СОЕДИНЕНИЕ ОБСАДНЫХ КОЛОНН ИЛИ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ С КОНИЧЕСКОЙ РЕЗЬБОЙ НА КОНЦАХ В НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИНАХ
CONNECTION OF CASING PIPES OR TUBING STRINGS WITH TAPER THREAD ON ENDS IN OIL AND GAS WELLS

Изобретение относится к области горного дела, в частности к нефтегазодобывающей промышленности, и может быть использовано для соединения обсадных колонн или насосно-компрессорных труб с конической резьбой на концах в нефтяных и газовых скважинах.
Известны соединения, содержащие трубы обсадные или насосно-компрессорные с коническими резьбами на концах и муфты к ним с цилиндрическими выточками [ГОСТ 632-80, ГОСТ 633-80].
Недостатками известных соединений является ненадежность в процессе эксплуатации в нефтяных и газовых скважинах из-за негерметичности соединений в результате наличия зазоров в резьбовых соединениях ([2], [4], фиг.5), через которые выдавливается герметизирующая смазка, предохраняющая соединение от коррозии, при перепадах давлений между колоннами в процессе эксплуатации, что влечет к разгерметизации резьбовых соединений, к появлению гидравлических перетоков, к заполнению зазоров перекачиваемыми средами, к ускоренному процессу электрохимической коррозии резьбовых соединений, к снижению надежности эксплуатации скважины, к необоснованным материальным затратам, связанным с ликвидацией негерметичности колонн и аварий в скважинах.
Известно соединение обсадных колонн или насосно-компрессорных труб с конической резьбой на концах в нефтяных и газовых скважинах, содержащее соединительную муфту с конической резьбой, выточку на торце муфты, в которой расположена эластичная втулка с заходной фаской на внутренней поверхности [RU 2294477 С2].
2
Недостатками известного соединения являются ненадежность в процессе эксплуатации в нефтяных и газовых скважинах из-за разрушения эластичной втулки в процессе эксплуатации особенно при высоких давлениях МПа (кгс/см) - 35 (350) и выше, а также неудобство замены эластичной втулки на устье скважины в полевых условиях.
Технической задачей изобретения является увеличение надежности герметизации резьбовых соединений обсадных колонн или насосно-компрессорных труб в нефтяных и газовых скважинах, многократности их использования (особенно важно в полевых условиях), сокращение материальных затрат, связанных с ликвидацией негерметичности резьбовых соединений в нефтегазовых или в нагнетательных скважинах, в обеспечении удобства обслуживания на устье скважины в полевых условиях и конкурентоспособности резьбовых соединений в целом.
Решение технической задачи достигается тем, что соединение обсадных колонн или насосно-компрессорных труб с конической резьбой на концах в нефтяных и газовых скважинах, содержащее соединительную муфту с конической резьбой, выточку на торце муфты, в которой расположена эластичная втулка с заходной фаской на внутренней поверхности, отличается тем, что на внутренней поверхности эластичной втулки выполнена цилиндрическая резьба, причем шаг цилиндрической резьбы во втулке равен шагу конической резьбы соединения, а в выточке муфты на цилиндрической поверхности выполнена камера, при этом эластичная втулка установлена в камеру с возможностью совмещения цилиндрической резьбы во втулке с шагом конической резьбы на конце трубы при вращении муфты или трубы для свинчивания соединения и заполнения кольцевого зазора между поверхностью сбега конической резьбы на трубе и выточкой в муфте и зазоров между впадинами и вершинами при свинчивании резьбового соединения обсадных колонн или насосно-компрессорных труб с соединительной муфтой.
На фиг.1 изображено соединение перед свинчиванием, например, в стационарных условиях.
На фиг.2 изображено соединение после свинчиванием в скважине.
На фиг.3 изображено соединение в увеличенном виде.
На фиг.4 изображена эластичная втулка, на внутренней поверхности которой выполнена цилиндрическая резьба.
Соединение обсадных колонн или насосно-компрессорных труб с конической резьбой на концах в нефтяных и газовых скважинах содержит:
трубу 1 с конической резьбой на концах (фиг.1, фиг.3);
соединительную муфту 2 с конической резьбой (фиг.1, фиг.3);
цилиндрическую выточку 3 в муфте 2 (фиг.1, фиг.3);
камеру 4 (фиг.1, фиг.3);
эластичную втулку 5 (фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4);
цилиндрическую резьбу 6, выполненную на внутреннем диаметре эластичной втулки 5, шаг которой равен шагу конической резьбы соединения (фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4);
зазоры 7 между впадинами и вершинами резьбового соединения (фиг.3);
кольцевой зазор 8 между поверхностью сбега конической резьбы на трубе 1 и цилиндрической выточкой 3 в муфте 2 после свинчивания соединения (фиг.1, фиг.2, фиг.3).
