ГЕРМЕТИЧНОЕ РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРИЛЬНЫХ ИЛИ ОБСАДНЫХ ТРУБ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КОЛОННЫ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНОЙ БУРИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области осуществления геологоразведочных работ, а именно - к герметичным коническим резьбовым соединениям трубных структур (секций) в конструкциях бурильных и/или обсадных колонн, применяемых для бурения геологоразведочных скважин с целью исследования недр земной коры на предмет наличия полезных ископаемых.
Более конкретно, варианты полезных моделей относятся к коническому резьбовому соединению, содержащему средства изменения направленности нагрузки на резьбу, а также несколько независимых чувствительных к внешнему воздействию (давлению) уплотнений, смещенных в осевом направлении относительно уплотнения, формируемого непосредственно взаимным зацеплением структурных профильных элементов резьбы, с целью изоляции резьбы от воздействия текучей среды как находящейся внутри трубного канала, так и со стороны наружной поверхности соединяемых трубных структур.
Задача герметизации конических резьбовых соединений в общем плане сводится, по существу, к их уплотнению тем или иным способом, т.е., состоит в том, чтобы перекрыть по сечению в любой области резьбового соединения отверстия четырех каналов утечки, а именно:
- канала между спиралью вершин муфтовой резьбы и спиралью впадин трубной (ниппельной) резьбы;
- канала между спиралью впадин муфтовой резьбы и спиралью вершин трубной (ниппельной) резьбы;
- канала между спиралями боковых фронтальных поверхностей резьб муфтовой и трубной (ниппельной);
- канала между спиралями боковых тыльных поверхностей резьб муфтовой и трубной (ниппельной).
Из уровня техники известно герметичное резьбовое соединительное устройство для бурильных или обсадных труб технологической колонны геологоразведочной бурильной установки, имеющее сквозной канал, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру соединяемых труб, и оснащенное средствами крепления к соединяемые трубам, включающее:
- конический наконечник-ниппель с резьбовой частью, расположенной в центральной области его наружной конической поверхности, аксиально направленным выступом с гладкой уплотняющей наружной поверхностью, конструктивно являющейся продолжением резьбовой части и сформированной в пределах диаметра впадин со стороны меньшего диаметра резьбы, а также с упорным уплотняющим буртиком, радиально выступающим в сторону периферии относительно резьбовой части со стороны ее большего диаметра и аксиально удаленным относительно резьбовой части на величину аксиально направленного участка с гладкой уплотняющей наружной поверхностью, конструктивно являющейся продолжением резьбовой части и сформированной в пределах диаметра выступов упомянутой резьбы в этой зоне;
- замковую муфту, конструктивно организованную с возможностью ввинчивания в нее конического наконечника-ниппеля с образованием конического резьбового замкового соединения в центральной области ее внутренней конической поверхности, которая со стороны резьбы муфты с меньшим диаметром трансформирована в аксиально направленный участок с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью, сформированной в пределах диаметра выступов резьбы в этой зоне, который ограничен радиально направленным в сторону оси соединения буртиком, а со стороны резьбы с большим диаметром упомянутая коническая поверхность трансформирована в аксиально направленный участок с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью, сформированной в пределах диаметра впадин резьбы в этой зоне и ограниченной упорной торцовой поверхностью муфты, сопряженной с ответной поверхностью упорного буртика конического наконечника-ниппеля под углом к оси соединения с образованием конусной поверхности сопряжения с вершиной, обращенной в сторону средства крепления конического наконечника-ниппеля к трубе;
- упомянутые торцовая поверхность аксиально направленного выступа конического наконечника-ниппеля и оппозитная ей поверхность радиально направленного в сторону оси соединения буртика замковой муфты пространственно разделены аксиальным зазором;
- геометрические параметры оппозитно расположенных сопрягаемых уплотняющих поверхностей конического наконечника-ниппеля и замковой муфты выбраны из условия обеспечения в сопряжениях межметаллического уплотняющего взаимодействия в процессе затяжки соединения;
- профили резьбы в коническом резьбовом замковом соединении представляют собой подобные фигуры в форме неравнобедренных трапеций, преимущественно, со скругленными вершинами, причем контакт в эксплуатационном состоянии соединения осуществляется по относительно крутым боковым опорным поверхностям резьбы, ориентированный под отрицательным углом относительно перпендикуляра к оси соединения, пологие боковые закладные поверхности пространственно размещены с относительным зазором;
- при этом высота профильных элементов, т.е., выступов и впадин, конического наконечника-ниппеля превышает высоту ответных им, в эксплуатационном состоянии соединения, профильных элементов резьбы муфты (US, №5,788,401, 1998 г.).
