РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ С КОНИЧЕСКОЙ УДЛИНЕННОЙ МНОГОЗАХОДНОЙ РЕЗЬБОЙ

Полезная модель относится к трубному производству, а именно к производству труб нефтяного сортамента, например насосно-компрессорных и обсадных, с резьбовыми коническим соединениям треугольного и трапецеидального профиля, в том числе с уплотнительными элементами, предназначенных для добычи нефти и газа, а также для строительства скважин.
Известны конструкции насосно-компрессорных (НКТ) и обсадных труб (ОТ) с конической треугольной (закругленной) или трапецеидальной резьбой, нарезанной на их концах (наружная) и в соединительных муфтах (внутренняя), а также резьбами с радиальным и торцевым уплотнительными элементами (ГОСТ 633-80 «Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия» п. 2.13.1, п. 2.13.2, п. 2.14.1, и п. 2.14.2, черт. 5, черт. 6, черт. 9,черт. 10, ГОСТ 632-80 «Трубы обсадные и муфты к ним. Технические условия» п. 2.13.1, п. 2.13.2, п. 2.14.1, п. 2.14.2, п. 2.15.1, п. 2.15.2, черт. 5, черт. 6, черт. 8, черт. 9, черт. 12; «Стандарт технических требований API 5 В, 15-е издание, «Требования к нарезанию, калиброванию и контролю резьбы обсадных, насосно-компрессорных и трубопроводных труб», рис. 3, рис. 4, рис. 5, рис. 6, рис. 8, рис. 9, таблицы: №6, №9, №12, №13).
1
В конструкции данных соединений выполнена однозаходная наружная коническая резьба треугольного или трапецеидального профиля с углом уклона φ образующей впадины от торца трубы до сбега, который соответствует конусности (K), равной 1/16. Затем угол уклона образующей впадин резьбы увеличивается до величины φ на участке сбега резьбы.
К недостаткам описанных резьбовых соединений относятся:
- уменьшенная допустимая осевая нагрузка резьбы (до 30%) по сравнению с телом трубы,
- низкая износостойкость резьб, особенно у насосно-компрессорных труб, которые в процессе эксплуатации свинчиваются и развинчиваются многократно,
- заедание резьб в начале свинчивания,
- низкая производительность при сборке труб в колонну.
Известно резьбовое соединение насосно-компрессорных труб [Пат. РФ №125289, публ. 27.02.2013], имеющее на прямом охватываемом элементе и охватывающем элементе соответственно наружную и внутреннюю коническую резьбу треугольного профиля, выполненную многозаходной с ходом резьбы, который определяют из выражения T=n·Pмм.
Использование полезной модели позволяет обеспечить повышение скорости свинчивания - развинчивания резьбового соединения при сборке-разборке труб в колонне. Однако сохраняются недостатки, связанные с уменьшением осевых нагрузок и низкой износостойкостью резьбы.
n
n
м
0
Наиболее близким к заявленной полезной модели по технической сущности (прототип) является трубное соединение с конической удлиненной резьбой треугольного профиля [Пат. РФ №2386072 публ. 10.04.2010], содержащее охватывающий элемент (муфту), имеющий внутреннюю резьбу и охватываемый элемент (трубу), имеющий на конце соответствующую наружную коническую резьбу и последовательно расположенный за ней индикатор относительного положения трубы и муфты, выполненный в виде зарезьбовой канавки. При этом на конце охватываемого элемента (трубы) выполняют наружную коническую резьбу треугольного профиля увеличенной длины L с постоянным углом уклона φ образующей конуса по впадинам ниток резьбы по всей длине (без сбега), а на расстоянии L от торца трубы выполняют зарезьбовую цилиндрическую канавку с шириной l для выхода резьбообразующего инструмента, являющуюся одновременно индикатором относительного положения трубы и муфты, с диаметром по дну D, длина охватывающего элемента (муфты) L увеличена с учетом длины резьбы охватываемого элемента L, при этом резьбовой конец трубы входит в муфту без вращения минимум на шесть ниток от ее торца, а у торца муфты имеется внутренняя заходная фаска, расположенная под углом (β) 65°-70° к торцу муфты с диаметром d в плоскости торца муфты.
Изобретением обеспечивается повышение допустимой осевой нагрузки на «страгивание», повышение качества сборки труб в колонну, при этом используется резьба только треугольного профиля и сохраняются недостатки, связанные с низкой скоростью сборки-разборки труб в колонну.
Задачей настоящей полезной модели является повышение скорости сборки НКТ и обсадных труб с коническими удлиненными резьбами треугольного или трапецеидального профиля, в том числе с радиальным и торцевым уплотнительными элементами, увеличение срока службы, улучшение условий и качества сборки резьбовых соединений.
Техническим результатом является сокращение времени свинчивания-развинчивания труб и повышение производительности при выполнении спускоподъемных операций на месторождениях, улучшение условий и качества сборки, а также повышения срока службы, труб нефтяного сортамента, с конической удлиненной резьбой треугольного и трапецеидального профиля, в том числе с радиальными и торцевыми уплотнительными элементами.
