ОБСАДНАЯ ТРУБА РАВНОПРОХОДНАЯ С СОЕДИНЕНИЕМ ТМК CS

Заявленная полезная модель относится к области горного дела, а именно к обсадным трубам, предназначенным для крепления нефтяных и газовых скважин.
Известно винтовое соединение металлических труб с конической резьбой трапецеидального профиля, на концах которых, с целью улучшения герметичности, выполнены две гладкие конические поверхности (наружная и внутренняя), которые после свинчивания резьбы контактируют с аналогичными гладкими ответными коническими выточками в муфте (пат. СССР №434663, М. кл. Е 21 b 17/02, опубл.30.06.1974 г.). Конические выточки в муфте являются ограничителем (упором) при затягивании резьбы.
В дальнейшем на базе данной конструкции было оформлено большое количество изобретений, отличающихся в основном по конкретным размерам выполнения углов внутреннего и наружного упорных конусов, длиной уплотнительного пояска на конце трубы и соотношением размеров конических концов труб и выточек в муфтах.
Применительно к тонкостенным обсадным трубам не всегда удается выполнить работоспособное соединение уплотнительных конических элементов заданной прочности и герметичности. Для размещения трапецеидальной резьбы и необходимых контактных поверхностей гладких конусов зачастую не хватает толщины стенки трубы.
Известно трубное коническое резьбовое соединение ОТТГ для обсадных труб диаметром 114-273 мм по ГОСТ 632-80 (Трубы обсадные и муфты к ним. Технические условия. Резьбовое соединение ОТТГ, черт.12) с трапецеидальной резьбой ОТТМ и радиальным коническим элементом длиной 29 мм, имеющим упорную торцевую поверхность, выполненную перпендикулярно к оси трубы.
К недостаткам соединений ОТТГ следует отнести значительные контактные напряжения в коническом радиальном уплотнении и большую длину уплотнительного элемента (пояска), что в отдельных случаях приводит к недопустимому уменьшению толщины его стенки в плоскости контакта с упором в муфте. В связи с этим обсадные трубы с соединением ОТТГ не могут изготавливаться с толщиной стенки менее 8,5 мм.
Наиболее близкой к заявленной полезной модели по совокупности признаков является обсадная труба с соединением VAM, в которой используется трапецеидальная резьба «Батресс» с конусностью 1:16 и уплотнительный конический поясок с конусностью наружной поверхности 1:10 (угол уклона 2°51′), а также торцовая упорная уплотнительная поверхность под углом 15° к оси, перпендикулярной оси трубы. Указанные параметры распространяются на весь размерный ряд обсадных труб с соединением VAM.
Задачей настоящей полезной модели является создание высокогерметичных равнопроходных обсадных труб с резьбой трапецеидального профиля и оптимально сбалансированными параметрами конических уплотнительных элементов.
Указанная задача решается за счет того, что обсадная равнопроходная труба с коническим резьбовым соединением TMK-CS повышенной герметичности, содержит охватываемый элемент - ниппельную часть трубы с наружной резьбой трапецеидального профиля на обоих концах трубы и уплотнительные пояски с конической наружной поверхностью, с конусностью 1:12 или 1:16, расположенные между резьбой и торцами трубы, а образующая упорных уплотнительных торцов наклонена к оси, перпендикулярной оси трубы, под углом 7°-20° и охватываемый элемент - муфту (муфтовая часть трубы), навинчивающуюся на один конец трубы и имеющую ответные резьбу, уплотнительную коническую расточку и упорный уплотнительный уступ, взаимодействующие с резьбой и соответствующими уплотнительной и упорной поверхностями трубы. При этом охватывающий элемент имеет на переходном участке от внутренней резьбы к уплотнительной расточке канавку для выхода резьбообразующего инструмента и сохранения смазки. Диаметр по дну канавки больше на 0,6-1,5 мм диаметра впадин резьбы муфты в плоскости пересечения резьбы с канавкой, при этом боковые стороны канавки расположены под углом 20° - 45° к оси, перпендикулярной оси резьбы и сопряжены с дном канавки радиусом, а ширина канавки равна 4-9 мм. Охватываемый элемент имеет длину уплотнительного пояска, равную 9-12 мм, а внутренний диаметр охватывающего элемента в середине муфты равен внутреннему диаметру трубы с учетом допусков.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1, 2, 3 и 4.
