осьового феричній поверхні 7 кромки, максимальний діа- розміру для контактування з дном паза 14. Над- метр якої, завдяки цьому, збільшується порівняно лишковий крутний момент згвинчування, показа- з діаметром, який одержують із конфігурацією фі- ний на Фіг.15, відповідає випадку, коли кільцева гури 14, завдяки чому контактний тиск ущільнюва- охоплювана поверхня 15 упирається у охоплюючу льних поверхонь двох конструктивних елементів кільцеву поверхню 16. збільшується, наслідком чого є більш стабільна

На стадіях згвинчування О та Е, скісні виступи герметичність. 41 канавки і 43 кромки знаходяться один проти За способом здійснення винаходу, якому від- одного. дають перевагу, з'єднання на останній стадії за-

Вигідним є те, що під час збирання з'єднання гвинчування може піддаватись розширенню з ко- ділянки В і С дозволяють визначити, що виступ ефіцієнтом розширення у межах від 1095 до 25965, пройшов, вказуючи на останню стадію згвинчу- де коефіцієнт розширення, якому віддають пере- вання. вагу, становить 1595.

Поверхня 9 охоплюваного кінця кромки, що На Фіг.16, скісний виступ 41 канавки і скісний утворює першу осьову опорну поверхню, включає виступ 43 кромки є рознесеними у осьовому на- гребінь 13, кільцеві краї якого є заокругленими. прямку на відстань 1. Ця осьова відстань 1 зале-

Поверхня охоплюючого виступу 10 канавки, жить від вибраного коефіцієнта розширення з'єд- що утворює другу осьову опорну поверхню, вклю- нання таким чином, що у разі радіального чає паз 14 і поперечну кільцеву охоплюючи повер- деформування відповідно до вибраного коефіцієн- хню 16, де кільцевий край, що зв'язує паз із кіль- та розширення скісний виступ 41 канавки і скісний цевою поверхнею 16, є заокругленим. Цей виступ 43 з'єднуються з утворенням герметичного заокруглений край взаємодіє з внутрішнім заокруг- контакту. леним краєм гребеня 13 на стадії згвинчування, Радіальне розширення викликає осьову дефо- що потребує введення гребеня 13 у паз 14 між рмацію, наслідком якої є взаємне зміщення скісно- стадіями СІЮ. го виступу 41 канавки і скісного виступу 43 кромки.

Подібним чином, скісний виступ 43 охоплюва- Осьовий напрямок розширення не має значення, ної кромки з'єднується заокругленням, у напрямку оскільки контактування між скісними виступами 41 кінця кромки, з ділянкою периферичної поверхні, і 43 є наслідком наближення скісного виступу 41 оберненої у радіальному напрямку назовні. Це канавки до скісного виступу 43 кромки або, навпа- кільцеве заокруглення має радіус викривлення ки, наближення скісного виступу 43 кромки до скіс- порядку декількох міліметрів (наприклад, 5мм) ного виступу 41 канавки.

За варіантом, якому віддають перевагу, скісні У разі 1595 коефіцієнта розширення, осьова виступи 41 і 42 канавки визначають межі кільцево- відстань 1 становить декілька міліметрів (напри- го виступу. Вершина цього кільцевого виступу клад, 2мм). включає циліндричну поверхню, межа якої з кож- На Фіг.17 з'єднання зображене після розши- ного боку встановлюється заокругленням. Кільце- рення відповідно до вибраного коефіцієнта розши- ве заокруглення кожного скісного виступу 41 і42 рення, наприклад, 1595, як описувалось вище. має радіус викривлення порядку декількох міліме- Таким чином, наслідком радіальних деформа- трів (наприклад, 5мм і Умм, відповідно). цій розширення є осьові деформації кромки 5 і

Ці кільцеві заокруглення скісних виступів 41 і канавки 6. Скісний виступ 43 кромки контактує, 42 канавки взаємодіють із заокругленим зовнішнім щонайменше у точці РЕ, зі скісним виступом 41 краєм гребеня 13 на стадіях згвинчування В і С. кромки, або навпаки. Цей герметичний контакт

