Резьбовое соединение обсадных труб

Полезная модель распространяется на резьбовые соединения обсадных труб, применяемых при строительстве и эксплуатации водяных, нефтяных и газовых скважин в нефтегазодобывающей промышленности при добыче жидкости, нефти и газов.
В процессе эксплуатации к резьбовым соединениям предъявляются ряд требований, они должны обеспечивать:
достаточную прочность на все виды нагрузок и необходимость герметизации колонн труб;
сохранение целостности и герметичности резьбового соединения при многократном «свинчивании и развинчивании» соединения;
возможность прохождения инструмента и приспособлений для проведения технологических операций внутри колонн труб.
Проблема герметичности и прочности резьбовых соединений обсадных труб неразрывно связана с безаварийностью проводки и крепления, долговечностью и безопасностью эксплуатации нефтяных и газовых скважин.
Известно резьбовое соединение обсадных труб с упорной трапецеидальной резьбой ВС для резьбы номинальным диаметром от 114,3 до 339,72 мм, в международных стандартах к профилю резьбы применяется термин «buttress» - Баттресс п. 4. 3 ГОСТ 34057-2017 (прототип). Конусность резьбы 1:16, вершины и впадины резьбы параллельны средней линии резьбы. Недостатки данного резьбового соединения:
резьба имеет зазоры, представляющие собой винтовые каналы, необходимые для обеспечения удовлетворительного свинчивания резьбового соединения, зазоры приводят к тому, что контакт трубы с муфтой в резьбовых соединениях оказывается проницаемым, т.е. соединение само по себе негерметично, герметизацией резьбы достигается только путем применения различных заполнителей - резьбовых смазок;
в процессе эксплуатации обсадных труб необходимо четко контролировать момент свинчивания резьбового соединения, так как приложение чрезмерного момента свинчивания, может стать причиной неисправности при сборке и эксплуатации обсадных труб, привести к заеданию и повреждению резьбы, невозможности ее дальнейшего использования;
внутренний диаметр муфты больше внутреннего диаметра труб, что создает трудности при прохождении инструмента и приспособлений при проведении технологических операций или создает турбулентность потока рабочей жидкости внутри колонны труб.
Задачей создания полезной модели является повышение герметичности резьбового соединения.
Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что резьбовое соединений обсадных труб, представляющее собой герметизирующее резьбовое соединение ниппеля трубы с наружной резьбой, и муфты с внутренней резьбой, состоит из замка с упорной резьбой и торцевого уплотнительного элемента, состоящего из уплотнительного торца, расположенного под углом 90° к оси резьбового соединения между торцом ниппеля трубы и внутренним уступом муфты, и конического пояска с конусностью 1:50 длиной 14 мм, расположенного перед уплотнительным торцом. Резьбовое соединение может быть использовано для обсадных труб диаметром от 114,3 до 339,72 мм. Внутренний диаметр трубы имеет расточку равную минимальному диаметру муфты.
Предложенное техническое решение обладает новизной и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями полезной модели. Новизна технического решения подтверждается проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что в процессе нарезание резьбового соединения обсадных труб не требуется дорогостоящего переналаживания производства, достаточно переписать управляющую программу для трубонарезного станка.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1-2, где:
на фиг. 1 приведено муфтовое соединение обсадных труб, свинченное на станке,
на фиг. 2 показан вид А.
Резьбовое соединение обсадных труб представляет собой герметизирующее резьбовое соединение (фиг. 1) ниппеля трубы поз. 1 с наружной резьбой и муфты поз. 2 с внутренней резьбой, резьбовое соединение муфты и ниппеля состоит из замка с упорной резьбой поз.3 и торцевого уплотнительного элемента поз. 4, состоящего из уплотнительного торца поз. 5 (фиг. 2), расположенного под углом 90° к оси резьбового соединения, между торцом ниппеля трубы поз. 6 и внутренним уступом муфты поз. 7, и конического пояска поз. 8 с конусностью 1:50 длиной 14 мм, расположенного перед уплотнительным торцом. Резьбовое соединение может быть использовано для обсадных труб диаметром от 114,3 до 339 мм. Внутренний диаметр труб имеет расточку поз. 9 равную минимальному диаметру муфты для обеспечения равнопроходности по внутреннему диаметру обсадной колонны.
При свинчивании резьба покрывается специальной смазкой, которая позволяет предотвратить задиры и износ резьбы при многократном «свинчивании и развинчивании» и герметизирует замок с упорной резьбой поз. 3. Свинчивание резьбового соединения производится до момента смыкания торца ниппеля трубы поз. 6 и внутреннего уступа муфты поз. 7. При достижении оптимального момента свинчивания, происходит пластическая деформация «металл-металл» уплотнительного торца поз. 5, который является дополнительным узлом герметизации резьбового соединения обсадных труб.
Конусность 1:50 и длина 14 мм конического пояска поз. 8 обеспечивает его жесткость и сопротивляемость смятию при пластической деформации уплотнительного торца поз. 5.
Диаметр расточки поз. 9 ниппеля трубы поз. 1 равен внутреннему диаметру муфты поз. 2, это позволяет сгладить движение потока рабочей среды внутри трубы и не создает трудности при прохождении инструмента и приспособлений внутри колонн труб.
Применение полезной модели:
1. Позволило повысить герметичность соединения.
2. Позволило предотвращать перекручивание резьбового соединения обсадных труб при спуске колонн с вращением.
3. Обеспечивает ранопроходность внутреннего диаметра обсадной колонны.
В ходе проведения стендовых испытаний образцов с резьбовым соединением обсадных труб при нескольких циклах «свинчивания и развинчивания» зафиксировано следующее:
в широком диапазоне крутящих моментов пластической деформации замка и торцевого уплотнительного элемента не выявлено, в результате визуального осмотра сколов, вырывов, задиров и смятий витков резьбы не обнаружено;
соединения герметичны и выдерживают внутренне гидравлическое деление;
соединения выдержали испытание на растягивающую нагрузку до разрушения. Проведенные стендовые испытания доказали надежность, работоспособность резьбового соединения обсадных труб.