РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ОБСАДНОЙ ТРУБЫ
THREADED CONNECTION OF CASING

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно для крепления как вертикальных, так наклонных и горизонтальных скважин при их строительстве.
Известно резьбовое соединение обсадной трубы, включающее тело трубы с наружной резьбой на концах, муфты с ответно выполненными внутренней резьбой (см. кн.: Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы. - М.: Недра, 1988, с. 90-93).
Недостатком известного устройства является недостаточная прочность резьбового соединения вследствие возможности касания витков резьбы тела трубы и муфты по упорной и передней поверхности. При приложении осевой нагрузки или изгибе обсадной трубы, например, при опускании в наклонную или горизонтальную скважину, это может привести к неравномерному нагружению витков.
Известно резьбовое соединение обсадной трубы, включающее тонкостенную трубу с наружной низкопрофильной резьбой на концах, муфты с ответно выполненными внутренней резьбой (см. ГОСТ 632-80. Трубы обсадные и муфты к ним, с. 33-37, черт. 8-11), которое принято за прототип.
Выполнение резьбы низкопрофильной, например, трапецеидальной, обеспечивает высокую прочность резьбы при ее нарезке на трубу с тонкой стенкой.
Недостатком известного устройства является недостаточная прочность трубы вследствие невозможности равномерного нагружения витков резьбы. Это связано с тем, что соединении тела трубы с муфтой не всегда гарантируется касание упорных поверхностей всех витков.
Целью предлагаемого технического решения является повышение прочности резьбового соединения обсадной трубы.
Указанная цель достигается тем, что в резьбовом соединении обсадной трубы, включающем тело трубы с низкопрофильной конической трапецеидальной резьбой на концах, муфту с ответно выполненными резьбой на концах и буртом между ними, при этом расстояния от основной плоскости резьбы муфты до бурта и от основной плоскости резьбы тела трубы до его торца равны и выполнены с одинаковым отрицательным и положительным допуском соответственно, величина указанного допуска составляет 1,1-1,15 величины отклонения шага резьбы на всей длины резьбы с полным профилем.
Предлагаемое устройство поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображено предлагаемое резьбовое соединение обсадной трубы с муфтой, продольный разрез;
на фиг. 2 - общий вид соединения витков резьбы;
на фиг. 3 - резьбовое соединение обсадной трубы (начальный момент свинчивания);
на фиг. 4 - резьбовое соединение при полной затяжке резьбы.
0
1
2
2
1
Резьбовое соединение обсадной трубы содержит тело 1 (фиг. 1) из тонкостенной трубы, на концах которого выполнены, например, низкопрофильные трапецеидальные резьбы 2 (фиг. 2), муфту 3 с ответно выполненными внутренней резьбой 4. В средней внутренней части муфты 3 выполнен бурт 5 с возможностью взаимодействия с торцом 6 тела 1 трубы. Размеры обсадной трубы и резьбы следующие: наружный диаметр «D» и толщина стенки «S» тела 1 трубы, средний диаметр резьбы в основной плоскости «D», угол профиля «ϕ» и шаг «t» резьбы, а также углы наклона упорной поверхности 7 «α» и передней поверхности 8 «α» профиля резьбы относительно нормали к оси резьбы. При этом, как правило, с целью снижения момента свинчивания резьбового соединения угол «α» принимается больше угла трения, составляющего 9-10°. Угол наклона упорной поверхности 7 «α», с целью предотвращения скольжения упорных поверхностей витков принимается минимальным, составляющим 3-4°.
Номинальное расстояние от основной плоскости 9 резьбы 2 тела 1 трубы до торца 6 и расстояние от основной плоскости 10 резьбы 4 муфты 3 до бурта 5 выполняется одинаковым и равным «L» (фиг. 3 и 4). Размер L может быть выполнен с определенным допуском «δ» для тела 1 трубы и муфты 3. С целью обеспечения гарантированного взаимодействия торца 6 тела 1 трубы с буртом 5 допуск размера «L» для тела 1 принимается положительным, а для муфты 3 - отрицательным. Пусть число витков резьбы обсадной трубы с полным профилем равно «n». При этом суммарный допуск на шаг «t» на всю длину резьбы обозначим как «Δ», т.е. n⋅t±Δ.
Свинчивание резьбового соединения обсадной трубы осуществляется следующим образом.
При свинчивании тела 1 трубы с муфтой 3 (фиг. 3) расстояние между торцом 6 тела 1 трубы и буртом 5 уменьшается до нуля (фиг. 3). Так как допуск «δ» на размер «L» тела 1 трубы положительный, в момент касания торца 6 с буртом 5, основная плоскость 9 резьбы 2 не совпадает с основной плоскостью 10 резьбы 4 муфты 3. При дальнейшем свинчивании резьбы длина резьбовой части «L» тела 1 снижается, а муфты 3 - увеличивается. Происходит также увеличение длины элементов резьбы: выступов и впадин (на фиг. не указаны) муфты 3. С целью обеспечения контакта упорной поверхности 7 резьбы 2 тела 1 и резьбы 4 муфты 3 величина допуска «δ» размер «L» не должен быть меньше отклонения «Δ» шага резьбы на всей длине резьбы с полным профилем. Для исключения чрезмерного натяга величина допуска «δ» на размер «L» должен составит 1,10-1,15 отклонения «Δ» шага резьбы на всей длине резьбы с полным профилем, т.е. δ=(1,10-1,15)⋅Δ.
Работа резьбового соединения обсадной трубы.
Тело обсадной трубы и резьбовое соединение испытывают осевую нагрузку, крутящий момент и изгиб вследствие искривления скважины. Натяг резьбового соединения на величину, превышающую отклонение шага резьбы на всей длине резьбы с полным профилем, обеспечивает контакт упорной поверхности резьбы.
При приложении на обсадную трубу осевой растягивающей нагрузки снижается контактное напряжение между торцом 6 и буртом 5. Вследствие восприятия части усилия затяжки торцом 6 и буртом 5, контактное напряжение на передней поверхности 8 незначительное. При действии на обсадную трубу изгибающего момента не происходит отрыв упорных поверхностей 7 витков резьбы тела 1 и муфты 3.
Таким образом, достаточным натягом резьбы с обеспечением гарантированного контакта упорных поверхностей витков резьбы тела трубы и муфты предотвращается срыв и смятие передних поверхностей резьбы.