СОЕДИНЕНИЕ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ
TUBING JOINT

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к соединению насосно-компрессорных труб (НКТ), и может быть использовано при монтаже колонны НКТ в нефтяных и газовых скважинах.
В колонне НКТ резьбовое соединение является наиболее слабым местом из-за наличия между торцами насосно-компрессорных труб промежутка, в котором наблюдаются повышенный абразивный и эрозионный износ и усиленная коррозия вследствие образующегося в нем завихрения потока откачиваемой жидкости. В результате происходит промыв НКТ по резьбе, который может привести к обрыву колонны [Князькин С.А., Иоффе А.В., Выбойщик М.А., Зырянов А.О. Особенности коррозионного разрушения насосно - компрессорных труб при эксплуатации в средах с повышенным содержанием углекислого газа // Металловедение и термическая обработка металлов. 2012. №10. С. 10-14].
Известно соединение НКТ, включающее трубы с винтовыми канавками и наружной цилиндрической резьбой по концам, муфту с внутренним буртиком посередине и цилиндрической поверхностью, цилиндрической резьбой и кольцевой канавкой по обеим сторонам от буртика, упругие кольца, зажатые между буртиком, торцами труб и цилиндрическими поверхностями муфты, и упругие втулки между кольцевыми канавками муфты и винтовыми канавками труб [Пат. №2264523 РФ, E21B 17/042, 2005].
Недостаток описанного соединения состоит в наличии чрезмерного числа упругих колец и втулок, применяемых для устранения промежутка между торцами труб и буртиком, что усложняет монтаж НКТ на скважине. Кроме того, соединение НКТ имеет ограниченное применение из-за специфической конструкции муфты с внутренним буртиком.
Известно соединение НКТ, включающее трубы с наружной конической резьбой и скошенными торцами, муфту с внутренней конической резьбой и полимерную манжету трапецеидальной формы в сечении, которая размещена между торцами труб с зазором относительно муфты [Пат. №2186284 РФ, F16L 15/04, 2002].
Недостатком соединения НКТ является то, что полимерная манжета имеет постоянный размер в осевом направлении, тогда как расстояние между торцами вкрученных в муфту труб зависит от качества резьбы, и значения этих параметров могут не совпадать. В результате между торцами полимерной манжеты и торцами НКТ появляется зазор, являющийся причиной последующего разрушения труб.
Известно соединение НКТ, включающее трубы с конической резьбой, муфту с проточкой посередине и конической резьбой с обеих сторон и полимерную составную манжету, состоящую из наружной втулки с внутренним буртиком и вставленную в нее с натягом и возможностью осевого перемещения внутреннюю втулку с наружным буртиком с противоположной стороны [Пат. №2478865 РФ, F16L 47/06, 2013].
В рассмотренном соединении составная манжета выполнена с возможностью уменьшения длины при затяжке резьбового соединения, благодаря чему ее торцы постоянно примыкают к торцам труб, что исключает эрозионный износ и замедляет коррозию резьбы. Недостатком соединения НКТ является то, что его монтаж должен производиться непосредственно на скважине, при этом требуется специальный инструмент для размещения составной манжеты в муфте.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является соединение НКТ, включающее трубы с наружной конической резьбой и торцевыми проточками на внутренней стороне, муфту с внутренней конической резьбой и уплотнительную манжету с вогнутой внутрь поверхностью [Пат. №2167358 РФ, F16L 15/04, 2012].
В принятом за прототип соединении НКТ уплотнительная манжета сжимается между торцами труб при затяжке резьбы за счет пониженной жесткости вогнутых стенок. Недостатками соединения НКТ являются необходимость монтажа непосредственно на скважине, потребность в специальных проточках на торцах труб, а также выпирание уплотнительной манжеты внутрь труб, сопровождающееся уменьшением их проходного сечения.
Предлагаемое техническое решение направлено на разработку несложного по конструкции соединения НКТ, обладающего высокой надежностью за счет защиты конической резьбы от абразивного воздействия твердых частиц, находящихся в откачиваемой жидкости или газе.