К недостаткам данного известного из уровня техники решения следует отнести недостаточную герметичность соединения в связи с выполнением уплотняющих кольцевых структур (гладких уплотняющих поверхностей) цилиндрической формы с межметаллическим контактом непосредственно по металлу соединяемых трубчатых элементов, что (при осуществлении неоднократной сборке-разборке соединения с плотной посадкой т.е., посадкой с натягом) ведет к появлению задиров на сопрягаемых уплотняющих поверхностях и, как следствие, нарушению герметичности и проникновению текучей среды в зону резьбового зацепления, а это снижает срок службы резьбового соединения в целом (вследствие возникновения прогрессирующей коррозии), а также его надежность в части восприятия рабочих нагрузок.
Еще одним недостатком рассматриваемого известного из уровня техники решения является относительно неравномерное распределение нагрузки между структурными профильными элементами резьбы при относительных перекосах соединяемых элементах в процессе эксплуатации, ввиду отсутствия специальных конструктивных средств в области соединения, обеспечивающих (в определенных условиях эксплуатации, т.е., при возникновении перекосов и изгибающих моментов в зоне резьбы) перераспределение нагрузки между витками резьбы. Это также снижает надежность и срок службы соединения в целом.
В основу заявленного технического решения была положена задача повышения срока службы соединения и его надежности при обеспечении оптимальных условий многократного осуществления сборки-разборки без нарушения целостности (качества) сопрягаемых уплотняющих поверхностей.
Таким образом, техническим результатом является повышение герметичности конического резьбового соединения и обеспечение равномерного распределения нагрузки между всеми витками резьбы в процессе эксплуатации с целью повышения срока службы и надежности технологической сборной системы в целом.
Поставленный технический результат (согласно первому варианту полезной модели) достигается посредством того, что в герметичном резьбовом соединительном устройстве для бурильных или обсадных труб технологической колонны геологоразведочной бурильной установки, имеющем сквозной канал, диаметра которого соответствует внутреннему диаметру соединяемых труб, и оснащенном средствам крепления к соединяемым трубам, включающем:
- конический наконечник-ниппель с резьбовой частью, расположенной в центральной области его наружной конической поверхности, аксиально направленным выступом с гладкой уплотняющей наружной поверхностью, конструктивно являющейся продолжением резьбовой части и сформированной в пределах диаметра впадин со стороны меньшего диаметра резьбы, а также с упорным уплотняющим буртиком, радиально выступающим в сторону периферии относительно резьбовой части со стороны ее большего диаметра и аксиально удаленным относительно резьбовой части на величину аксиально направленного участка с гладкой уплотняющей наружной поверхностью, конструктивно являющейся продолжением резьбовой части и сформированной в пределах диаметра выступов упомянутой резьбы в этой зоне;
- замковую муфту, конструктивно организованную с возможностью ввинчивания в нее конического наконечника-ниппеля с образованием конического резьбового замкового соединения в центральной области ее внутренней конической поверхности, которая со стороны резьбы муфты с меньшим диаметром трансформирована в аксиально направленный участок с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью, сформированной в пределах диаметра выступов резьбы в этой зоне, который ограничен радиально направленным в сторону оси буртиком, а со стороны резьбы с большим диаметром упомянутая поверхность трансформирована в аксиально направленный участок с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью, сформированной в пределах диаметра впадин резьбы в этой зоне и ограниченной упорной торцовой поверхностью муфты, сопряженной с ответной поверхностью упорного буртика конического наконечника-ниппеля под углом к оси соединения с образованием конусной поверхности сопряжения с вершиной, обращенной в сторону средства крепления конического наконечника-ниппеля к трубе;
при этом:
- упомянутые торцовая поверхность аксиально направленного выступа конического наконечника-ниппеля и оппозитная ей поверхность радиально направленного в сторону оси соединения буртика замковой муфты пространственно аксиальным зазором;
- геометрические параметры оппозитно расположенных сопрягаемых уплотняющих поверхностей конического наконечника-ниппеля и замковой муфты выбраны из условия обеспечения в сопряжениях межметаллического уплотняющего взаимодействия в процессе затяжки соединения;
- профили резьбы в коническом резьбовом замковом соединении представляют собой подобные фигуры в форме неравнобедренных трапеций, преимущественно, со скругленными вершинами, причем контакт в эксплуатационном состоянии соединения осуществляется по относительно крутым боковым опорным поверхностям резьбы, ориентированным под отрицательным углом относительно к оси соединения, пологие боковые закладные поверхности пространственно размещены с относительным зазором;
- а высота, по меньшей мере, части профильных элементов, т.е., выступов и впадин, конического наконечника-ниппеля превышает высоту ответных им (в эксплуатационное состоянии соединения) профильных элементов резьбы замковой муфты;
согласно полезной модели:
- в теле аксиально направленного участка с гладкой уплотняющей наружной поверхностью, расположенного со стороны резьбы большего диаметра конического наконечника-ниппеля, а также в теле аксиально направленного участка с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью, расположенного со стороны резьбы меньшего диаметра замковой муфты, выполнены кольцевые профильные канавки, функционально являющиеся средствами изменения направленности нагрузки на соответствующую резьбу, причем максимальная глубина упомянутых канавок, преимущественно, превышает высоту профиля соответствующей резьбе.