Таким чином, кільцеве заокруглення скісного залишається стабільним навіть у разі напруження виступу 42 канавки дозволяє зменшити ризик заї- розтягування. У разі коефіцієнта розширення, бі- дання під час проходження гребеня. льшого за вибране теоретичне значення, гермети-

У варіанті, зображеному на Фіг.16, перифери- чний контакт посилюється. чна поверхня 8 канавки, обернена у радіальному Виїмка надає охоплюваній кромці більше міс- напрямку досередини, має кільцеву виїмку 44 увіг- цеве викривлення, яке сприяє контакту між гребе- нутого майже дугоподібного профілю радіусом нем 13 і бічною поверхнею 18 паза 14. Цей контакт

23 77126 24 дозволяє блокувати і стабілізувати поведінку кро- на відстані, що дорівнює 9,38мм, завдяки чому мки під тиском, особливо внутрішнім, рідини. край виїмки, протилежний пазу, знаходиться на-

Охоплюючий конструктивний елемент 2 вихід- впроти ділянки зовнішньої циліндричної поверхні ного трубного з'єднання, зображений на фіг.18, 51 охоплюваної кромки. відрізняється від охоплюючого конструктивного Під час радіального розширення на охоплюва- елемента, показаного на фіг. 16, з одного боку, ному виступі утворюється виступ 52, як описува- відсутністю виступу 42 і виступу 40, межі якого лось у зв'язку з Фіг.19. Цей виступ взаємодіє з ви- перший встановлював разом із виступом 41, з ін- ступом 41, як описувалось. шого боку, усуненням ділянки периферичної стінки Охоплювана кромка, зображена на Ффіг.22, має 45. Периферична поверхня 8 канавки, обернена у профіль, подібний профілю кромки, показаної на радіальному напрямку досередини, включає, та- Фіг.16. Його периферична поверхня 7, обернена у ким чином, виїмку 44, яка з'єднується безпосеред- радіальному напрямку назовні, включає, таким ньо з дном 24 паза 14, і ділянку циліндричної стін- чином, починаючи від краю 25 гребеня 13, першу ки 50, що з'єднується з виїмкою 44 напроти паза ділянку циліндричної стінки 47, що з'єднується 14. Виступ 43 охоплюваного конструктивного еле- скісним виступом 43 із другою ділянкою циліндри- мента 1 також є усуненим, завдяки чому перифе- чної стінки 60 меншого діаметра, за якою йде кіль- рична поверхня 7 кромки, обернена у радіальному цевий жолобок 21. Профіль канавки охоплюючого напрямку назовні, включає ділянку циліндричної конструктивного елемента, показаного на Ффіг.22, є поверхні 51, що безперервно тягнеться після кіль- аналогічним профілю, показаному на Фіг.20, за цевого жолобка 21 до кінця 25 гребеня 13. Цилінд- винятком того, що діаметр ділянки циліндричної ричні поверхні 50 і 51 знаходяться одна проти дру- стінки 61, що знаходиться між виїмкою 44 і дном гої з невеликим проміжком на ділянці довжини 24 паза 14, є меншим за діаметр ділянки цилінд- з'єднання, що знаходиться між кільцевим жолоб- ричної поверхні 62, що з'єднується з виїмкою, на- ком 21 і виїмкою 44, що повністю ліквідує ризик впроти паза 14. Діаметр ділянки поверхні 61 є, заїдання під час згвинчування. таким чином, дещо меншим за діаметр ділянки

Наприклад, для трубного з'єднання зовнішнім поверхні 47, наслідком чого є радіальний натяг цих діаметром 193,7мм (7,625дюйма), радіус викрив- поверхонь під час згвинчування з'єднання. лення профілю виїмки 44 може дорівнювати Натомість, діаметр ділянки поверхні 62 є бі- 6,31мм, ширина 6,76мм і глибина порядку декіль- льшим за діаметр ділянки поверхні 47, що ліквідує кох десятих долей мм. ризик заїдання цих поверхонь під час згвинчу-

