РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБ

Полезная модель относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, и может быть применена для обсадных и насосно-компрессорных труб при ремонте и эксплуатации скважин.
Известно резьбовое соединение, включающее охватываемый элемент с конической резьбой и упорной поверхностью на торце безрезьбовой части, боковая поверхность которой выполнена выпуклой и взаимодействует с боковой поверхностью безрезьбовой части охватывающего элемента, выполненной выпуклой (см. патент № RU 530653, МПК E21B 17/042, опубл. 30.09.1976 г.).
Известно герметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб включает охватываемую и охватывающую трубы с коническими резьбами и коническими опорными поверхностями, первые контактирующие между собой из которых выполнены соответственно на внешней поверхности торцевого участка охватываемой трубы в виде конической поверхности с конусностью в сторону оси этой трубы и на внутренней поверхности охватывающей трубы на участке между конической резьбой и телом трубы, а вторые контактирующие поверхности выполнены соответственно на охватываемой трубе в виде конической торцевой поверхности с углом конусности в направлении конической резьбы на этой трубе и ответной торцевой конической поверхности на охватывающей трубе, выполненной на участке перехода первой конической поверхности этой трубы к ее телу. Конические резьбы выполнены с конусностью 1:16, конические опорные поверхности на внешней поверхности торцевого участка охватываемой трубы и на внутренней поверхности охватывающей трубы выполнены с конусностью 1:10 в сторону оси этой трубы, конические торцевые поверхности выполнены с углом конусности 15° в направлении конической резьбы на соответствующей трубе. На охватывающей трубе на участке перехода конической резьбы к телу трубы выполнена окружная канавка для выдавливания масла, а коническая резьба типа Батресс с углом профиля 13° выполнена с витками в сечении, имеющими вид неравномерной трапеции с опорной гранью витка, расположенной под увеличенным углом к направлению действия нагрузки (см. патент № RU 2297512, МПК E21B 17/042, F16L 15/00, опубл. 20.04.2007 г.).
Известно резьбовое соединительное устройство и способ использования этого устройства для соосного герметичного соединения охватываемого элемента с охватывающим. Эффективная герметичность указанного устройства обеспечивается первым и вторым радиальными уплотнениями и расположенным между ними осевым уплотнением. Первое радиальное уплотнение образовано при взаимодействии первого буртика охватывающего элемента с ответным первым буртиком охватываемого элемента, а второе радиальное уплотнение - при взаимодействии вторых буртиков этих элементов друг с другом. Осевое уплотнение образовано при соприкосновении уплотнительной поверхности охватывающего элемента с уплотнительной поверхностью охватываемого элемента (см. патент № WO 2012054083, МПК F16L 15/00, опубл. 26.04.2012).
Недостатком указанных технических решений является отсутствие элемента, являющегося критерием эксплуатационной работоспособности резьбового соединения, обеспечивающего его надежность.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является износостойкое высоко герметичное резьбовое соединение, содержащее внутренние и наружные конические сопрягаемые элементы с коническими поверхностями, на которых выполнена трапецеидальная резьба, имеющая опорную и закладные грани, и герметизирующий узел, внутренняя и наружная части которого образованы коническими радиальной и торцевой поверхностями, на последних выполнены кольцевые проточки, являющиеся критерием эксплуатационной работоспособности резьбового соединения. Суммарная величина кольцевых проточек на торцах ниппеля и муфты не превышает величины шага используемой трапецеидальной резьбы. Диаметры проточек на внутренней уплотнительной торцевой поверхности и наружной уплотнительной торцевой поверхности равны (см. патент № RU 96161, МПК E21B 17/042, опубл. 20.07.2010 г.).
Недостатком известного технического решения является сложность выполнения элемента, являющегося критерием эксплуатационной работоспособности соединения, обусловленная необходимостью его выполнения на охватываемой и охватывающей деталях соединения с высокой точностью и влечет за собой изготовление специальных высокоточных калибров для контроля конусных уплотнительных элементов и геометрических углов сопряжений под каждый индивидуальный типоразмер резьбы.
Была поставлена задача, разработать критерий оценки работоспособности резьбового соединения, обеспечивающего его эксплуатационную надежность.
Поставленная задача решается тем, что в резьбовом соединении нефтепромысловых труб, содержащем охватываемый и охватывающий элементы, выполненные с коническими резьбовыми поверхностями и герметизирующим узлом, образованным радиальными уплотнительными и упорными торцевыми поверхностями, элемент, являющийся критерием эксплуатационной работоспособности соединения, элемент выполнен в виде, по меньшей мере, двух демпфер-витков, расположенных на радиальной уплотнительной поверхности герметизирующего узла охватываемого элемента.
Демпфер-витки выполнены в виде чередующихся кольцевых выступов и канавок и могут быть расположены на конце радиальной уплотнительной поверхности охватываемого элемента.
Выполнение элемента, являющегося критерием эксплуатационной работоспособности соединения, в виде, по меньшей мере, двух демпфер-витков, расположенных на радиальной уплотнительной поверхности герметизирующего узла охватываемого элемента, обеспечивает гарантийное 3-хкратное свинчивание-развинчивание с сохранением механических характеристик. В процессе свинчивания-развинчивания происходит полное исчезновение демпфер-витков с радиальной уплотнительной поверхности охватываемого элемента, что является сигналом о потере механических характеристик резьбового соединения и о прекращении использования трубы.