Оптимально, чтобы, по меньшей мере, часть площади сопрягаемых уплотняющих поверхностей конического наконечника-ниппеля и замковой муфты была сформирована в виде элементов конической формы.
Допустимо сопрягаемые уплотняющие поверхности конического наконечника-ниппеля и замковой муфты выполнять цилиндрической формы.
Наиболее разумно сопрягаемые уплотняющие поверхности конического наконечника-ниппеля и замковой муфты выполнять с антифрикционным и/или коррозионно стойким покрытием из материала с величиной модуля упругости не превышающей, преимущественно, меньшей величины модуля упругости материала элементов соединения.
Поставленный технический результат (согласно второму варианту полезной модели) достигается посредством того, что в герметичном резьбовом соединительном устройстве для бурильных или обсадных труб технологической колонны геологоразведочной бурильной установки, имеющем сквозной канал, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру соединяемых труб, и оснащенном средством крепления к соединяемый трубам, включающем:
- конический наконечник-ниппель с резьбовой частью, расположенной в центральной области его наружной конической поверхности, аксиально направленным выступом с гладкой уплотняющей наружной поверхностью, конструктивно являющейся продолжением резьбовой части и сформированной в пределах диаметра впадин со стороны меньшего диаметра резьбы, а также с упорным уплотняющим буртиком, радиально выступающим в сторону периферии относительно резьбовой части со стороны ее большего диаметра и аксиально удаленным относительно резьбовой части на величину аксиально направленного участка с гладкой уплотняющей наружной поверхностью, конструктивно являющегося продолжением резьбовой части и сформированной в пределах диаметра выступов упомянутой резьбы в этой зоне;
- замковую муфту, организованную с возможностью ввинчивания в нее конического наконечника-ниппеля с образованием конического резьбового замкового соединения в центральной области ее внутренней конической поверхности, которая со стороны резьбы муфты с меньшим диаметром трансформирована в аксиально направленный участок с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью, сформированной в пределах диаметра выступов резьбы в этой зоне, который ограничен радиально направленным в сторону оси соединения буртиком, а со стороны резьбы с большим диаметром упомянутая коническая поверхность трансформирована в аксиально направленный участок с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью, сформированной в пределах диаметра впадин резьбы в этой зоне и ограниченной упорной торцовой поверхностью муфты, плотно сопряженной с ответной поверхностью упорного буртика конического наконечника-ниппеля под углом к оси соединения с образованием конусной поверхности сопряжения с вершиной, обращенной в сторону средства крепления конического наконечника-ниппеля к соответствующей трубе;
при этом:
- упомянутые торцовая поверхность аксиально направленного выступа конического наконечника-ниппеля и оппозитная ей поверхность радиально направленного в сторону оси соединения буртика замковой муфты пространственно разделены аксиальным зазором;
- геометрические параметры оппозитно расположенных сопрягаемых уплотняющих поверхностей конического наконечника-ниппеля и замковой муфты выбраны из условия обеспечения в сопряжениях межметаллического уплотняющего взаимодействия в процессе затяжки соединения;
- профили резьбы в конической резьбовом замковом соединении представляют собой подобные фигуры в форме неравнобедренных трапеций, преимущественно, со скругленными вершинами, причем контакт в эксплуатационном состоянии соединения осуществляется по относительно крутым боковым опорным поверхностям резьбы, ориентированным под отрицательный углом относительно перпендикуляра к оси соединения, а пологие боковые закладные поверхности пространственно размещены с относительным зазором;
согласно полезной модели:
- высота, по меньшей мере, части профильных элементов, т.е., выступов и впадин, резьбы замковой муфты превышает высоту ответных им, в эксплуатационном состоянии соединения, профильных элементов резьбы конического наконечника-ниппеля.
Целесообразно в теле аксиально направленного участка с гладкой уплотняющей наружной поверхностью, расположенного со стороны резьбы большего диаметра конического наконечника-ниппеля, а также в теле аксиально направленного участка с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью, расположенного со стороны резьбы меньшего диаметра замковой муфты, выполнять кольцевые профильные канавки, функционально являющиеся средствами изменения направленности нагрузки на соответствующую резьбу, причем максимальная глубина упомянутых канавок, преимущественно, превышает высоту профиля соответствующей резьбы.
Разумно, чтобы, по меньшей мере, часть площади сопрягаемых уплотняющих поверхностей конического наконечника-ниппеля и замковой муфты была сформирована в виде элементов конической формы.
Допустимо сопрягаемые уплотняющие поверхности конического наконечника-ниппеля и замковой муфты выполнять цилиндрической формы.
Наиболее оптимально сопрягаемые уплотняющие поверхности конического наконечника-ниппеля и замковой муфты выполнять с антифрикционный и/или коррозионно стойким покрытием из материала с величиной модуля упругости не превышающей (преимущественно, меньшей) величины модуля упругости материала элементов соединения.
