Двухупорное резьбовое соединение

Полезная модель относится к резьбовым соединениям труб и может быть использована 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, с длиной носика по меньшей мере 10 мм.
Наличие второго упора повышает сопротивляемость соединения повышенному крутящему моменту.
Однако, при длине носика по меньшей мере 10 мм не обеспечивается достаточная площадь контакта внутреннего упора, что снижает величину допустимых моментов кручения и увеличивает уровень напряжений по внутреннему упору.
Технической задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является повышение надежности работы соединения в сложных условиях за счет повышения допустимых моментов кручения и уменьшения уровня напряжений по внутреннему упору.
Указанный технический результат достигается за счет усовершенствования двухупорного резьбового соединения, 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.
Это усовершенствование заключается в том, что длина носика меньше 10 мм и больше длины, определяемой соотношением:
где Р - шаг резьбы,
X - расстояние между режущей кромкой и боковой стенкой резьбонарезной пластины.
S - технологический зазор между резьбонарезной пластиной и внутренним упорным торцом муфты.
Выполнение длины носика 10 мм и более снижает площадь контакта внутреннего упора, что снижает величину допустимых моментов кручения и увеличивает уровень напряжений по внутреннему упору, приводящие к разрушению внутреннего торца ниппеля.
Нижний предел длины носика ограничен технологией нарезания резьбы на внутренней поверхности муфты и определен из условия исключения контакта резьбонарезной пластины с внутренним упорным торцом муфты при нарезании резьбы.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором на фиг. 1 изображен продольный разрез заявляемого соединения, на фиг. 2 - муфта, на фиг. 3 - ниппель, на фиг. 4 - схема нарезания резьбы на внутренней поверхности муфты.
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 носика 8 меньше 10 мм и больше длины, определяемой соотношением:
где Р - шаг резьбы,
X - расстояние между режущей кромкой и боковой стенкой резьбонарезной пластины,
S - технологический зазор между резьбонарезной пластиной и внутренним упорным торцом муфты.
Выполнение длины носика в заданных пределах позволяет технологически выполнить нарезание резьбы на внутренней поверхности муфты и увеличить площадь внутреннего упорного торца 9 ниппеля 5. За счет этого обеспечивается возможность восприятия без разрушения больших нагрузок (крутящего момента) и снизить уровень напряжения, при контакте внутреннего упорного торца 9 ниппеля 5 с внутренним упорным торцом 4 муфты.
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.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность получения указанного технического результата.
Для двухупорной резьбы спроектированной на основе З-102 по ГОСТ Р 50864-96 (шаг резьбы 6,35, конусность 1:6), минимальная длина носика 8 составит:
т
т
Округлив, выполнили длину носика 8, равную 5,5 мм. Проведен расчет и анализ напряженно-деформируемого состояния конструкции бурильного замка по ТУ 3660-026-77020022-2017 нагруженного растягивающей нагрузкой, соответствующей уровню напряжений в опасном сечении ниппеля 0,67σ, определено допускаемое напряжение на внутреннем упоре, равное 0,9σ. Соотношение напряжений обеспечивается минимальным зазором между поверхностями 4 и 9. Используя полученные данные, рассчитываем крутящий момент свинчивания замкового соединения.
т
Результат проведенного расчета представлен на графике зависимости крутящего момента свинчивания от длины носика 8. Минимальная длина носика 8 ограничена величиной 5,5 мм, посчитанной выше, которая соответствует напряжению на поверхности внутреннего упора 4, равному 0,9σ материала бурильного замка по ТУ 3660-026-77020022-2017.
- линия 1 - кривая зависимости крутящего момента свинчивания от длины носика 8;
- ось абсцисс - длина носика 8;
- ось ординат - значение крутящего момента свинчивания соединения.
Таким образом, использование заявляемой полезной модели позволяет повысить надежность работы соединения в сложных условиях за счет повышения допустимых крутящих моментов, снижения уровня напряжений по внутреннему упору, повышения сопротивляемости соединения повышенному крутящему моменту.