Зависимые пункты также направлены на решение поставленной задачи.
Таким образом, технический результат достигнут. Разработан критерий оценки работоспособности резьбового соединения, обеспечивающий эксплуатационную надежность резьбового соединения.
Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из уровня техники, следовательно, оно соответствует условиям патентоспособности полезной модели - «новизна».
Техническое решение поясняется чертежами.
Фиг. 1 - охватываемый элемент в разрезе.
Фиг. 2 - резьбовое соединение нефтепромысловых труб в разрезе.
Резьбовое соединение нефтепромысловых труб содержит охватываемый элемент 1 (ниппель или ниппельный конец трубы) и охватывающий элемент 2 (например, муфта).
Охватываемый элемент 1 выполнен с внешней конической поверхностью с конусностью 1:16, которая содержит резьбовой и безрезьбовой участки 3 и 4. Резьбовой участок 3 выполнен с резьбой трапецеидального профиля с углом профиля 13°, угол наклона сторон профильной части резьбы 3° и 10° ГОСТ 632-80. Безрезьбовой участок 4 расположен на конце охватываемого элемента 1 и содержит радиальную уплотнительную и упорную торцевую поверхности 5 и 6 соответственно. На радиальной уплотнительной поверхности 5 выполнен элемент 7, являющийся критерием эксплуатационной работоспособности соединения. Элемент 7 выполнен в виде, по меньшей мере, двух демпфер-витков. Демпфер-витки выполнены в виде чередующихся кольцевых выступов и канавок и расположены на конце радиальной уплотнительной поверхности 5 охватываемого элемента 1. В примере конкретного исполнения элемент 7 выполнен в виде чередующихся выступов и канавок с глубиной 0,025 мм и шириной 2,54 мм.
Охватывающий элемент 2 выполнен с внутренней конической поверхностью с конусностью 1:16, которая содержит резьбовой и безрезьбовой участки 8 и 9. Резьбовой участок 8 выполнен с резьбой трапецеидального профиля с углом профиля 13°, угол наклона сторон профильной части резьбы 3° и 10° ГОСТ 632-80. Безрезьбовой участок 9 расположен перед резьбовым участком 8 охватывающего элемента 2 и содержит радиальную уплотнительную и упорную торцевую поверхности 10 и 11 соответственно. Упорная торцевая поверхность 11 выполнена в виде уступа. Радиальные уплотнительные поверхности 5 и 10 выполнены в диаметральном исполнении.
Герметизирующий узел резьбового соединения, образовывается радиальными уплотнительными 5 и 10 и упорными торцевыми поверхностями 6 и 11 при свинчивании охватываемого и охватывающего элементов 1 и 2 соответственно.
Пример конкретного выполнения заявляемого технического решения.
На конусной поверхности ниппельного конца обсадной трубы на участке 3 нарезается резьба, например, «Батресс», а на конце участка 4 нарезаются демпфер-витки 7.
При предварительной сборке резьбового соединения вначале осуществляют взаимодействие резьбы охватываемого и охватывающего элементов 1 и 2. Далее в процессе свинчивания в контакт вступают радиальные уплотнительные поверхности 5 и 10. За счет упругих диаметральных деформаций этих поверхностей создается герметизирующий узел «металл-металл». При дальнейшем свинчивании элементов 1 и 2 происходит контакт торцевых упорных поверхностей 6 и 11. Полная герметизация узла уплотнения происходит за счет упругой деформации поверхностей 5, 6 и 10, 11.
При соединении муфты 2 с обсадной трубой 1 с расчетным натягом резьбовых, радиальных уплотнительных и упорных торцевых поверхностей 3, 8, 5, 10 6, 11, соответственно, осуществляется на муфтонаверточном оборудовании с фиксацией крутящего момента свинчивания. После проведения контроля геометрических размеров, гидравлического испытания соединения обсадную трубу 1 маркируют, наносят метки свинчивания на теле обсадной трубы 1 и муфты 2, наносят на резьбовые, радиальные уплотнительные и упорные торцевые поверхности 3, 8, 5, 10 6, 11, соответственно, резьбоуплотняющую смазку и наворачивают защитные резьбовые протекторы.
При работе резьбового соединения наличие демпфер-витков 7 обеспечивает дополнительные демпфирующие характеристики:
- обеспечивает работу соединения при изгибе 38 м и наклоне в скважине до 45°;
т
- обеспечивает сохранение эксплуатационных характеристик в пределах пластичности и предела текучести σ материала;
- обеспечивает гарантийное 3-хкратное свинчивание-развинчивание с сохранением механических характеристик.
В процессе свинчивания-развинчивания происходит полное исчезновение демпфер-витков 7 с радиальной уплотнительной поверхности 5 охватываемого элемента 1, что является сигналом о потере механических характеристик соединения и о прекращении использования обсадной трубы 1.
Заявляемое техническое решение может быть изготовлено на стандартном оборудовании с использование современных материалов и технологий.