ГЕРМЕТИЧНОЕ РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБ

Полезная модель может найти применение при строительстве нефтяных и газовых скважин.
Из уровня техники известно герметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб по патенту РФ №76099 на полезную модель, включающее охватываемую и охватывающие трубы с коническими резьбами, упорными и уплотнительными поверхностями. Упорные поверхности контактируют между собой торцевой поверхностью на охватываемой трубе и ответной торцевой поверхностью на охватывающей трубе. Профиль конической резьбы имеет отрицательный угол по опорной грани. Высота профиля резьбы охватываемой трубы меньше высоты профиля резьбы охватывающей трубы. Торцевые поверхности выполнены увеличенными таким образом, что их площадь составляет не менее 60% тела трубы. Техническое решение по указанному патенту позволяет повысить эксплуатационную надежность и эффективность герметичного соединения, а также минимизировать экологические риски.
Задача, положенная в основу создания заявленного решения, состоит в дальнейшем повышении эксплуатационных и производственных параметров соединения, при этом технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, состоит в повышении плотности (герметичности) резьбового сопряжения вне зависимости от направления воздействия давления, а также в снижении требуемого момента свинчивания и расширении возможности многократного повторного свинчивания изделий.
Для достижения поставленного результата предлагается в герметичном резьбовом соединении нефтепромысловых труб, включающем охватываемую и охватывающие трубы с коническими резьбами, контактирующими по меньшей мере по задней поверхности профиля резьб и упорным торцевым поверхностям, профиль конических резьб выполнить с отрицательный задним углом величиной ≤3° и одинаковой высотой профиля, на внутренней поверхности носовой части охватываемой трубы выполнить кольцевую канавку глубиной ≥0,5 мм, а область контакта торцевых поверхностей выполнить комбинированной в виде участков контакта «сфера-конус» и «конус-конус».
Полезная модель иллюстрируется фиг.1 со схематичным изображением заявленного соединения, фиг.2 - вид А на фиг.1, иллюстрирующий сопряжение профилей зубьев резьбы, фиг.3 - увеличенное изображение носовой части охватываемой трубы, фиг.4 - вид Б на фиг.1, иллюстрирующий процесс формирования контактных поверхностей торцевого узла уплотнения в процессе свинчивания соединения.
В общем виде заявленное герметичное резьбовое соединение включает охватываемую 1 и охватывающую 2 трубы с наружной и внутренней коническими резьбами, соответственно. Профиль таких резьб выполнен с отрицательным задним углом величиной не более 3°, что в совокупности с одинаковой высотой профиля зуба по всей длине обеспечивает плотное сопряжение труб с достижением эффекта «двойного клина» - запирания по трем поверхностям (фиг.2), снижающего вероятность самопроизвольного отвинчивания в процессе эксплуатации и позволяющего резьбовому соединению воспринимать знакопеременные нагрузки, что, в свою очередь, позволяет обеспечить герметичность резьбового соединения при воздействии давления как внутри, так и снаружи резьбового соединения, снизив при этом площадь контактирующих плоскостей торца охватываемой трубы и упора охватывающей трубы (см. далее). Дополнительно, величина заднего угла (не более трех градусов), способствует увеличению прочности заявленного резьбового соединения на растяжение и сопротивлению к изгибающим напряжениям, повышая эксплуатационные показатели соединения в целом.
На внутренней поверхности носовой части охватываемой трубы выполнена кольцевая канавка 3 глубиной не менее 0,5 мм. Такая канавка значительно увеличивает податливость торцевой части охватываемой трубы, способствуя благоприятному распределению усилий в узле уплотнения и обеспечивая герметизацию в усложненных условиях эксплуатации, а также увеличивая срок службы соединения и снижая момент свинчивания труб не менее 10% по сравнению с аналогичными резьбовыми соединениями. Благодаря повышенной податливости узла уплотнения, контактные напряжения в области контакта «сфера-конус» не превышают предела упругости материала, не вызывают остаточных деформаций, тем самым расширяя возможность многократного повторного свинчивания изделий.
Формирование узла контакта торцевых поверхностей охватываемой и охватывающей труб в заявленном соединении (или торцевого узла уплотнения) обусловлено формой поверхности носовой части охватываемой трубы и внутренней торцевой части охватывающей. Обе из указанных поверхностей выполнены комбинированными, первая из которых состоит из комбинации сферической и конической поверхностей (фиг.3), вторая - из комбинации конических. Сформированный таким образом узел уплотнения является комбинированным, включающим три участка контакта (сопряжения) охватываемой и охватывающей труб (фиг.4): участок контакта №1 - «сфера-конус» и два участка №2 и №3 «конус-конус». Так, в частности, благодаря сформированному на начальном этапе участку контакта №1 «сфера-конус» в дальнейшем, в процессе свинчивания соединения, создаются благоприятные условия для формирования общего эффективного уплотнения «металл-металл» (участки №2 и №3) при меньшем моменте свинчивания резьбового соединения в стадии запирания узла уплотнения (последний оборот резьбы).