Поставленный технический результат (согласно третьему варианту полезной модели) достигается посредством того, что в герметичном резьбовом соединительном устройстве для бурильных или обсадных труб технологической колонны геологоразведочной бурильной установки, имеющем сквозной канал, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру соединяемых труб, и оснащенном средствами крепления к соединяемым трубам, включающем:
- конический наконечник-ниппель с резьбовой частью, расположенной в центральной области его наружной конической поверхности, аксиально направленным выступом с упорным торцом и с гладкой уплотняющей наружной поверхностью, конструктивно являющейся продолжением резьбовой части и сформированной в пределах диаметра впадин со стороны меньшего диаметра резьбы, а также с буртиком, радиально выступающим в сторону относительно резьбовой части со стороны ее большего диаметра и аксиально удаленным относительно резьбовой части на величину направленного участка с гладкой уплотняющей наружной поверхностью, конструктивно являющейся продолжением резьбовой части и сформированной в пределах диаметра выступов упомянутой резьбы в этой зоне;
- замковую муфту, конструктивно организованную с возможностью ввинчивания в нее конического наконечника с образованием конического резьбового замкового соединения в центральной области ее внутренней конической поверхности, которая со стороны резьбы муфты с меньшим диаметром трансформирована в аксиально направленный участок с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью, сформированной в пределах диаметра выступов резьбы в этой зоне, который ограничен радиально направленным в сторону оси соединения упорным буртиком, а со стороны резьбы с большим диаметром упомянутая коническая поверхность трансформирована в аксиально направленный участок с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью, сформированной в пределах диаметра впадин резьбы в этой зоне, ограниченной торцовой поверхностью, пространственно разделенной с оппозитной ей поверхностью буртика конического наконечника-ниппеля посредством зазора;
при этом:
- геометрические параметры оппозитно расположенных сопрягаемых уплотняющих поверхностей конического наконечника-ниппеля и замковой муфты выбраны из условия обеспечения в сопряжениях межметаллического уплотняющего взаимодействия в процессе затяжки соединения;
- профили резьбы в коническом резьбовом замковом соединении представляют собой подобные фигуры в форме неравнобедренных трапеций со скругленными вершинами, причем контакт в эксплуатационном состоянии соединения осуществляется по относительно крутым боковым опорный поверхностям резьбы, ориентированным под отрицательным углом относительно перпендикуляра к оси соединения, а пологие, оппозитно расположенные боковые закладные поверхности пространственно размещены с относительным зазором;
- при этом высота, по меньшей мере, части профильных элементов, т.е., выступов и впадин, конического наконечника-ниппеля превышает высоту ответных им, в эксплуатационном состоянии соединения профильных элементов резьбы замковой муфты;
согласно полезной модели:
- в теле аксиально направленного участка с гладкой уплотняющей наружной поверхностью, расположенного со стороны резьбы большего диаметра конического наконечника-ниппеля, а также в теле аксиально направленного участка с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью, расположенного со стороны резьбы меньшего диаметра замковой муфты, выполнены кольцевые профильные канавки, функционально являющиеся средствами изменения направленности нагрузки на соответствующую резьбу, причем максимальная глубина упомянутых канавок, преимущественно, превышает высоту профиля соответствующей резьбы;
- при этом сопряженные поверхности упорного буртика муфты и упорного торца конического наконечника-ниппеля пространственно ориентированы под углом к оси соединения с образованием конусной поверхности сопряжения с вершиной, обращенной в сторону средства креплениия конического наконечника-ниппеля к трубе.
Целесообразно, чтобы, по меньшей мере, часть площади сопрягаемых уплотняющих поверхностей конического наконечника-ниппеля и замковой муфты была сформирована в виде элементов конической формы.
Допустимо сопрягаемые уплотняющие поверхности конического наконечника-ниппеля и замковой муфты выполнять цилиндрической формы.
Наиболее оптимально сопрягаемые уплотняющие поверхности конического наконечника-ниппеля и замковой муфты выполнять с антифрикционным и/или коррозионно стойким покрытием из материала с величиной модуля упругости не превышающей, преимущественно, меньшей величины модуля упругости материала элементов соединения.
