Спосіб виконання герметичного трубного з’єднання з пластичним розширенням

1. Спосіб виконання герметичного трубного з'єднання з високими робочими характеристиками, за яким застосовують вихідне трубне з'єднання, що включає перший охоплюваний трубчастий конструктивний елемент (1), що включає першу зовнішню різь (3) і кільцеву кромку (5), що має першу осьову опорну поверхню (9) на вільному кінці першого конструктивного елемента, і другий охоплюючий трубчастий конструктивний елемент (2), що включає другу внутрішню різь (4), подібну до першої різі (3), і канавку (6), яка відповідає охоплюваній кромці, що має другу осьову опорну поверхню (10), де перша різь нагвинчується на другу різь для приведення двох опорних поверхонь у взаємний контакт, і ви хідне трубне з'єднання піддається діаметральному розширенню у межах пластичної деформації за допомогою труборозширювача (30), діаметр якого перевищує вн утрішній діаметр (DI) згаданих трубчасти х конструктивних елементів, який пересувається у з'єднанні у осьовому напрямку, який відрізняється тим, що під час згаданого радіального розширення перший скісний виступ (43), обернений у осьовому напрямку, протилежному до згаданих осьових опорних поверхонь, і утворений на периферичній поверхні охоплюваної кромки, оберненій у радіальному напрямку назовні, і перший скісний виступ (41), обернений у осьовому напрямку до згаданих осьових опорних поверхонь і утворений на периферичній поверхні внутрішньої канавки, оберненій у радіальному напрямку досередини, піддаються взаєм 2 (19) 1 3 77726 4 12. Спосіб за п. 10, де виїмка (44) з'єднується з ням, також виготовленим за способом за одним із боку другої осьової опорної поверхні (10) із перпопередніх пунктів. шою ділянкою (55) периферичної стінки і з проти26. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де перлежного боку з другою ділянкою (56) периферичшою осьовою опорною поверхнею є опукла поверної стінки майже такого самого діаметра, що і хня (9), утворена кільцевим гребенем (13) і попедіаметр першої ділянки периферичної стінки. речною поверхнею (15), що є прилеглою до 13. Спосіб за п. 10, де виїмка (44) з'єднується з гребеня і відступає від нього у осьовому напрямку, боку другої осьової опорної поверхні (10) із перзв'язана з внутрішньою периферичною поверхнею шою ділянкою (61) периферичної стінки і з протипершого конструктивного елемента, у той час як лежного боку з другою ділянкою (62) периферичдругою осьовою опорною поверхнею є увігнута ної стінки більшого діаметра, аніж діаметр першої опорна поверхня (10), утворена кільцевим пазом ділянки периферичної стінки. (14) і поперечною поверхнею (16), що є прилеглою 14. Спосіб за п. 13, де різниця діаметрів згаданих до нього, зв'язана з внутрішньою периферичною ділянок периферичної стінки є меншою за або доповерхнею другого конструктивного елемента, де рівнює 1 мм. гребінь (13) взаємодіє з пазом (14). 15. Спосіб за одним із пп. 13 і 14, де перша ділянка 27. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де пер(61) периферичної стінки канавки має діаметр, ша (3) та друга (4) різі є конічними з величиною менший за діаметр протилежної поверхні охоплюконусності, яка дорівнює щонайбільше 12,5%. ваної кромки, завдяки чому, при закінченні згвин28. Спосіб за одним із пп. 1-26, де перша (3) та чування, між цими поверхнями виникає радіальний друга (4) різі є циліндричними. натяг. 29. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де тов16. Спосіб за одним із попередніх пунктів формущина (еl) кромки (5) становить від 1/3 до 2/3 товли, де перший скісний виступ (43) охоплюваної щини першого трубчастого конструктивного елекромки та/або перший скісний виступ (41) канавки мента (1). споряджаються покривним шаром матеріалу, 30. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де довбільш пластичного за матеріал основи. жина (ll) і товщина (еl) кромки (5) є такими, що від17. Спосіб за одним із попередніх пунктів формуношення довжини до товщини кромки знаходиться ли, де радіальне розширення з'єднання здійснюу межах від 1 до 4. ється відповідно до коефіцієнта розширення, який 31. