Соединение труб обсадных усиленных

Полезная модель относится к области сооружения буровых скважин на воду, в частности, представляет собой соединение труб обсадных усиленных для проектирования и сооружения (строительства) буровых скважин на воду.
Уровень техники
Прототипом предложенного к патентованию технического решения является соединение профильных труб перекрывателей скважин, которое состоит из профильных труб, соединяемые концы которых снабжены муфтовой и ниппельной цилиндрической резьбой на взаимообращенных поверхностях, а также эластичных колец между взаимообращенными цилиндрическими поверхностями муфтовой и ниппельной резьб, причем муфтовый конец резьбы выполнен снаружи коническим и более упругим, чем взаимообращенный ниппельный конец резьбы, при этом ниппельный конец резьбы выполнен с высадкой внутрь (патент на полезную модель РФ №66775, дата публикации 27.09.2007 г.).
Недостатком прототипа является следующее.
Высокая металлоемкость и вес, вследствие чего - большая нагрузка на буровой станок при бурении, высокий уровень риска травмирования персонала. Использование высокопрочных сталей на всей длине трубы, в том числе на участках, испытывающих низкие нагрузки при бурении. Данные недостатки обусловлены применением данных труб для бурения на большие глубины - более 200 м, с использованием мощных крупногабаритных станков с высоким уровнем автоматизации, для работы с большими давлениями внутри трубы.
Сложные системы обеспечения герметичности соединения с применением уплотнительных прокладок (эластичных колец, как указано в описании прототипа, недостаточная герметичность в связи с отсутствием в конструкциях труб и втулок предварительного натяга. Отсутствие упора сопрягаемых деталей не противодействует чрезмерному ввинчиванию друг в друга и разрушает резьбы при превышении допустимого момента скручивания.
Технический результат при использовании заявленной полезной модели заключается в устранении вышеуказанных недостатков: снижении металлоемкости и веса, повышении герметичности и прочности соединения.
Краткая сущность заявленной полезной модели
Указанный технический результат достигается за счет того, соединение труб обсадных усиленных содержит на резьбовых концах трубы соединительные элементы. При это труба выполнена стальной электросварной прямошовной, к которой с обеих сторон методом сварки присоединены резьбовые втулки, изготовленные стальными бесшовными горячедеформированными, при этом узел уплотнения представлен совокупностью конструктивных металлических уплотнительных и упорных элементов резьбового соединения, состоящих из цилиндрических поверхностей на трубе и втулке, соприкасающихся при скручивании, радиальной конической проточки на трубе и упорного торца втулки, при этом контакт резьбовых витков при скручивании происходит по вершине витка на втулке с внутренней резьбой.
При этом резьба трапецеидальная коническая.
При этом узел уплотнения типа «металл-металл».
При этом имеется предварительный натяг при скручивании.
При этом конусность резьбы 1:16.
При этом шаг резьбы 4 мм.
При этом профиль резьбы представляет неравнобедренную трапецию с углом наклона стенок 3 и 10 градусов.
Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан главный вид устройства.
На фиг. 2 показан главный вид с поперечным разрезом А-А.
На фиг. 3 показано место свинчивания втулок на станке в масштабе увеличения Б, узел уплотнения «замок» резьбовых втулок в сомкнутом состоянии.
На фиг. 4 показано место свинчивания втулок при ручном свинчивании с натягом в масштабе увеличения. В сомкнутом состоянии трубы свинчены. Цилиндрическая поверхность на трубе пришла в соприкосновение с цилиндрической поверхностью на втулке, упорный конический торец втулки уперся в коническую проточку на трубе.
На фиг. 5 показан узел уплотнений в разомкнутом состоянии, трубы развинчены.
На фиг. 6 показано место зазоров резьбы при свинчивании втулок.
Где: 1 - втулка с внутренней резьбой; 2 - втулка с наружной резьбой; 3 - труба обсадная усиленная; 4 - кольцевой сварной шов; 5 - узел уплотнений; 5.1 - коническая проточка на трубе; 5.2 - цилиндрическая поверхность на трубе; 5.3 - упорный конический торец втулки; 5.4 - цилиндрическая поверхность на втулке; 6 - место зазора резьбы при свинчивании втулок.
Труба (3) выполнена стальной электросварной прямошовной, к которой с обеих сторон методом сварки присоединены резьбовые втулки (1, 2), изготовленные стальными бесшовными горячедеформированными.