Поставленный технический результат (согласно четвертому варианту полезной модели) достигаеца посредством того, что в герметичном резьбовом соединительном устройстве для бурильных или обсадных труб технологической колонны геологоразведочной бурильной установки, имеющем сквозной канал, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру соединяемых труб, и оснащенном средствами крепления к соединяемым трубам, включающем:
- конический наконечник-ниппель с резьбовой частью, расположенной в центральной области его наружной конической поверхности, аксиально направленным выступом с упорным торцом и с гладкой уплотняющей наружной поверхностью, конструктивно являющейся продолжением резьбовой части и сформированной в пределах диаметра впадин со стороны меньшего диаметра резьбы, а также с буртиком, радиально выступающим в сторону периферии относительно резьбовой части со стороны ее большего диаметра и аксиально удаленным относительно резьбовой части на величину аксильно направленного участка с гладкой уплотняющей наружной поверхностью, конструктивно являющейся продолжением резьбовой части и сформированной в пределах диаметра выступов упомянутой резьбы в этой зоне;
- замковую муфту, конструктивно организованную с возможностью ввинчивания в нее конического наконечника-ниппеля с образованием конического резьбового замкового соединения в центральной области ее внутренней конической поверхности, которая, со стороны резьбы муфты с меньшим диаметром, трансформирована в аксиально направленный участок с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью, сформированной в пределах диаметра выступов резьбы в этой зоне, который ограничен радиально направленным в сторону оси упорный буртиком, а со стороны резьбы с большим диаметром упомянутая коническая поверхность трансформирована в аксиально направленный участок с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью, сформированной в пределах диаметра впадин резьбы в этой зоне, ограниченный торцовой поверхностью, пространственно раздельной с оппозитной ей поверхностью буртика конического наконечника-ниппеля посредством зазора;
при этом:
- геометрические параметры оппозитно расположенных сопрягаемых уплотняющих поверхностей конического наконечника-ниппеля и замковой муфты выбраны из условия обеспечения в сопряжениях межметаллического уплотняющего взаимодействия в процессе затяжки соединения;
- профили резьбы в коническом резьбовом замковом соединении представляют собой подобные фигуры в форме неравнобедренных трапеции, преимущественно, со скругленными вершинами, причем контакт в эксплуатационном состоянии соединения осуществляется по относительно крутым боковым опорным поверхностям резьбы, ориентированным под отрицательным углом относительно перпендикуляра к оси соединения, а пологие, оппозитно расположенные боковые закладные поверхности пространственно размещены с относительным зазором;
согласно полезной модели:
- высота, по меньшей мере, части профильных элементов, т.е., выступов и впадин, резьбы замковой муфты превышает высоту ответных им, в эксплуатационном состоянии соединения, профильных элементов резьбы конического наконечника-ниппеля;
- при этом сопряженные поверхности упомянутых упорного буртика муфты и упорного торца конического наконечника-ниппеля пространственно ориентированы под углом к оси соединения с образованием конусной поверхности сопряжения с вершиной, обращенной в сторону средства крепления конического наконечника ниппеля к трубе.
Целесообразно в теле аксиально направленного участка с гладкой уплотняющей наружной поверхностью, расположенного со стороны резьбы большего диаметра конического наконечника-ниппеля, а также в теле аксиально направленного участка с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью, расположенного со стороны резьбы меньшего диаметра замковой муфты, выполнять кольцевые профильные канавки, функционально являющиеся средствами изменения направленности нагрузки на соответствующую резьбу, причем максимальная глубина упомянутых канавок, преимущественно, превышает высоту профиля этой резьбы.
Оптимально, чтобы, по меньшей мере, часть площади сопрягаемых уплотняющих поверхностей конического наконечника-ниппеля и замковой муфты была сформирована в виде элементов конической формы.
Допустимо сопрягаемые уплотняющие поверхности конического наконечника-ниппеля и замковой муфты выполнять цилиндрической формы.
Наиболее целесообразно сопрягаемые уплотняющие поверхности конического наконечника-ниппеля и замковой муфты выполнять с антифрикционные и/или коррозионно стойким покрытием из материала с величиной модуля упругости не превышающей (преимущественно, меньшей) величины модуля упругости материала элементов соединения.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками и связями между ними, идентичными всем существенным признакам заявленного технического решения, а выбранный из выявленных аналогов прототип, как наиболее близкий по совокупности признаков аналог, позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявленном объекте изобретения, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.
Полезная модель иллюстрируется графическими материалами.
Фиг.1 - общий вид заявленного технического решения по варианту 1 в эксплуатационном состоянии.
Фиг.2 - выноска I по фигуре 1 (узлы радиального и торцового уплотнения, а также средство изменения направленности нагрузки на резьбу в виде кольцевой профильной канавки на верхнем участке соединения).
Фиг.3 - выноска II по фигуре 1 (узел радиального уплотнения и средство изменения направленности нагрузки на резьбу в виде кольцевой профильной канавки на нижнем участке соединения).
Фиг.4 - выноска III по фигуре 1 (геометрия профиля резьбового соединения).
Фиг.5 - общий вид заявленного технического решения по варианту 2 в эксплуатационном состоянии.
Фиг.6 - выноска IV по фигуре 5 (узлы радиального и торцового уплотнения, а также средство изменения направленности нагрузки на резьбу в виде кольцевой профильной канавки на верхнем участке соединения).
Фиг.7 - выноска V по фигуре 5 (узел радиального уплотнения и средство изменения направленности нагрузки на резьбу в виде кольцевой профильной канавки на нижнем участке соединения).
Фиг.8 - выноска VI по фигуре 5 (геометрия профиля резьбового соединения).
Фиг.9 - общий вид заявленного технического решения по варианту 3 в эксплуатационном состоянии.
Фиг.10 - выноска VII по фигуре 9 (узлы радиального и торцового уплотнения, а также средство изменения направленности нагрузки на резьбу в виде кольцевой профильной канавки на нижнем участке соединения).
