ВЫСОКОГЕРМЕТИЧНОЕ РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ

Полезная модель относится к области добычи жидких и газообразных углеводородов из нефтяных и газовых скважин и может быть использована при производстве и эксплуатации бурильных труб для бурения вертикальных, наклонно-направленных, пологих и горизонтальных скважин.
В настоящее время для бурения на нефть, газ, воду и т.д. используются бурильные трубы из алюминиевых сплавов собранных со стальными замковыми деталями (ниппель и муфта) на треугольной резьбе с использованием герметизирующей самоотверждающей смазки УС-1 по ТУ 36-101-440-74 и отвердителя по ТУ 6-18-1263-72. Кроме того выпускаются трубы «горячей» сборки. Предварительно нагретая замковая деталь наворачивается «в сухую» на охлаждаемую алюминиевую трубу РД 39-2-303-79. Усталостная прочность соединения указанных труб и его герметичность относительно не высока. Эти резьбы плохо работают при изгибающих нагрузках весьма значительных при бурении наклонно-направленных, пологих и горизонтальных скважин, где интенсивность набора кривизны ствола зачастую превышает допустимые 2° на 10 метров.
Из уровня техники также известна конструкция соединения бурильной трубы с замком (см., например, стандарт ISO/DIS 15546-2), в которой применена трапецеидальная резьба. Помимо резьбы в конструкции предусмотрено радиальное уплотнение на большом конусе и торцевое уплотнение на малом конусе соединения, ограничивающий возможный доворот соединения при бурении.
Наиболее близкими к предлагаемому по технической сути являются резьбовые соединения обсадных и насосно-компрессорных труб (ГОСТ 632-80. «Трубы обсадные и муфты к ним. Технические условия» и ГОСТ 633-80. «Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним»), содержащие внутренние и наружные конические сопрягаемые элементы, на которых выполнена трапецеидальная резьба, имеющая опорную и закладную грани, причем обе резьбовые части имеют общий контур поверхности в виде усеченного конуса, а со стороны меньшего диаметра усеченного конуса выполнен герметизирующий узел, внутренняя и наружная части которого образованы конической радиальной и торцевой уплотнительными поверхностями.
Общим недостатком приведенных конструкций является невысокая усталостная прочность и герметичность соединения особенно при строительстве горизонтальных и наклонно-направленных скважин.
При разработке полезной модели ставилась задача создать соединение с конической резьбой, конструкция которого позволит увеличить усталостную прочность соединения, обеспечить высокую герметичность, улучшить работу резьбового соединения на растяжение и изгиб, увеличить сопротивление сжимающим нагрузкам.
Задача, положенная в основу настоящей полезной модели решается тем, что в резьбовом соединении бурильных труб, содержащем внутренние и наружные конические сопрягаемые элементы, на которых выполнена трапецеидальная резьба, имеющая опорную и закладную грани, причем обе резьбовые части имеют общий контур поверхности в виде усеченного конуса, а со стороны меньшего диаметра усеченного конуса выполнен герметизирующий узел, внутренняя и наружная части которого образованы конической радиальной и торцевой уплотнительными поверхностями, на большом основании конуса соединения, разнесенном от малого основания конуса, на величину, большую, чем длина резьбы, выполнен дополнительный герметизирующий узел с радиальными коническими уплотнительными поверхностями, причем конические радиальные уплотнительные поверхности последнего выполнены с меньшей конусностью, чем конические радиальные уплотнительные поверхности первого герметизирующего узла.
Кроме того, герметизирующий узел со стороны меньшего диаметра усеченного конуса имеет коническое радиальное уплотнение с конусностью 1:16 и торцевое уплотнение, выполненное с углом 90° к оси резьбы.
Кроме того, дополнительный герметизирующий узел имеет коническое радиальное уплотнение с конусностью 1:32.
Предпочтительный вариант исполнения полезной модели описывается конкретным примером изготовления высокогерметичного резьбового соединения бурильных труб из алюминиевых сплавов, собранных со стальными замковыми деталями (ниппель и муфта), который не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность получения требуемого технического результата на основе представленных чертежей, где:
- на фиг.1 изображено резьбовое соединение труба-замок бурильных труб из алюминиевых сплавов с повышенным пределом усталости;
- на фиг.2 изображен профиль резьбы.
В резьбовом соединении труба-замок бурильных труб, например, из алюминиевых сплавов с повышенным пределом усталости применена трапецеидальная резьба 1 с конусностью 1:16. По опорной грани 2 трапецеидальной резьбы профиль имеет угол 3°, по закладной грани 3-10°, герметизирующий узел 4 со стороны меньшего диаметра имеет коническое радиальное уплотнения 5 с конусностью 1:16 и торцевое уплотнение 6, выполненное с углом 90° к оси резьбы. Дополнительный герметизирующий узел 7 имеет радиальное коническое уплотнение с конусностью 1:32. На трубе 8 нарезана наружная коническая резьба, на замковых элементах 9 - внутренняя коническая резьба.
Предлагаемое резьбовое соединение труба-замок бурильных труб работает следующим образом.
При выполнении операции сборки соединения труба-замок первоначально осуществляется взаимодействие внутреннего и наружного элементов резьбы 1. В процессе дальнейшего свинчивания происходит взаимодействие конических радиальных уплотнительных поверхностей внутренней и наружной дополнительного герметизирующего узла 7. За счет диаметральных деформаций этих поверхностей возникают контактные давления обеспечивающие герметизацию типа «металл-металл».
При дальнейшем взаимном перемещении трубы 8 и замкового элемента 9 возникают диаметральные деформации на резьбе 1 и конических уплотнительных поверхностях герметизирующего узла 4. Возникающие контактные давления в узле 4 от диаметральных деформаций указанных поверхностей обеспечивают дополнительную герметизацию типа «металл-металл».
Ограничителем дальнейшего доворота служит торцевое уплотнение 6 являющееся дополнительным герметизирующим элементом.
Основная задача соединения - разделение изгибающей нагрузки и соответственно ее уменьшение выполняются за счет применения двух герметизирующих узлов с диаметральными уплотнениями, разнесенными как минимум на длину резьбы, что кратно повышает усталостную прочность соединения.
Приведенный выше вариант конкретного выполнения предлагаемого технического решения не является единственно возможным. Допускаются различные модификации и улучшения, не выходящие за пределы области действия полезной модели, определенного прилагаемой формулой.
Из описания сущности предлагаемого технического решения видно, что совокупность признаков, характеризующих это решение, не встречается у выявленных аналогов и прототипа. Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что данное решение соответствует требованию условия патентоспособности полезной модели «новизна».
Элементы заявленной конструкции высокогерметичного резьбового соединения бурильных труб могут быть изготовлены промышленным способом с использованием современных материалов и технологий на предприятиях, выпускающих комплектующие узлы эксплуатационных технологических колонн (как бурильных, так и обсадных) для разработки нефтегазопромысловых скважин.
Преимуществом предлагаемого резьбового соединения по сравнению с известным является повышение герметичности, увеличение усталостной прочности соединения и соответственно долговечности его.
Следовательно, заявленный объект соответствует требованию условия патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.