Поставленная цель достигается тем, что в соединении насосно-компрессорных труб, включающем трубы с наружной конической резьбой по концам, муфту с конической резьбой с обеих сторон и уплотнительную манжету между торцами труб, согласно изобретению, уплотнительная манжета выполнена с равноотстоящими по окружности винтовыми рядами сквозных щелей, обеспечивающими изменениеее размера в осевом направлении при затяжке резьбы.
Уплотнительная манжета имеет внутри цилиндрическую поверхность, а снаружи - цилиндрическую поверхность и коническую поверхность с углом раскрытия конуса меньшим, чем конусность конической резьбы муфты.
На фиг. 1 изображено заявляемое соединение НКТ, продольный разрез; на фиг. 2 уплотнительная манжета, аксонометрия.
Соединение НКТ включает трубы 1, 2 с наружной конической резьбой 3 по концам, муфту 4, имеющую коническую резьбу 5 с обеих сторон, и уплотнительную манжету 6, например, из фторопласта, размещенную между торцами обозначенных труб (фиг. 1). На уплотнительной манжете 6 выполнены равноотстоящие в окружном направлении винтовые ряды 7 сквозных щелей 8, которые обеспечивают ей упругость и пониженную жесткость в осевом направлении и способность деформироваться вплоть до смыкания краев сквозных щелей 8 (фиг. 2). Сквозные щели с винтовым расположением получены по высокопроизводительной технологии деформирующего резания [Зубков Н.Н., Слепцов А.Д. Получение полимерных щелевых фильтрующих труб методом деформирующего резания // Вестник машиностроения. 2010. №12. c. 51-53]. Количество винтовых рядов 7 должно быть не менее 3, но не более 6, а ширина сквозных щелей 8 может изменяться в диапазоне 50-200 мкм. Уплотнительная манжета 6 имеет внутри цилиндрическую поверхность, имеющим диаметр, совпадающим с внутренним диаметром труб 1, 2, а снаружи - цилиндрическую поверхность 9 и коническую поверхность 10. Для обеспечения возможности осевого сжатия уплотнительной манжеты 6 в ее части, имеющей коническую поверхность 10, угол раскрытия конуса α конической поверхности 10 выполняется меньше угла конуса β конической резьбы 5 на муфте 3. В отличие от прототипа, на торцах труб 1, 2 не требуется выполнения проточек, что расширяет возможности использования предлагаемого соединения НКТ.
Насосно-компрессорные трубы соединяют следующим образом.
Уплотнительную манжету 6, например, из фторопласта вставляют концом с цилиндрической поверхностью 9 в муфту 4, а после ввинчивают в муфту трубу 1. Труба 1 своим торцом упирается в торец уплотнительной манжеты 6 и перемещает ее до примыкания конической поверхности 10 к конической резьбе 5 на муфте 4. При дальнейшем завинчивании трубы 1 уплотнительная манжета 6 сжимается в осевом направлении, при этом уменьшается ширина щелей 8 на части манжеты с конической наружной поверхностью 10 (фиг. 1). Данная операция может выполняться в производственном помещении для сокращения времени последующего монтажа колонны НКТ на скважине, что особенно важно в зимнее время. На скважине трубу 1 с навернутой муфтой 4 и зафиксированной между ними уплотнительной манжетой 6 спускают в скважину, после чего сверху в муфту 4 ввертывают трубу 2, снабженную на противоположном конце такой же муфтой и уплотнительной манжетой. При затяжке резьбы торец трубы 2 упирается в торец уплотнительной манжеты 6 и сжимает ее. Уплотнительная манжета 6 уменьшается в длину за счет сближения и смыкания между собой краев щелей 8 в той ее части, которая имеет цилиндрическую наружную поверхность 9. Подобным образом осуществляется монтаж колонны НКТ расчетной длины. Благодаря упругим свойствам уплотнительной манжеты 6 ее торцы всегда находятся в механическом контакте с торцами труб 1 и 2, в результате чего гарантируется отсутствие зазоров, в которых возможно завихрение перекачиваемой жидкости или газа, вызывающее абразивный и коррозионный износ резьбы.
Предложенное соединение НКТ характеризуется простотой и надежностью, поскольку уплотнительная манжета с винтовыми рядами сквозных щелей способна за счет изменения своего осевого размера заполнить зазор между торцами труб и исключить тем самым износ и коррозию конической резьбы на трубах и муфте.