на Фиг.11 - выноска VIII по фигуре 9 (узел радиального уплотнения и средство изменения направленности нагрузки на резьбу в виде кольцевой профильной канавки на верхнем участке соединения).
Фиг.12 - выноска IX по фигуре 9 (геометрия профиля резьбового соединения).
Фиг.13 - общий вид заявленного технического решения по варианту 4 в эксплуатационной состоянии.
Фиг.14 - выноска Х по фигуре 13 (узлы радиального и торцового уплотнения, а также средство изменения направленности нагрузки на резьбу в виде кольцевой профильной канавки на нижнем участке соединения).
Фиг.15 - выноска XI по фигуре 13 (узел радиального уплотнения и средство изменения направленности нагрузки на резьбу в виде кольцевой профильной канавки на верхнем участке соединения).
Фиг.16 - выноска XII по фигуре 13 (геометрия профиля резьбового соединения).
В графических материалах соответствующие конструктивные элементы и структуры обозначены следующим позициями.
1 - наконечник-ниппель (конический с центральной резьбовой частью на наружной поверхности).
2 - выступ (наконечника-ниппеля 1 аксиально направленный с гладкой уплотняющей наружной поверхностью 3).
3 - поверхность (уплотняющая на выступе 2).
4 - буртик (наконечника-ниппеля 1).
5 - поверхность (торцовая буртика 4).
6 - участок (наконечника-ниппеля 1 с гладкой уплотняющей наружной поверхностью 7).
7 - поверхность (уплотняющая участка 6).
8 - муфта (замковая с внутренней резьбовой конической поверхностью в центральной части).
9 - участок (внутренней поверхности муфты 8 с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью 10).
10 - поверхность (внутренняя уплотняющая муфты 8 на участке 9).
11 - ось (продольная конического резьбового соединения).
12 - буртик (муфты 8 замковой со стороны резьбы с меньшим диаметром).
13 - участок (с гладкой уплотняющей поверхностью 14 внутренней поверхности муфты 8 со стороны ее резьбы с большим диаметров).
14 - поверхность (гладкая уплотняющая муфты 8 на участке 13).
15 - поверхность (торцовая муфты 8 на участке 13).
16 - вершина (конусной поверхности 17 сопряжения упорных торцовых поверхностей наконечника-ниппеля 1 и замковой муфты 8).
17 - поверхностей (сопряжения конусная упорных торцовых поверхностей наконечника-ниппеля 1 и замковой муфты 8).
18 - направление (бурения, обозначено стрелкой).
19 - зазор (между взаимно обращенными торцовыми поверхностями наконечника-ниппеля 1 и замковой муфты 8).
20 - поверхность (крутая боковая опорная с отрицательный углом наклона резьбы наконечника-ниппеля 1).
21 - поверхность (боковая пологая закладная наконечника-ниппеля 1).
22 - поверхность (крутая боковая опорная с отрицательный углом α наклона резьбы замковой муфты 8)
23 - поверхность (боковая пологая закладная замковой муфты 8).
24 - зазор (между боковыми пологими закладными поверхностями 21 и 23 резьбы наконечника-ниппеля 1 и замковой муфты 8, соответственно).
25 - канавка (кольцевая профильная, выполненная в теле наконечника-ниппеля 1, функционально являющаяся средством изменения направленности нагрузки на резьбу).
26 - канавка (кольцевая профильная, выполненная в теле замковой муфты, функционально являющая средством изменения направленности нагрузки на резьбу).
27 - покрытие (антифрикционное и/или коррозионно стойкое).
Особенности структурно-конструктивного исполнения заявленного технического решения согласно первому независимому варианту полезной модели (п.1-п.4 формулы) заключаются в следующем.