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де пердорівнює щонайменше 10%. ший тр убчастий конструктивний елемент (1) має 18. Спосіб за п. 17, де радіальне розширення з'єдкільцевий жолобок (21) на кінці першої різі (3) між нання здійснюється відповідно до коефіцієнта різзю та кромкою (5). розширення, який дорівнює приблизно 15%. 32. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де гли19. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де пебина (hg ) кільцевого жолобка (21) дорівнює щориферична поверхня канавки, обернена у радінайбільше висоті ниток першої різі (3). альному напрямку досередини, включає другий 33. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де довскісний виступ (42), обернений у осьовому напряжина (lg ) і глибина (hg ) кільцевого жолоба (21) є мку, протилежному до першого скісного виступу такими, що його довжина становить від 2 до 15 (41), яким встановлюється межа кільцевого вистуйого глибин. пу (40). 34. Вихідне трубне з'єднання, що застосовується 20. Спосіб за п. 19, де перший і другий скісні видля здійснення способу за одним із попередніх ступи (41 і 42) канавки з'єднуються на вершині пунктів, що включає перший охоплюваний трубчакільцевого виступу заокругленнями. стий конструктивний елемент (1), що включає пе21. Спосіб за п. 20, де радіус викривлення заокруршу зовнішню різь (3) і кільцеву кромку (5), що має глення другого скісного виступу (42) канавки є біпершу осьову опорну поверхню (9) на вільному льшим за радіус викривлення заокруглення перкінці першого конструктивного елемента, і другий шого скісного виступу (41). охоплюючий трубчастий конструктивний елемент 22. Спосіб за одним із попередніх пунктів форму(2), що включає другу вн утрішню різь (4), подібну ли, де скісний виступ (43) охоплюваної кромки до першої різі (3), і канавку (6), яка відповідає охоз'єднується опуклим заокругленням із периферичплюваній кромці, що має другу осьову опорну поною поверхнею, оберненою у радіальному напряверхню (10), де перша різь є придатною до нагвимку назовні. нчування на другу різь для приведення двох 23. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де наопорних поверхонь у взаємний контакт, і перифехил згаданих виступів становить від 5° до 20°, за ричну поверхню канавки, обернену у радіальному варіантом, якому віддають перевагу, приблизно напрямку досередини, що включає перший скісний 10°, відносно поздовжньої осі з'єднання. виступ (41), обернений до другої осьової опорної 24. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де радіповерхні. альна висота згаданих виступів становить від 0,2 35. Трубне з'єднання за п. 34, призначене для мм до 1 мм, за варіантом, якому віддають переварозширення шляхом осьового проходження тругу, приблизно 0,5 мм. борозширювача, однаково, у одному чи у другому 25. Спосіб за одним із попередніх пунктів, де пернапрямку. ший тр убчастий конструктивний елемент і другий 36. Герметичне трубне з'єднання з високими роботрубчастий конструктивний елемент, належать, чими характеристиками, яке може бути виконаним відповідно, трубі великої довжини та муфті, приза способом за одним із пп. 1-33, що включає пезначеній для з'єднання згаданої труби з іншою рший охоплюваний трубчастий конструктивний трубою великої довжини другим трубним з'єднанелемент (1), що включає першу зовнішню різь (3) і 5 77726 6 кільцеву кромку (5), що має першу осьову опорну напрямку назовні, і перший скісний виступ (41), поверхню (9, 15) на вільному кінці першого консобернений у осьовому напрямку до згаданих осьотруктивного елемента, і другий охоплюючий трубвих опорних поверхонь і утворений на перифериччастий конструктивний елемент (2), що включає ній поверхні внутрішньої канавки, оберненої у радругу вн утрішню різь (4), подібну до першої різі (3), діальному напрямку досередини, знаходяться у і канавку (6), яка відповідає охоплюваній кромці, герметичному взаємному контакті із радіальним що має другу осьову опорну поверхню, де