В статическом положении элементы соединения обсадной колонны или насосно-компрессорной трубы с конической резьбой на концах в нефтяных и газовых скважинах взаимодействуют следующим образом.
В камеру 4, выполненную в выточке 3 на цилиндрической поверхности в соединительной муфте 2, устанавливают эластичную втулку 5, при этом совмещение выхода цилиндрической резьбы 6, выполненной на внутренней поверхности эластичной втулки, с заходом конической резьбы в соединительной муфте не обязательно, так как обеспечить совмещение выхода и захода для двух элементов резьбового соединения в полевых условиях практически сложно.
Грузоподъемным механизмом обсадную колонну или насосно-компрессорную трубу 1 через цилиндрическую резьбу 6 в эластичной втулке 5 устанавливают в соединительную муфту 2 с конической резьбой (фиг.1).
При этом на резьбовые поверхности муфты 2 и трубы 1 необходимо нанести герметизирующую смазку, предохраняющую одновременно резьбовое соединение от надиров и коррозии согласно ГОСТ 632-80 или ГОСТ 633-80 п.20.
Механизированным ключом трубу 1 ввинчивают в муфту 2 (фиг.2).
При этом крутящий момент при свинчивании резьб не должен превышать значений, предусмотренных, например, ТУ 26-02-652-75 или разработанного технологического регламента на предприятии.
В процессе свинчивания трубы 1 с соединительной муфтой 2 в результате взаимодействия цилиндрической резьбы 6 с резьбовой поверхностью вращающейся трубы 1 эластичная втулка 5 проворачивается в камере 4, цилиндрическая резьба 6 совмещается с конической резьбой на трубе 1, эластичная втулка одновременно с цилиндрической резьбой в результате воздействия конической поверхности трубы деформируются и заполняется кольцевой зазор 8 между поверхностью сбега конической резьбы и цилиндрической выточкой 3, герметизируя камеру 4.
В свою очередь, одновременно в результате деформации эластичной втулки 5 и цилиндрической резьбы 6 заполняются зазоры 7 между впадинами и вершинами резьбового соединения на выходе резьбы на поверхность цилиндрической выточки 3 в муфте 2, обеспечивая тем самым герметичность зазоров 7 (фиг.2, фиг.3).
В процессе эксплуатации в нефтегазовой или нагнетательной скважине при перепадах давлений в затрубном пространстве (между лифтом насосно-компрессорных труб и эксплуатационной колонной) деформированная эластичная втулка 5, ограниченная камерой 4 и резьбовым соединением цилиндрической резьбы 6 и с конической резьбой трубы 1, не выдавливается из кольцевого зазора 8 и тем самым исключается выдавливание смазки через зазоры 7 резьбовых соединений и нагнетания в зазоры соединений перекачиваемой или агрессивной среды, предохраняя соединение в скважине от процессов электрохимической коррозии, предотвращая разгерметизацию резьбовых соединений колонн в процессе эксплуатации.
Наличие на внутренней поверхности эластичной втулки 5 цилиндрической резьбы 6, шаг которой равен шагу конической резьбы соединения, обеспечивает надежность герметизации соединения, многократность свинчивания и развинчивания трубы и муфты как в полевых, так и в стационарных условиях (фиг.4).
При необходимости эластичная втулка 5 легко заменяется на устье скважины перед свинчиванием трубы и муфты 2.
Предложенное новое техническое решение соединения обсадных колонн или насосно-компрессорных труб с конической резьбой на концах в нефтяных и газовых скважинах отличается от известных технических решений новизной, удобно при свинчивании и развинчивании труб с муфтами, например, на устье скважины, технологично в изготовлении, надежно в эксплуатации, конкурентоспособно, и его использование в производстве обеспечит технико-экономический эффект.
Источники информации
1. RU 2294477 С2, 25.02.2007 г.
2. ГОСТ 632-80. Трубы обсадные и муфты к ним.
3. US 4706997 А1, 1987 г.
4. ГОСТ 633-80. Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним.
5. RU 2173764 С2, 20.09.2001 г.
6. RU 2178509 С2, 20.01.2002 г.
7. SU 966383 А, 15.10.1982 г.
8. SU 6550822 В2, 22.04.2003 г.