Герметичное резьбовое соединительное устройство для бурильных или обсадных труб технологической колонны бурильной установки, имеющее сквозной канал, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру соединяемых труб колонны, и оснащенное средствами крепления к соединяемым трубам (в графических материалах условно не показаны), включает:
- конический наконечник-ниппель 1 с резьбовой частью, расположенной в центральной области его наружной конической поверхности, аксиально направленным выступом 2 с гладкой уплотняющей наружной поверхностью 3, конструктивно являющейся продолжением резьбовой части и сформированной в пределах диаметра впадин со стороны меньшего диаметра резьбы, а также с упорным уплотняющим буртиком 4 (имеющим уплотняющую поверхность 5), радиально выступающим в сторону периферии относительно резьбовой части со стороны ее большего диаметра и аксиально удаленным относительно резьбовой части на величину аксиально направленного участка 6 с гладкой уплотняющей наружной поверхностью 7, конструктивно являющейся продолжением резьбовой части и сформированной в пределах диаметра выступов упомянутой резьбы в этой зоне;
- замковую муфту 8, конструктивно организованную с возможностью ввинчивания в нее конического наконечника-ниппеля 1 с образованием конического резьбового замкового соединения в центральной области ее внутренней конической поверхности, которая со стороны резьбы муфта с меньшим диаметром трансформирована в аксиально направленный участок 9 с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью 10, сформированной в пределах диаметра выступов резьбы в этой зоне, который (т.е., участок 9) ограничен радиально направленным в сторону оси 11 соединения буртиком 12, а со стороны резьбы с большим диаметром упомянутая коническая резьбовая коническая поверхность центральной область муфты 8 трансформирована в аксиально направленный участок 13 с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью 14, сформированной в пределах диаметра впадин резьбы в этой зоне и ограниченной упорной торцевой поверхностью 15 муфты 8, сопряженной с ответной поверхностью 5 упорного буртика 4 конического наконечника-ниппеля 1 под углом к оси 11 соединения с образованием конусной поверхности 17 сопряжения с вершиной 16, обращенной в сторону средства крепления конического наконечника-ниппеля 1 к соответствующей трубе (т.е., аксильно противоположно направлению 18 бурения - на фигурах графических материалов обозначено стрелкой);
при этом;
- упомянутые торцовая поверхность аксиально направленного выступа 2 конического наконечника-ниппеля 1 и оппозитная ей поверхность радиально направленного в сторону оси 11 соединения буртика 12 замковой муфты 8 пространственно разделены аксиальным зазором 19;
- геометрические параметры оппозитно расположенных сопрягаемых уплотняющих поверхностей 3 и 7 конического наконечника-ниппеля 1 и замковой муфты 8 (поверхности 10 и 13) выбраны из условия обеспечения в сопряжениях межметалического уплотняющего взаимодействия в процессе затяжки соединения;
- профили резьбы в коническом резьбовом замковом соединении представляют собой подобные фигуры в форме неравнобедренных трапеций, преимущественно, со скругленными вершинами, причем контакт в эксплуатационном состоянии соединения осуществляется по относительно крутым боковым опорным поверхностям 20 и 22 резьбы, ориентированным под отрицательным углом α относительно перпендикуляра к оси 11 соединения, пологие боковые закладные поверхности 21 и 23 пространственно размещены с относительным зазором 24;
- а высота, по меньшей мере, части профильных элементов, т.е., выступов и впадин, конического наконечника-ниппеля 1 превышает высоту ответных им (в эксплуатационном состоянии соединения) профильных элементов резьбы замковой муфты 8;
согласно полезной модели:
- в теле аксиально направленного участка 6 с гладкой уплотняющей наружной поверхностью 7, расположенного со стороны резьбы большего диаметра конического наконечника-ниппеля 1, а также в теле аксиально направленного участка 9 с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью 10, расположенного со стороны резьбы меньшего диаметра замковой муфты 8, выполнены кольцевые профильные канавки 25 и 26, соответственно, функционально являющиеся средствами изменения направленности нагрузки на соответствующую резьбу, причем максимальная глубина упомянутых канавок 25 и 26, преимущественно, превышает высоту профиля соответствующей резьбы.
Оптимально, чтобы, по меньшей мере, часть площади сопрягаемых уплотняющих поверхностей 3 и 7 конического наконечника-ниппеля 1 и замковой муфты 8 (уплотняющие поверхности 10 и 14, соответственно) была сформирована в виде элементов конической формы.
Допустимо сопрягаемые уплотняющие поверхности 3 и 7 конического наконечника-ниппеля 1 и замковой муфты 8 (уплотняющие поверхности 10 и 14, соответственно) выполнять цилиндрической формы.
Наиболее разумно сопрягаемые уплотняющие поверхности 3 и 7 конического наконечника-ниппеля 1 и замковой муфты 8 (уплотняющие поверхности 10 и 14, соответственно) выполнять с антифрикционным и/или коррозионно стойким покрытием 27 из материала с величиной модуля упругости не превышающей, преимущественно, меньшей величины модуля упругости материала элементов соединения.
Особенности структурно-конструктивного исполнения заявленного технического решения согласно второму независимому варианту полезной модели (п.5-п.9 формулы) в основном идентичны конструктивным особенностям по первому, вышеописанному варианту.
Отличительные особенности заключаются лишь в том, что высота, по меньшей мере, части профильных элементов (т.е., выступов и впадин) резьбы замковой муфты 8 превышает высоту ответных им (в эксплуатационной состоянии соединения) профильных элементов резьбы конического наконечника-ниппеля 1.
Особенности структурно-конструктивного исполнения заявленного технического решения согласно третьему независимому варианту полезной модели (п.10-п.13 формулы) в основном идентичны конструктивным особенностям по первому, вышеописанному варианту.