Толщина стенки трубы составляет не менее 3 мм, к торцам которой с обеих сторон методом сварки на автоматической линии присоединены резьбовые втулки, одна с наружной и другая с внутренней резьбой, с толщиной стенки втулки не менее 5 мм.
При этом узел уплотнения («замок») (5) представлен совокупностью конструктивных металлических уплотнительных и упорных элементов резьбового соединения, состоящих из цилиндрических поверхностей (5.2, 5.4) на трубе и втулке, соприкасающихся при скручивании, радиальной конической проточки на трубе (5.1) и упорного торца (5.3) втулки, которые при механическом свинчивании с предварительным натягом обеспечивают в результате сопряжения поверхностей высокую герметичность резьбового соединения и за счет упора сопрягаемых деталей - противодействуют чрезмерному ввинчиванию друг в друга и разрушению резьбы при превышении допустимого момента скручивания. Резьба самоцентрирующаяся при скручивании, что обеспечивается наличием заходной цилиндрической поверхности на трубе и втулке. Контакт резьбовых витков при скручивании происходит не по боковым поверхностям витка, а по вершине витка на втулке с внутренней резьбой.
При этом резьба трапецеидальная коническая.
При этом узел уплотнения типа «металл-металл».
При этом имеется предварительный натяг при скручивании. При ручном свинчивании с моментом 12 кг⋅м величина натяга N должна составлять 14±3 мм (зазор между краем трубы и «замком» втулки). При свинчивании на станке с моментом 50 кг⋅м соединение должно состыковаться по «замку». Допускается зазор (6) не более 5 мм. Кольцевой стык должен быть без зазора или иметь равномерный зазор по диаметру стыка не более 5 мм.
Контакт резьбовых витков при скручивании происходит не по боковым поверхностям витка, а по внешней поверхности витка на втулке с внутренней резьбой.
При этом конусность резьбы 1:16.
При этом шаг резьбы 4 мм.
При этом профиль резьбы выполнен в форме неравнобедренной трапеции с углом наклона стенок 3 и 10 градусов.
Размеры и конструкция трубы обсадной усиленной должны соответствовать значениям, указанным в таблице 1, где:
Dн - номинальный наружный диаметр обсадной трубы;
L - длина обсадной трубы (L=L1+L2);
L1 - эффективная длина трубы после сборки;
L2 - длина резьбы;
S1 - шаг резьбы;
t - рабочая высота витка;
m - ширина витка у вершины наружной резьбы;
m0 - ширина витка у впадины наружной резьбы;
m1 - ширина витка у вершины внутренней резьбы;
m2 - ширина витка у впадины внутренней резьбы;
а - наименьший боковой зазор по ширине витка;
К - конусность резьбы.
Трубы изготавливаются в прямых отрезках длиной от 3 до 4,2 м. Основная длина усиленных труб - 4 м или 4,2 м, в зависимости от длины сырья.
Расчетная масса обсадных усиленных труб
Осуществление устройства
Монтаж осуществляется в следующей последовательности:
- на первом этапе производится бурение грунта буром, диаметр которого больше номинального диаметра обсадной трубы на 60÷70 мм. Минимальная глубина бурения должна быть 3÷5 метров;
- на втором этапе осуществляется проходка скважины бурильным инструментом, диаметр бура (долота) которого больше номинального диаметра трубы на 60÷70 мм для того, чтобы затрубное пространство обеспечивало создание плотной цементной корки;
- в пробуренную зону скважины вставляется стальная обсадная усиленная труба. По мере заглубления вставленной трубы проводится вкручивание по резьбе (до упора) следующей трубы;
- процесс соединения новых труб осуществляется до полной обсадки скважины. Для предотвращения неконтролируемого погружения обсадной колонны используют специальное приспособление для фиксации верхнего конца колонны.
Таким образом, экспериментальным путем было установлено что, совокупность признаков конструкции предложенной к патентованию в качестве полезной модели трубы обсадной усиленной достигает поставленного технического результата: снижения металлоемкости и веса, повышения герметичности и прочности соединения.
Полезная модель является новой, поскольку вся совокупность признаков неизвестна из предшествующего уровня техники, приведенного в соответствующем разделе описания, а также промышленно применимой в указанной области техники.