Фиг.1. Обсадная труба с соединением ТМК CS с навинченной муфтой.
Фиг.1. Охватываемый элемент (ниппель) с соединением ТМК CS.
Фиг.3. Охватывающий элемент (муфта) с соединением ТМК CS.
Фиг.4. Вид А фиг.3.
Обсадная равнопроходная труба с соединением ТМК CS с навинченной муфтой (фиг.1) состоит из трубы 1, на концах ниппельных частей которой выполнены: резьба трапецеидального профиля 2 с конусностью 1:16, конические уплотнительные пояски 3 с конусностью 1:16 или 1:12 и упорные уплотнительные торцы 4, образующая которых наклонена под углом β=7°-20° к оси, перпендикулярной к оси трубы, и охватывающего элемента (муфты) 5 с ответными резьбой 6, коническими уплотнительными расточками 7 и упорными уплотнительными уступами 8, взаимодействующими с резьбой и соответствующими уплотнительными и упорными поверхностями трубы (2, 3, 4).
Длина уплотнительного пояска 3 ℓк=9-12 мм (фиг.2)
На переходном участке от резьбы 6 к уплотнительной расточке 7 в охватывающем элементе выполнена канавка 9 для выхода резьбообразующего инструмента и сохранения смазки (фиг.3 и 4).
Диаметр dк канавки 9 по дну канавки больше диаметра dp впадин резьбы 6 муфты 5 в плоскости пересечения резьбы с канавкой на 0,6-1,5 мм, при этом боковые поверхности канавки 11 и 12 (фиг.4) расположены под углом γ=20°-45° к оси, перпендикулярной оси резьбы, и сопряжены одном канавки 10 радиусом R. Ширина канавки ℓ=4-9 мм.
Внутренний диаметр муфты dм (фиг.4) равен внутреннему диаметру трубы с учетом допусков.
На основании известных технических решений создана обсадная труба с оптимально сбалансированными радиальными и торцовыми коническими уплотнениями.
Разработанное соединение обсадной трубы ТМК CS с предложенными конструктивными решениями: уплотнительным коническим пояском на трубе и расточкой в муфте с конусностью 1:12 или 1:16; упорным уплотнительным торцом на трубе и уступом в муфте, образующие которых расположены под углом в пределах от 7° до 20°; канавкой для выхода резьбообразующего инструмента и сохранения смазки в муфте, имеющей диаметр по дну на 0,6-1,5 мм больше диаметра впадины резьбы муфты в плоскости пересечения резьбы с канавкой, при этом боковые стороны канавки расположены под углом от 20° до 40° к оси перпендикулярной оси резьбы и сопряжены с дном канавки радиусом, а ширина канавки равна 4-9 мм; уплотнительным пояском на ниппельной части трубы длиной 9-12 мм; внутренним диаметром охватываемого элемента в середине
муфты равным внутреннему диаметру трубы с учетом допусков, выдерживает высокое внутреннее давление жидкости и газа, более устойчиво против деформации уплотнительного пояска и заеданий (задира) его контактных поверхностей при возможном перезатягивании резьбы, позволяет осуществлять многократное свинчивание и развинчивание и обеспечивает равнопроходность внутреннего канала обсадной колонны по всей длине.
Изготовлены опытные партии обсадных труб условным диаметром 140 мм и условным диаметром 102 мм с соединением ТМК CS, включающем уплотнительные конические пояски на трубах и расточки в муфтах с конусностью 1:16 и 1:12 и уплотнительные торцы на трубах и уступы в муфтах, образующие которых расположены под углом 7° и 15°, а также описанные выше конструктивные элементы.
Произведенная сборка опытных труб в колонны и их эксплуатация в ОАО «Сургутнефтегаз» и ОАО «Сибнефть-ННГ» с использованием нового технического решения дали положительные результаты. Выполненные работы показали осуществимость производства обсадных труб с соединением ТМК CS на действующем оборудовании и возможность строительства, с использованием этих труб, высокогерметичных обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах.