Двухупорное резьбовое соединение

Полезная модель относится к резьбовым соединениям труб и может быть использована, например, для соединения элементов бурильной колонны при строительстве вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин.
Известно соединение бурильной колонны ГОСТ 27834-95 содержащее муфту с резьбой на внутренней поверхности и наружным упорным торцом, ниппель с соответствующей резьбой на наружной поверхности, наружным упорным торцом.
Недостатком такого соединения является низкая надежность, что объясняется низкой сопротивляемостью повышенному крутящему моменту, отсутствием внутреннего упора соединяемых деталей.
Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является соединение бурильных труб (патент RU 88729 U1, МПК Е21В 31/00 (2006.01), опубл. 2009 г.), содержащее муфту с резьбой на внутренней поверхности, наружным и внутренним упорными торцами, ниппель с соответствующей резьбой на наружной поверхности, наружным упорным торцом и носиком с внутренним упорным торцом.
Наличие второго упора повышает сопротивляемость соединения повышенному крутящему моменту.
Однако, в таком соединении не определена необходимая длина ниппеля, обеспечивающая равномерное распределение нагрузки по виткам, что необходимо для повышения долговечности и надежности работы соединения.
Технической задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является повышение надежности работы соединения в сложных условиях за счет обеспечения требуемых прочностных характеристик и равномерного распределения нагрузки по виткам резьбы.
Указанный технический результат достигается за счет усовершенствования двухупорного резьбового соединения, содержащего муфту с резьбой на внутренней поверхности, наружным и внутренним упорными торцами, ниппель с соответствующей резьбой на наружной поверхности, наружным упорным торцом и носиком с внутренним упорным торцом.
Это усовершенствование заключается в том, что длина ниппеля
H
L определяется соотношением:
H
oc
нн
L≥L+P⋅n+L, где:
oc
L - расстояние от внешнего упорного торца до опасного сечения ниппеля, которое находится в первом полном витке зацепления;
Р - шаг резьбы;
нн
L - длина носика ниппеля;
а
2
n - минимально допустимое количество рабочих витков в резьбе, определяемое как корень уравнения: ⋅n+b⋅n+c=0, где:
а
=-0,5⋅π⋅P⋅K⋅(t+P⋅K),
где: K - конусность резьбы;
t - ширина витка в основании впадины резьбы;
1
oc
1
oc
нн
1
b=π⋅[t⋅(D-K⋅L-2⋅h)+P⋅K⋅(D-(L+L)⋅K-2⋅h)],
где:
1
D - наружный диаметр резьбы большего основания конуса ниппеля,
h - рабочая высота профиля резьбы,
1
h - высота профиля резьбы;
где:
d - внутренний диаметр замка ниппеля.
H
Выполнение длины ниппеля L, определяемой вышеприведенным соотношением, обеспечивает работоспособность соединения и равномерное распределение нагрузки по виткам резьбы, что необходимо для надежной передачи осевой нагрузка от ниппеля через резьбу муфте и ее уравновешивание реакцией обоих упоров.
При количестве рабочих витков в резьбе меньше n увеличивается нагрузка на витки, что снижает надежность соединения.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором на фиг. 1 изображено заявляемое соединение, на фиг. 2 - выносной элемент I на фиг. 1.
H
Двухупорное резьбовое соединение содержит муфту 1 с резьбой на внутренней поверхности 2, наружным 3 и внутренним 4 упорными торцами, ниппель 5 с соответствующей резьбой на наружной поверхности 6, наружным упорным торцом 7 и носиком 8 с внутренним упорным торцом 9. Длина L ниппеля 5 определяется соотношением:
H
oc
нн
L≥L+P⋅n+L, где:
oc
L - расстояние от внешнего упорного торца до опасного сечения ниппеля, которое находится в первом полном витке зацепления;
Р - шаг резьбы;
нн
L - длина носика ниппеля;
а
2
n - минимально допустимое количество рабочих витков в резьбе, зависит от условия работоспособности соединения при срезе (смятии) витков резьбы и определяется как корень уравнения: ⋅n+b⋅n+с=0, где:
а
=-0,5⋅π⋅P⋅K⋅(t+P⋅K),
где K - конусность резьбы,
t - ширина витка в основании впадины резьбы,
1
oc
1
oc
нн
1
b=π⋅[t⋅(D-K⋅L-2⋅h)+P⋅K⋅(D-(L+L)⋅K-2⋅h)],
где:
1
D - наружный диаметр резьбы большего основания конуса ниппеля,
h - рабочая высота профиля резьбы,
1
h - высота профиля резьбы;
где:
d - внутренний диаметр замка ниппеля.
H
Выполнение длины L ниппеля 5, определяемой вышеприведенным соотношением, обеспечивает работоспособность соединения и равномерное распределение нагрузки по виткам резьбы для надежной передачи осевой нагрузки от ниппеля 5 через резьбу муфте 1 и ее уравновешивание реакцией наружных 3 и 7 и внутренних 4 и 9 упорных торцах.
Соединение бурильной колонны работает следующим образом.
При выполнении операций свинчивания или развинчивания соединения первоначально осуществляется взаимодействие ниппеля 5 и муфты 1 при помощи резьбы. В процессе свинчивания происходит продвижение поверхности муфты 1 вдоль поверхности ниппеля 5 до смыкания поверхностей 3 и 7 наружного упора при достижении момента свинчивания выбирается зазор до смыкания поверхностей 4 и 9 внутреннего упора.
Таким образом, использование заявляемой полезной модели позволяет повысить надежность работы соединения в сложных условиях за счет обеспечения в соединении равномерного распределения нагрузки по виткам резьбы. При этом соединение обеспечивает не только высокие прочностные характеристики на растяжение, изгиб и срез, но и обладает высокой скоростью и меньшей трудоемкостью сборки соединения при производстве.