МУФТОВОЕ РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ОБСАДНЫХ ТРУБ

Заявленная полезная модель относится к муфтовым резьбовым соединениям обсадных труб и может быть использована для крепления элементов колонн обсадных труб, расположенных в верхних интервалах нефтяных скважин. Также соединение предназначено для использования в кондукторах и технических колоннах нефтяных скважин.
Обсадные трубы нефтяных скважин и элементы их соединений эксплуатируются в сложных условиях при воздействии значительных разнонаправленных механических нагрузок, агрессивных сред.
В связи с этим, основными требованиями к соединениям обсадных труб является стойкость к разнонаправленным механическим нагрузкам, воздействующим на соединение при эксплуатации.
Поскольку свинчивание обсадных труб осуществляется, в том числе, в «полевых» условиях, конструкция соединения таких труб должна обеспечивать улучшенные характеристики свинчиваемости - четкое центрирование ниппеля и муфты относительно друг друга на начальном этапе свинчивания, быстрое и надежное свинчивание без заклинивания и задиров, простой и точный контроль свинчивания соединения.
Из уровня техники известно муфтовое резьбовое соединение обсадных труб, содержащее ниппель и муфту с коническими поверхностями, на которых выполнена трапецеидальная резьба, имеющая опорные и закладные грани.
Опорная грань профиля витка резьбы ниппеля и муфты выполнена с углом наклона 3° к нормали осевой линии ниппеля и муфты, закладная грань - 30° к нормали осевой линии ниппеля и муфты. Герметизирующий узел соединения содержит смыкаемые торцевые поверхности, расположенные под углом 90° к осевой линии ниппеля и муфты (патент на полезную модель RU 96161, 20.07.2010, ОАО «Газпромтрубинвест» (1).
Соединение, раскрытое в документе (1), имеет недостаток, заключающийся в недостаточной стойкости соединения к механическим нагрузкам из-за низких значений конусности резьбы. Кроме того, конструкцией соединения по документу (1) не обеспечивается быстрое и надежное свинчивание соединения.
Данное техническое решение (1) принято в качестве прототипа заявленного изобретения.
Задача, на достижение которой направлена заявленная полезная модель - создание муфтового резьбового соединения обсадных труб, обладающего улучшенными характеристиками свинчиваемости, в том числе в «полевых» условиях, при высокой стойкости соединения к разнонаправленным механическим нагрузкам.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявленной полезной моделью, является достижение улучшенных характеристик свинчиваемости соединения при сохранении высокой стойкости соединения к разнонаправленным механическим нагрузкам.
Муфтовое резьбовое соединение обсадных труб содержит ниппель и муфту, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены трапецеидальные конические резьбы. Угол наклона опорной грани профиля витка резьб охватываемого и охватывающего элементов составляет 3° к нормали осевой линии ниппеля и муфты, а угол наклона закладной грани профиля витка резьб составляет 30° к нормали осевой линии ниппеля и муфты. Соединение выполнено с внутренним упором, образуемым контактирующими между собой упорным торцем ниппеля и упорным уступом муфты, расположенными под углом 90° к осевой линии ниппеля и муфты. При этом, соединение используется для диаметров обсадных труб 219-340 мм, конусность резьбы составляет 1:12, шаг резьбы - 6,35 мм. Высота профиля витка резьбы муфты превышает высоту профиля витка резьбы ниппеля на 0,1 мм.
На фиг. 1 показано муфтовое резьбовое соединение обсадных труб в свинченном состоянии, профиль витка резьбы и внутренний упор соединения.
Муфтовое резьбовое соединение обсадных труб содержит ниппель (1) и муфту (2), на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены конические трапецеидальные резьбы (3).
Угол наклона закладной грани (4) профиля витка резьб (3) ниппеля (1) и муфты (2) составляет 30° (β) к нормали осевой линии ниппеля и муфты, а угол наклона опорной грани (5) профиля витка резьб (3) составляет 3° (α) к нормали осевой линии ниппеля и муфты.
