ГЕРМЕТИЧНОЕ РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ НЕФТЯНЫХ 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 использовано в обсадных трубах технологического назначения.
Известно герметичное резьбовое соединение нефтяных труб, образованное охватываемой и охватывающей трубами с упорными коническими резьбами, контактирующими между собой коническими опорными поверхностями, выполненными соответственно на внешней поверхности охватываемой трубы на участке между конической резьбой и упорным торцом охватываемой трубы и на внутренней поверхности охватывающей трубы на участке между ее упорной поверхностью и конической резьбой (см. патент FR 2798716, E16L 15/00, опубл. 23.03.2001 г.). Внутренние слои трубы в известном устройстве испытывают сжатие, а внешние слои - растяжение. При этом изгиб соединения приводит к тому, что изначально согласованные поверхности - упорный уступ и торец трубы - приобретают несогласованные между собой поверхности и, как результат этого, контактное взаимодействие происходит по типу внедрения клина в поверхность с возникновением как высоких пиковых давлений, так и значительной неравномерности в распределении контактных напряжений. К недостаткам известного устройства также можно отнести то, что в сложных условиях эксплуатации (сжатие и избыточный крутящий момент) в указанном резьбовом соединении возникают деформации, нарушающие контакт конических поверхностей, приводящий к разгерметизации резьбового соединения.
Задачей полезной модели является устранение указанного недостатка. Технический результат заключается в повышении надежности и эффективности герметизации соединения. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что герметичное резьбовое соединение нефтяных труб, образованное охватываемой и охватывающей трубами с упорными коническими резьбами, контактирующими между собой коническими опорными поверхностями, выполненными соответственно на внешней поверхности охватываемой трубы на участке между конической резьбой и упорным торцом охватываемой трубы и на внутренней поверхности охватывающей трубы на участке между ее упорной поверхностью и конической резьбой, причем опорные конические поверхности имеют конусность 10%, а на охватываемой и охватывающей трубах выполнены цилиндрические расточки, параллельные оси труб, причем эти расточки выполнены таким образом, что при сборке резьбового соединения образуют полость, ограниченную цилиндрическими поверхностями указанных расточек, первым полным витком резьбы на охватываемой трубе и переходной частью между цилиндрической расточкой и конической опорной поверхностью на охватывающей трубе с возможностью осуществления контакта упорных конических поверхностей с отрицательным углом, обеспечивающим эффект самоторможения.
На фиг.1-2 представлены контактирующие участки, соответственно, охватывающей и охватываемой труб с предлагаемым соединением;
на фиг.3 представлен ключевой узел соединения.
Предлагаемое соединение содержит охватываемую трубу 1 и охватывающую трубу 2, которые зацепляются друг с другом по коническим резьбам 3-4 со стандартной конусностью 6.25%. Трубы 1 и 2 контактируют между собой коническими опорными поверхностями 5 и 6 с конусностью 10%. Поверхность 5 выполнена на внешней поверхности охватываемой трубы 1 на участке между конической резьбой 3 и упорным торцом 7. Поверхность 6 выполнена на внутренней поверхности охватывающей трубы 2 на участке между ее упорной поверхностью 8 и конической резьбой 4. На трубах 1 и 2 выполнены цилиндрические расточки 9 и 10, параллельные оси труб. При сборке резьбового соединения образуется полость 11, ограниченная расточками 9 и 10, первым полным витком 12 резьбы 3 и переходной частью между расточкой 10 и конической поверхностью 6 на охватывающей трубе 1. В предлагаемом соединении происходит контакт упорных конических поверхностей с отрицательным углом, обеспечивающим эффект самоторможения (самозаклинивания).
Герметичное соединение нефтяных труб работает следующим образом.
При выполнении операций свинчивания или развинчивания соединения первоначально осуществляется взаимодействие охватываемой 1 и охватывающей трубы 2 с помощью резьбы 3-4. В процессе свинчивания происходит взаимодействие наружной уплотнительной поверхности 6 с уплотнительной поверхностью 5, за счет диаметральных деформаций этих поверхностей создается дополнительный уплотнительный узел. При дальнейшем перемещении труб 1 и 2 осуществляется силовое контактирование торца 7 охватываемой трубы и торца 8 охватывающей трубы, в результате чего на их поверхностях возникают контактные напряжения, величина которых находится в области упругих деформаций.
Выполнение поверхностей 5 и 6 одинаковой конусности и цилиндрических расточек 9 и 10 с образованием полости 11 позволяет избежать деформации соединения в случае приложения излишнего усилия при сборке. При этом на конической поверхности процесс деформирования носит стесненный характер, что ограничивает величину приобретаемой необходимой пластической деформации, а в угловой зоне упорной поверхности сравнимые по величине напряжения приводят к существенно большим значениям приобретенной пластической деформации. Контактные давления, действующие на конической и упорной поверхностях, приводят при завинчивании трубы к возникновению сил трения и, соответственно, к увеличению крутящего момента. Выполнение упорных конических поверхностей 7 и 8 под углом самоторможения позволяет обеспечить надежное закрепление труб и высокую эффективность герметизации.