Поставленная задача решается за счет того, что в резьбовом соединении с конической удлиненной резьбой треугольного или трапецеидального профиля, в т.ч. с радиальным и торцевым уплотнительными элементами, содержащем охватывающий элемент (муфту), имеющий внутреннею резьбу и охватываемый элемент (трубу), имеющий на конце соответствующую наружную коническую резьбу с постоянным углом уклона φ образующей конуса по впадинам ниток резьбы по всей длине L (без сбега), и последовательно расположенной за ней зарезьбовой канавкой для выхода резьбообразующего инструмента, согласно полезной модели на конце охватываемого элемента (трубы) и в охватывающем элементе (муфте) выполняется многозаходная коническая резьба треугольного или трапецеидального профиля, а ширина зарезьбовой канавки, рассчитывается исходя из конструктивных особенностей резьбообразующего инструмента, применяемого для нарезания резьбы, по формуле:
ln=2З+b, где:
ln - ширина зарезьбовой канавки;
P - шаг резьбы;
b - ширина калибрующего зуба по вершине для резьб трапецеидального профиля или ширина калибрующего зуба по средней линии резьбы треугольного профиля;
n
при этом дно зарезьбовой канавки может быть выполнено цилиндрическим или коническим под углом равным углу уклона образующей впадины резьбы φ, а допускаемое отклонение на ширину зарезьбовой канавки l устанавливается в пределах плюс 5,0 мм.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами.
Фиг. 1 - коническое резьбовое соединение с многозаходной удлиненной резьбой треугольного профиля в сборе.
Фиг. 2 - коническое резьбовое соединение с многозаходной удлиненной резьбой трапецеидального профиля с радиальным и торцевым уплотнениями элементами в сборе.
Фиг. 3 - вид зарезьбовой цилиндрической канавки.
Фиг. 4 - вид зарезьбовой конической канавки.
n
На фиг. 1 труба (охватываемый элемент) поз. 1 в сборе с муфтой (охватывающий элемент) поз.2, соединенные между собой удлиненной многозаходной конической резьбой треугольного или трапецеидального профиля поз. 3. В конце резьбы на трубе поз. 1 (фиг. 1) на расстоянии L от торца трубы выполнена зарезьбовая канавка номинальной шириной l. Положение торца муфты относительно начала зарезьбовой канавки соответствует свинчиванию трубы с муфтой при машинном свинчивании при номинальных параметрах резьбы труб и муфт.
n
На фиг. 2 труба (охватываемый элемент) поз. 1 в сборе с муфтой (охватывающий элемент) поз. 2, соединенные между собой удлиненной многозаходной конической резьбой трапецеидального профиля поз. 3, с радиальным поз. 4 и торцевым поз. 5 уплотнительными элементами. В конце резьбы на трубе поз. 1 (фиг. 2) на расстоянии L от торца трубы выполнена зарезьбовая канавка номинальной шириной l. Положение торца муфты относительно начала зарезьбовой канаки соответствует свинчиванию трубы с муфтой при машинном свинчивании до соприкосновения уплотнительного торца трубы с уплотнительным упором муфты.
На фиг. 3 изображен вид A с цилиндрической зарезьбовой канавкой поз. 6.
На фиг. 4 изображен вид A с конической зарезьбовой канавкой поз. 7 с углом уклона φ дна канавки равного углу уклона образующей впадины резьбы.
n
Проведенные работы по изготовлению и свинчиванию, развинчиванию опытных образцов насосно-компрессорных и обсадных труб с коническими многозаходными резьбами треугольного и трапецеидального профиля, в т.ч. с радиальным и торцевым уплотнительными элементами, и канавками за резьбой, выполненными цилиндрическими или коническими (под углом равным углу уклона φ образующей впадины резьбы), на расстоянии L от торца трубы, номинальной шириной l, рассчитанной по формуле ln=2P+b, с допуском плюс 5 (пять) мм, показали возможность использования предложенных решений полезной модели при производстве насосно-компрессорных и обсадных труб, предназначенных для строительства и эксплуатации скважин, с целью добычи нефти и газа.
Применение заявленной полезной модели при производстве труб нефтяного сортамента, например насосно-компрессорных и обсадных труб с резьбами треугольного и трапецеидального профиля, в том числе с радиальными и торцевыми уплотнительными элементами позволяет:
- увеличить скорость сборки, разборки резьбовых соединений тем самым сократить время свинчивания-развинчивания труб и повысить производительность при выполнении спускоподъемных операций на месторождениях, т.к. скорость свинчивания-развинчивания многозаходных резьб пропорциональна количеству заходов резьбы, например при двухзаходной резьбе скорость свинчивания-развинчивания резьбовых соединений увеличивается в два раза;
- улучшить качество сборки за счет более благоприятных условий центрирования наружной резьбы труб относительно внутренней резьбы муфт в начале свинчивания («наживления») из-за наличия нескольких заходов и минимизации вероятности перекосов резьбы треугольного и трапецеидального профиля;
- повысить срок службы резьбовых соединений за счет сокращения кратности нахождения в контакте сопрягаемых поверхностей элементов резьбы и радиальных уплотнительных элементов в процессе свинчивания многозаходных резьб треугольного и трапецеидального профиля.
n
- за счет выполнения за конической удлиненной многозаходной резьбой цилиндрической или конической канавки под углом равным углу уклона ср образующей впадины резьбы на расстоянии L от торца трубы, номинальной шириной l, рассчитанной по формуле ln=2P+b, обеспечивается выход резьбообразующего инструмента для нарезания многозаходной резьбы.