ГЕРМЕТИЧНОЕ РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБ

Полезная модель относится к области строительства и эксплуатации вертикальных, наклонно-направленных, горизонтальных скважин нефтяных и газовых месторождений со сложными условиями эксплуатации и может быть использована в обсадных трубах технологического назначения.
Известно герметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб, включающее охватываемую и охватывающую трубы с коническими резьбами и коническими уплотнительными и упорными поверхностями, первые из которых контактирующие между собой, выполнены соответственно на внешней поверхности торцевого участка охватываемой трубы в виде конической поверхности с конусностью в сторону оси этой трубы и на внутренней поверхности охватывающей трубы на участке между конической резьбой и телом трубы, а вторые контактирующие поверхности выполнены соответственно на охватываемой трубе в виде конической торцевой поверхности с углом конусности в направлении конической резьбы на этой трубе и ответной торцевой конической поверхности на охватывающей трубе, выполненной на участке перехода первой конической поверхности этой трубы к ее телу (FR патент 2798716, E16L 15/00, опубликован 23.03.2001 г.).
Данное техническое решение принято в качестве прототипа для заявленной полезной модели.
В сложных условиях эксплуатации (сжатие и избыточный крутящий момент) в указанном резьбовом соединении возникают деформации,
нарушающие контакт конических поверхностей, приводящий к разгерметизации резьбового соединения.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по недопущению разгерметизации соединения в сложных условиях эксплуатации при строительствах горизонтальных скважин большой протяженности, где возникает необходимость догружения и проворот колонны при ее спуске и по предотвращению проникновения нефти и газа в окружающую среду.
Достигаемый технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности и эффективности герметичного соединения при действии сжимающих нагрузок и крутящих моментов, минимизации экологических рисков при использовании соединения на скважине.
Указанный технический результат достигается тем, что в герметичном резьбовом соединении нефтепромысловых труб, включающем охватываемую и охватывающие трубы с коническими резьбами, упорными и уплотнительными поверхностями, первые из которых, контактирующие между собой выполнены в виде торцевой поверхности на охватываемой трубе и ответной торцевой поверхности на охватывающей трубе, при этом профиль конической резьбы имеет отрицательный угол по опорной грани, высота профиля резьбы охватываемой трубы меньше высоты профиля резьбы охватывающей трубы, а торцевые поверхности выполнены увеличенными таким образом, что их площадь составляет не менее 60% тела трубы.
На фигуре 1 представлено герметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб.
Соединение содержит охватываемую трубу 1 и охватывающую трубу 2, которые зацепляются друг с другом по конической резьбе 3 (изображена схематично).
На торцевом участке соединения содержатся упорный торец 4 охватываемой трубы 1 и упорный торец 5 охватывающей трубы 2, а также
включает в себя зону радиального уплотнения с наружной 6 и внутренней 7 коническими уплотнительными поверхностями.
Торец 4 и уступ 5, а также уплотнительные поверхности 6 и 7 взаимодействуют друг с другом с определенным натягом и являются элементами основного уплотнения, обеспечивающего герметичность соединения.
В соединении применена коническая резьба, профиль которой имеет отрицательный угол опорной грани а, а высота профиля резьбы охватываемой трубы 1 меньше высоты профиля резьбы охватывающей трубы 2. Основная функция резьбы - восприятие растягивающей нагрузки и изгиба и частично - сжимающей нагрузки.
Обеспечивающее герметичность уплотнение типа "металл-металл" расположено перед резьбой охватываемой трубы 1 со стороны меньшей образующей конуса резьбы. За счет уплотнения резьбовое соединение приобретает свойства нефте-газогерметичного, способного работать при действии комбинированных нагрузок в агрессивных средах.
Выполнение упорных торцев увеличенными обеспечивает работоспособность и эффективность герметичного соединения про действии сжимающих нагрузок и крутящих моментов.
То что высота профиля резьбы охватываемой трубы меньше высоты профиля резьбы охватывающей трубы 2 позволяет улучшить свинчиваемость соединения и повышает его износостойкость.
Герметичное соединение нефтепромысловых труб работает следующим образом.
При выполнении операций свинчивания или развинчивания соединения первоначально осуществляется взаимодействие охватываемой 1 и охватывающей трубы 2 с помощью резьбы 3. В процессе свинчивания происходит взаимодействие наружной уплотнительной поверхности 6 с уплотнительной поверхностью 7, за счет диаметральных деформаций этих поверхностей создается уплотнительный узел "металл-металл". При
дальнейшем перемещении труб 1 и 2 осуществляется силовое контактирование торца 4 охватываемой трубы и торца 5 охватывающей трубы, в результате чего на их поверхностях возникают контактные напряжения, величина которых находится в области упругих деформаций. Уровень контактных напряжений, при всех равных условиях, определяется величиной контактирующих площадей торца 4 и уступа 5.
Повышение эксплуатационной надежности соединения обеспечивается за счет увеличения контактирующих площадей торца и упора, что позволяет увеличить крутящий момент свинчивания при сохранении контактных напряжений на необходимом уровне в пределах упругой деформации. Окончание процесса свинчивания охватываемой 1 и охватывающей 2 труб сопровождается взаимодействием их упорных торца 4 и торца 5. Поверхности упорных торцев выполнены увеличенными таким образом, что их площадь составляет не менее 60% от площади тела трубы, что обеспечивает работоспособность герметичного соединения при действии сжимающих нагрузок и крутящих моментов, что увеличивает его эксплуатационную надежность, не допускает разгерметизации соединения и, тем самым, не допускает загрязнения окружающей среды.
Настоящая полезная модель промышленно применима, и обладает новизной.
Преимуществом заявленного резьбового соединения по сравнению с прототипом является повышение эксплуатационной надежности и эффективности герметичного соединения, увеличение прочности соединения и облегчение работ при его сборке-разборке, минимизация экологических рисков при использовании соединения на скважине.