Під час проходження труборозширювача, з вання. причини радіального зусилля з боку охоплюваної Наприклад, для вихідного трубного з'єднання кромки, ділянка циліндричної поверхні 51, що зна- зовнішнім діаметром 152,4мм (бдюймів), профіль ходиться проти виїмки 44, набуває бочкоподібної виїмки 44 може мати радіус викривлення 10,4мм, форми для проникнення до вільного проміжку, центрований на відстані 3,7мм від поверхні кінця межі якого встановлюються виїмкою. Таким чином, 25 гребеня 13, осьову ширину 4,9мм; максимальна на периферичній поверхні 7 утворюється виступ глибина виїмки може дорівнювати 0,445мм віднос- 52, який з'єднується з виступом 41, що утворюєть- но ділянки поверхні 61 і 0,19мм відносно ділянки ся бічною поверхнею виїмки 44. Таким же чином, поверхні 62. Різниця діаметра між цими двома як і виступи 41 і 43, показані на Фіг.17, виступи 41 і частинами поверхні становить, таким чином, 52, показані на Фіг.19, під час розширення зміщу- 0,51мм. ються у осьовому напрямку один відносно другого Під час радіального розширення, поряд з іс- зі зростаючим осьовим стисненням, яке веде до нуючим виступом 43 на зонах 43 і 47 периферич- герметичного контакту. ної поверхні 7 охоплюваної кромки утворюється

На вихідному трубному з'єднанні, частково зо- виступ 63, як описано у зв'язку з Фіг.19, що взає- браженому на Фіг.20, охоплюваний конструктивний модіє з виступом 41, як описувалось. елемент 1 є ідентичним до відповідного конструк- Виїмка надає охоплюваній кромці більше міс- тивного елемента, показаного на Фіг.18. Нато- цеве викривлення, яке сприяє контакту між гребе- мість, виїмка 44 охоплюючого конструктивного нем 13 і бічною поверхнею 18 паза 14. Цей контакт елемента 2 є зсунутою у осьовому напрямку від- дозволяє блокувати і стабілізувати поведінку кро- носно виїмки охоплюючого конструктивного еле- мки під тиском, особливо внутрішнім, рідини. мента, показаного на Ффіг.18. Таким чином, пери- За способами здійснення, зображеними на ферична поверхня 8 канавки включає, з одного і з Фіг.16, Фіг.18, фіг.20 і Фіг.22, глибина виїмки зна- другого боку виїмки 44 і у поєднанні з нею, дві ді- ходиться у межах 0,05-1мм і, за варіантом, якому лянки циліндричних поверхонь такого самого діа- віддають перевагу, є меншою за 0,5мм. Ця глиби- метра, а саме першу ділянку 55, що проходить до на визначається, коли виїмка знаходиться між дна 24 паза 14 і другу ділянку 56, що проходить двома ділянками периферичної стінки різних діа- навпроти паза. Ділянка 55 розміщується з невели- метрів, як радіальна висота більш високої з цих ким проміжком відносно циліндричної поверхні двох бічних поверхонь. охоплюваної кромки, і ділянка 56 знаходиться на- Під час виготовлення вихідного трубного з'єд- впроти кільцевого жолобка 21. Завдяки цій конфі- нання на одну і/або другу з поверхонь, призначе- гурації повністю ліквідується ризик заїдання під них для взаємного герметичного контакту, можна час згвинчування. ефективно наносити шар пластичного матеріалу,

Профіль виїмки є, наприклад, ідентичним як описано у заявці на патент Ме0200053 від З січ- профілю, який було описано у зв'язку з Ффіг.18. ня 2002 року. Цей пластичний шар дозволяє запо-

Центр її викривлення знаходиться від дна 24 паза внити нерівності металів, що застосовуються для

25 77126 26 охоплюваного конструктивного елемента 1 і для дженням вздовж усієї або частини довжини різі, охоплюючого конструктивного елемента 2. Зона яку треба буде нарізати. контакту між скісним виступом кромки і скісним Подібним чином, можна зменшити внутрішній виступом канавки після розширення збільшується. діаметр поблизу кінця охоплюваного конструктив-

Як відомо само по собі, для запобігання аси- ного елемента шляхом витягання, яке здійснюють метрії при виконанні різі і, як наслідок, зменшення перед механічною обробкою. механічної міцності з'єднань унаслідок того, що Операції розширення і витягання можуть здій- відповідні зовнішні і внутрішні діаметри труб не є снюватись із постійним діаметром або з діамет- концентричними під час їх виготовлення, перед ром, що збільшується для охоплюючого конструк- нарізанням різі можна здійснити розширення зов- тивного елемента, зменшується для охоплюваного нішнього діаметра, розпочинаючи з вільного кінця конструктивного елемента, у напрямку кінця. охоплюючого конструктивного елемента с прохо- я з ай й мо т о. -53 я -й -е сен сок І в. г т дути НН Й по 7, 2825 х я Ек юку ЗУ х, и ЯР ктттютя Б з ; ЕК Пре ; ПО О щО Оля СЕТ ші в Що м) Ту з сю - Він т в-о|я т ж сю

Фіг Фіг.

