ВЫСОКОГЕРМЕТИЧНОЕ РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ

2
2
Полезная модель относится к области строительства нефтяных и газовых скважин и может быть использована для обсадных и насосно-компрессорных труб. Резьбовое соединение обсадных и насосно-компрессорных труб является высокогерметичным и предназначено для использования в скважинах, имеющих высокую интенсивность искривления ствола и/или со сложными условиями эксплуатации, например высокие значения растягивающих, сжимающих нагрузок, избыточное внутреннее и наружное давления, среда, содержащая повышенные концентрации HS и СO.
Известно техническое решение, защищенное патентом FR 1489013, приоритет от 05.11.1965, которое описывает высокогерметичное резьбовое соединение. В известном техническом решении резьбовое соединение снабжено внутренними и наружными сопрягаемыми элементами с коническими поверхностями. На конических поверхностях элементов выполнена резьба, имеющая опорную и закладную грани. Герметизирующий узел, выполнен со стороны меньшего диаметра конуса резьбы в форме клина и также состоит из частей внутреннего и наружного элементов.
Однако указанное резьбовое соединение имеет недостаток, заключающийся в недостаточной герметичности конструкции герметизирующего узла, кроме того, такая конструкция не позволяет получить заданную величину натяга при малых осевых перемещениях внутреннего элемента, что увеличивает период от первого контакта уплотнительных поверхностей до обеспечения заданного натяга. Кроме того, в сложных условиях эксплуатации (высокие значения растягивающих, сжимающих нагрузок, избыточное внутреннее и наружное давления)
возникают изгибные деформации, нарушающие контакт конических поверхностей, приводящий к разгерметизации резьбового соединения.
Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога заявленного технического решения.
При разработке полезной модели ставились задачи создать высокогерметичное резьбовое соединение, конструкция которого позволит производить повторную сборку резьбового соединения без повреждения, обеспечивая высокую герметичность, улучшения работы резьбового соединения на растяжение и изгиб, получение гарантированного контакта по прямолинейному участку опорной грани резьбы при свинчивании-развинчивании соединения и увеличение сопротивляемости сжимаемым нагрузкам.
Достигаемый технический результат заключается в повышении надежности и герметичности соединения, увеличении прочности соединения и облегчения его сборки-разборки в эксплуатации, увеличении износостойкости и долговечности соединения.
Указанный технический результат достигается тем, что высокогерметичное резьбовое соединение снабжено внутренними и наружными сопрягаемыми элементами с коническими поверхностями, на которых выполнена резьба, имеющая опорную и закладную грани и герметизирующий узел, выполненный со стороны меньшего диаметра конуса резьбы в форме клина, состоящий из частей внутреннего и наружного элементов, внутренняя и наружная части которого образованы конической радиальной и конической упорными поверхностями, при чем коническая радиальная поверхность выполнена под углом 25°÷35° к нормали оси резьбы, а коническая упорная поверхность выполнена под углом 10°÷25° к нормали оси резьбы.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения указанного технического результата.
В герметизирующем узле контакт радиального уплотнения части внутреннего элемента в форме конуса с ответной конусной поверхностью части наружного элемента происходит с натягом на сравнительно небольшой площади, при этом возникают большие контактные напряжения, обеспечивая высокую герметичность. Данная конструкция позволяет производить повторную сборку резьбового соединения без повреждений уплотнительной поверхности за счет быстрого достижения величины радиального натяга в процессе сборки. Кроме того, такая конструкция герметизирующего узла уплотнения позволяет резьбовому соединению оставаться герметичным при действии значительных изгибных нагрузок. При этом упорные поверхности предохраняют радиальное уплотнение от чрезмерного момента свинчивания и сжатия.
Для улучшения технического результата может быть использован ряд следующих признаков.
В высокогерметичном резьбовом соединении применяют резьбу с конусностью 1:16.
Опорная грань резьбы выполнена под углом 1°÷5° к нормали оси резьбы, а закладная грань резьбы выполнена под углом 7°÷25°. Такой угол наклона опорной грани резьбы обеспечивает резьбовому соединению улучшенную работу на растяжение и на изгиб, а угол наклона по закладной грани улучшает условия сборки соединения при навинчивании на первые витки резьбы.
По прямолинейному участку опорной грани радиусы резьбы внутреннего элемента и наружного элемента выполнены различными. Такая конструкция позволяет улучшить свинчиваемость соединения, повысить его износостойкость и повысить сопротивляемость соединения сжимающим нагрузкам.
На фигуре 1 изображено высокогерметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб с внутренним и наружным элементами.
На фигуре 2 изображен профиль резьбы.
На фигуре 3 изображен герметизирующий узел.
В высокогерметичном резьбовом соединении применена резьба (1) с конусностью 1:16. По опорной грани (2) профиль резьбы имеет положительный угол 1°÷5°, а по закладной грани (3) - 7°÷25°. Высота профиля резьбы внутреннего (4) элемента выполнена меньше, чем высота профиля резьбы наружного (5) элемента. Герметизирующий узел (6) выполнен со стороны меньшего диаметра конуса резьбы в форме клина и состоит из частей внутреннего (7) элемента и наружного (8) элемента. При этом части внутреннего и наружного элементов образованы коническими радиальными (9), (10) и коническими упорными (11), (12) поверхностями. Радиальное уплотнение выполнено под углом под углом 25°÷35° к нормали оси резьбы, а коническое уплотнение выполнено под углом 10°÷25° к нормали оси резьбы.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность получения указанного технического результата.
В высокогерметичном резьбовом соединении применена резьба с конусностью 1:16. По опорной грани профиль резьбы имеет положительный угол 3°, а по закладной грани - 10°. Высота профиля резьбы внутреннего элемента выполнена меньше, чем высота профиля резьбы наружного элемента. Герметизирующий узел выполнен со стороны меньшего диаметра конуса резьбы в форме клина и состоит из частей внутреннего элемента и наружного элемента. При этом части внутреннего и наружного элементов образованы коническими радиальными и коническими упорными поверхностями. Радиальное уплотнение выполнено под углом под углом 30° к нормали оси резьбы, а коническое уплотнение выполнено под углом 15° к нормали оси резьбы.
Высокогерметичное резьбовое соединение работает следующим образом.
При выполнении операций свинчивания или развинчивания соединения
первоначально осуществляется взаимодействие внутреннего (4) и наружного (5) элементов при помощи резьбы (1). В процессе свинчивания происходит продвижение поверхности наружного элемента вдоль поверхности внутреннего элемента и затем коническая радиальная (7) и коническая упорная (8) поверхности внутреннего элемента взаимодействует с конической радиальной (9) и конической упорной (10) поверхностями наружного элемента. За счет диаметральных деформаций этих поверхностей создается уплотнительный (герметизирующий) узел типа «металл-металл».
При относительном перемещении элементов (4) и (5) осуществляется силовое контактирование упорных поверхностей (7), (8) внутреннего и (9), (10) наружного элементов, в результате чего на их поверхностях возникают контактные напряжения, величина которых должна находится в области упругих деформаций. Уровень контактных напряжений, при всех равных условиях, определяется величиной контактирующих площадей упорных поверхностей (7), (8), (9), (10).
Преимуществом заявляемого резьбового соединения по сравнению с известным является повышение надежности герметичности, увеличение прочности соединения и облегчения работ при его сборке-разборке в эксплуатации увеличение его износостойкости и долговечности.
Настоящая полезная модель является новой и промышленно применимой, так как, используя известные технологии, применяемые для изготовления резьбовых концов труб, может быть осуществлено на новом принципиально отличном от известных конструкций принципе взаимодействия контактирующих поверхностей.