Отличительные особенности заключаются лишь в том, что:
- торцовая поверхность 15 замковой муфты 8, ограничивающая ее аксиально направленный участок 13 с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью 14 (расположенной со стороны резьбы с большим диаметром) пространственно разделена с оппозитной ей поверхностью 5 буртика 4 конического наконечника-ниппеля 1 посредством зазора 19, который пространственно ориентирован, преимущественно, под прямым углом к оси 11 соединения;
- при этой сопряженные поверхности упорного буртика 12 муфты 8 и упорного торца конического наконечника-ниппеля 1 пространственно ориентированы под углом к оси 11 соединения с образованием конусной поверхности 17 сопряжения с вершиной 16, обращенной в сторону средства крепления конического наконечника-ниппеля 1 к соответствующей трубе (т.е., аксиально противоположно направлению 18 бурения скважины),
Особенности структурно-конструктивного исполнения заявленного технического решения согласно четвертому независимому варианту полезной модели (п.14-п.18 формулы) в основном идентичны конструктивным особенностям по первому, вышеописанному варианту.
Отличительные особенности заключаются лишь в том, что:
- торцовая поверхность 15 замковой муфты 8, ограничивающая ее аксиально направленный участок 13 с гладкой уплотняющей внутренней поверхностью 14 (расположенной со стороны резьбы с большим диаметром) пространственно разделена с оппозитной ей поверхностью 5 буртика 4 конического наконечника-ниппеля 1 посредством зазора 19, который пространственно ориентирован, преимущественно, под прямым углом к оси 11 соединения;
- сопряженные поверхности упорного буртика 12 муфты 8 и упорного торца конического наконечника-ниппеля 1 пространственно ориентированы под углом к оси 11 соединения с образованием конусной поверхности 17 сопряжения с вершиной 16, обращенной обращенной в сторону средства крепления конического наконечника-ниппеля 1 к соответствующей трубе (т.е., аксильно противоположно направлению 18 бурения скважины);
- высота, по меньшей мере, части профильных элементов, т.е., выступов и впадин, резьбы замковой муфты 8, преимущественно, превышает высоту ответных им (в эксплуатационном состоянии соединения) профильных элементов резьбы конического наконечника-ниппеля 1.
Указанные в независимых пунктах формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образование устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Свойства регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками широко известны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений (см., например, RU, №2117133 С1, RU №229512 С1, RU №2310058 С1, RU №2338866 С1, US №4892337 и другие).
Однако, следует отметить, что заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает в соединении синергетический (сверхсуммарный результат).
Устройство работает следующим образом.
При относительном осевом перемещении наконечника-ниппеля 1 и замковой муфты 8 в начале осуществления процесса свинчивания первоначально осуществляется взаимодействие охватываемого и охватывающего элементов соединения посредством конической резьбы, например, по конструкции аналогичной резьбе типа «Баттресс». В процессе свинчивания происходит встречное продвижение уплотняющих поверхностей (как направленных вдоль оси соединения, так и поперек под заданными углами) наконечника-ниппеля 1 и замковой муфты 8 до осуществления их сопряжения. В результате этого в области соединения формируется четыре уплотнительных узла «металл-металл», одним из которых является непосредственно резьбовое зацепление. То есть, осуществляется силовое контактирование соответствующих поверхностей соединения с возникновением контактных напряжений, величина которых должна находиться в области упругих деформаций. Уровень контактных напряжений, при прочих равных условиях, регламентируется величиной контактных площадей сопрягаемых уплотняющих поверхностей. Конические торцовые уплотняющие (упорные) поверхности наконечника-ниппеля 1 и замковой муфты 2 выполнены таким образом, что при действии на них осевого усилия, возникающего при свинчивании резьб, поперечная составляющая этого усилия направлена в сторону оси 11 соединения. Это, во-первых, исключает так называемое явление «разворачивания» т.е., поперечную деформацию с увеличением диаметра соединяемых элементов в области упорных торцов, что делает соединение менее критичным к превышению допустимого крутящего момента свинчивания и увеличивает его эксплуатационную надежность, а во-вторых, обеспечивается дополнительное поджатие сопрягаемых уплотняющих поверхностей, формирующих радиальные узлы герметизации соединения. Таким образом, заявленная конструкция соединения обеспечивает формирование условий получения оптимального натяга по элементам радиального уплотнения и оптимальной величины напряжений в уплотнительных упорных элементах, включая резьбовое зацепление, благодаря определенной геометрии его сопрягаемых профильных структур.
Элементы заявленной конструкции герметичного конического резьбового соединения могут быть изготовлены промышленным способом с использованием современных материалов и технологий на предприятиях, выпускающих комплектующие узлы эксплуатационных технологических колонн (как бурильных, так и обсадных) для разработки нефтегазопромысловых скважин.
Таким образом вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для геологоразведочных работ и может быть реализован в качестве герметичного конического резьбового соединения трубчатых структур (секций) в конструкциях бурильных и обсадных  колонн, применяемых в процессе исследования недр земной коры на предмет наличия полезных ископаемых (более конкретно, варианты полезных моделей относятся к коническому резьбовому соединению, содержащему несколько независимых чувствительных к внешнему воздействию (давлению) уплотнений, смещенных в осевом направлении относительно уплотнения, формируемого непосредственно взаимным зацеплением профильных элементов резьбы, с целью ее изоляции от воздействия текучей среды как внутри трубного канала, так и снаружи соединяемых трубных структур);
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня  техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует требованию условия патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.