Е Ір За й

Га -

З Вт і Шк 5 АВ х М СООО КК доттн нннн рі ще хіх Її | Е КОМ ! й ої з ю | пар вчи зо мими шин ві пе 33 з юю М 5 ка шК Є -

Фіг.3 | Фіг. ли ше С А и 23 мл БВ ль кА КА ХНН ще и: ШОУ і вве сли ДІ я пін шнійє пе чн чн нич, с І : жк онов кнтетт ска чт Я и г ї у | і і; рекет "7 і; 1 й і» М Бе | о Е ж в у ще ШШШШ-ЩШЩЗ ШТ АУ Ах І-ї -; х й. ! / Ат С

КЕ ЗХ 8 ле З 33 т Ла ЗО т З

Фіг.5 Фіг.б

Яка ос «Е лов 12 ь і і ст з р 3 ще КУ ли ру й и; й у" а і х з ее хх ї їх и й й Й Кз й би й й га ни я ії

ІЗ З ас и Ка Е

Ме Ш Яд хи Кк ї ї у їй груша і і чне - ян вів й у , с ков Я в т 5 5 -20 4 8 5

Фіг.7 Фіг. ; й ця гя роз дн

З і я. Й; пд Й ; " й щу кв і ІНК С ши в. і / й а ті " Дн інет, в

Ффіг.9 Фіг.10

27 77126 28 й

ЕН) ря В, ж а ЕЕ сне їх - -х у КЕ 5-4 В

Фіг.11 Фіг.12 м й ле ва а м З 4 са ДК й ї в редис сій А і пи С УГХ ше ди

Тони рн нм виш ди Б

ЕЕ нн 3 5, я ав 5

Фіг. 13 Фіг.14 щу АЗС 08-х оно На лин ша и НИ пови ІІІ,

Й в пи м д ик з : у що осн п ен КМ, У 7 Й М ух, х х ца і: ; 98 ке

Фіг.15 Фіг.16 т і а и ря й 7 23 и КИ тя -х - я ї У в м ран ра рана: ра и пра я зи ія,

КК їх й с з й М 1 5 рені " І 14 с й - і

Й - аа ра А КАМ М. Ще - І х ве : ми - ів Ва й Ід й Ма. фіг.17 Фіг.15 ; с й

ІДД Іди рана | А па а, ДІ чі и й Ше ге ра ях а ма Гея мо нн ий 2 , щ у, - й і ще й ! А х то, я

Ко й ра ра ій ри ри А ; ри р | ра , ли Я рі й Ал у, і В Й ях - У - -- й У Ї м с х » с. г. сонні з у

А ке с сч о м ше м і А їй я 7 оці у у А

Ко за ОХ я М ше и ше і цк че ше і чу т іш , Сея ій м ч ся С Ше «ах : ! ї - хол Зв 5 - : Фіг.19 фіг.20 пи но Б денну - нт г я, із «3

Йон ну іх Ше шу ЧИЯ -- З Й й - Б 13 25 25 о ра р тр л ра рі ра: ра ра на ве Щи ' а А я л, А й и М рак рр ву -ї у по Я х - нн й Ач и пн не ж ше Кх і ОМ х. » пече ;

УМ М Я А их х з їх ЧІ ОАЕ и

М. ку о с Че ше ча з : ра І хх Кх . М УМ Й і ; Ко ; ду с-ще К, - и х вв й х 5 йо

Фіг. в «іг.22

29 77126 30 ач дуття З а а есте х х

Фіг.23 яв

Комп'ютерна верстка 0. Гапоненко Підписне Тираж 26 прим.

Міністерство освіти і науки України

Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна

ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601