Соединение выполнено с внутренним упором (6), образуемым контактирующими между собой упорным торцем ниппеля (7) и упорным уступом муфты (8), расположенными под углом 90° к осевой линии ниппеля и муфты.
Высота профиля витка резьб (3) муфты (2) превышает высоту профиля витка резьбы (3) ниппеля (1), при этом в свинченном состоянии по вершинам (9) профиля витка резьбы (3) муфты (2) и ниппеля (1) образуется зазор высотой 0,1 мм (h).
Профиль витка резьб (3) представляет собой неравнобедренную трапецию, боковые стороны которой выполнены в виде опорной (5) и закладной (4) граней. Указанное выполнение профиля витка резьб (3) обеспечивает выдерживание резьбой (3) значительных растягивающих нагрузок и хорошую свинчиваемость соединения (предотвращение заклинивания).
Выполнение угла наклона (α) опорной грани (5) профиля витка резьб (3) равным 3° к нормали осевой линии ниппеля и муфты обеспечивает исключение возможности выхода витков резьб (3) ниппеля (1) и муфты (2) из зацепления друг с другом при значительных растягивающих нагрузках, воздействующих на соединение под действием собственного веса колонны, опускаемой в скважину.
Выполнение угла наклона (β) закладной грани (4) профиля витка резьб (3) равным 30° к нормали осевой линии ниппеля и муфты облегчает свинчиваемость соединения - стабилизирует положение ниппеля (1) и муфты (2) относительно друг друга на начальном этапе свинчивания соединения, что предотвращает заклинивание соединения, повреждение поверхностей витков резьб (3) (задиры) и обеспечивает возможность многократного свинчивания-развиничивания соединения.
Под нормалью осевой линии ниппеля и муфты понимается перпендикуляр, проведенный к осевой линии ниппеля и муфты.
Соединение выполнено с внутренним упором (6), образуемым контактирующими между собой упорным торцем ниппеля (7) и упорным уступом муфты (8). При этом, упорный торец ниппеля (7) и упорный уступ муфты (8) расположены под углом 90° к осевой линии ниппеля и муфты.
За счет наличия контактирующих между собой упорного торца (7) ниппеля (1) и упорного уступа (8) муфты (2), обеспечиваются четкое позиционирование ниппеля (1) и муфты (2) относительно друг друга при свинчивании соединения, повышенный момент свинчивания соединения, точное фиксирование заданной величины натяга и крутящего момента в процессе свинчивания соединения - то есть улучшенные характеристики свинчиваемости, возможность контроля свинчивания соединения. Кроме того, обеспечивается повышенная сопротивляемость соединения сжимающим нагрузкам и крутящему моменту, возникающим при эксплуатации соединения.
Для диаметров обсадных труб 219-340 мм (d) конусность резьбы (3) составляет 1:12, шаг резьбы (3) - 6,35 мм (4 витка на дюйм). Указанное соотношение величин диаметров обсадных труб, конусности и шага резьбы обеспечивает быстрое и надежное свинчивание соединения без заклинивания и задиров при сохранении необходимой степени зацепления витков резьб друг с другом в свинченном состоянии и, соответственно, стойкости соединения к разнонаправленным механическим нагрузкам, действующих во время эксплуатации соединения. Указанное оптимальное соотношение диаметра трубы, конусности и шага резьбы (3) выявлено опытным путем.
Высота профиля витка резьбы (3) муфты (2) превышает высоту профиля витка резьбы (3) ниппеля (1), при этом в свинченном состоянии по вершинам (9) профиля витка резьбы (3) муфты (2) и ниппеля (1) образуется зазор высотой 0,1 мм (h). Наличие зазора по вершинам профиля витка резьбы (3) высотой 0,1 мм также обеспечивает быстрое и надежное свинчивание соединения без заклинивания и задиров.
Примеры осуществления полезной модели.
Проведены испытания образцов обсадных труб с заявленным соединением. Основные параметры образцов приведены в таблице 1.
Таким образом, образцы 1-3, геометрические параметры которых соответствовали заявленной полезной модели, прошли испытания с положительным результатом. Образцы 4-9 таких результатов не показали.