перша натягом. різь нагвинчується на другу різь, перший скісний 37. Герметичне трубне з'єднання за п. 36, яке мовиступ (43), обернений у осьовому напрямку, проже бути виконаним за способом за п. 26, де гретилежному до згаданих осьових опорних повербінь (13) контактує з бічною поверхнею (18) паза хонь, і утворений на периферичній поверхні охоп(14), прилеглою до згаданої поперечної поверхні люваної кромки, оберненої у радіальному (16) другої осьової опорної поверхні. Цей винахід має відношення до трубних з'єднань, а саме до трубних з'єднань того виду, що використовуються на вуглеводневих свердловинах або на свердловинах подібного роду, наприклад, на геотермічних свердловинах. Таке з'єднання може існувати між двома трубами великої довжини або між трубою великої довжини і муфтою. Такі з'єднання застосовуються, зокрема, для збирання обсадних колон ("casings") або колон насосно-компресорних труб ("tubings"). Приймаючи до уваги необхідні механічні характеристики, обсадні колони і колони насоснокомпресорних труб виготовляють, як правило, з термічно обробленої сталі. Зі свого боку, з'єднання повинні витримувати деформацію розтягування, деформацію стиснення, деформацію згину і, подеколи, деформацію скручування, а також сильні стрибки тиску, спрямовані у двох напрямках - досередини і назовні. З'єднання повинні також бути непроникними для газу, принаймні у деяких випадках. Нарізні з'єднання є особливо вигідними у цьому відношенні. На сучасному етапі, однак, передбачається піддання труб діаметральному розширенню in situ із залишковою пластичною деформацією. Це надає різні переваги, які будуть розглянуті нижче. Необхідно також, щоб з'єднання залишались у робочому стані після пластичної деформації з діаметральним розширенням, якому вони піддаються у вигляді труб. Окрім того, бажано, щоб нарізні з'єднання залишались у цілісному стані після пластичного діаметрального розширення зі збереженням суттєви х властивостей, за які вони цінуються, а саме механічної стійкості до розтягування/стиснення з/без внутрішнього або зовнішнього підвищеного тиску, а також герметичності. Як буде докладніше показано нижче, класичні з'єднання не є повністю задовільними: вони або не задовольняють цим вимогам, задовольняють ненадійно, або ж задовольняють, але без повторення. WO 02/01102 пропонує з'єднання такої конструкції, яка передбачає витримування діаметрального пластичного розширення. Цей винахід має на меті поліпшення ситуації. Цей винахід має відношення до способу виконання герметичного трубного з'єднання з високими робочими характеристиками, за яким застосовують вихідне трубне з'єднання, що включає - перший охоплюваний трубчастий конструктивний елемент, що включає в себе першу зовнішню різь і кільцеву кромку, що має першу осьову опорну поверхню на вільному кінці першого конструктивного елемента, і - другий охоплюючий трубчастий конструктивний елемент, що включає в себе другу внутрішню різь, подібну до першої різі, і канавку, яка відповідає охоплюваній кромці, що має другу осьову опорну поверхню, де перша різь нагвинчується на другу різь для приведення двох опорних поверхонь у взаємний контакт, і вихідне тр убне з'єднання піддається діаметральному розширенню у межах пластичної деформації за допомогою труборозширювача, діаметр якого перевищує вн утрішній діаметр згаданих трубчастих конструктивних елементів, який пересувається у з'єднанні у осьовому напрямку. За головною відмінною особливістю винаходу, під час згаданого радіального розширення перший скісний виступ, обернений у осьовому напрямку, протилежному до згаданих осьових опорних поверхонь, утворений на периферичній поверхні охоплюваної кромки, оберненій у радіальному напрямку назовні, і перший скісний виступ, обернений у осьовому напрямку до згаданих осьових опорних поверхонь і утворений на периферичній поверхні охоплюючої канавки, оберненій у радіальному напрямку досередини, піддаються взаємному осьовому зміщенню з переходом до взаємного герметичного контакту із радіальним натягом. "Герметичний контакт" означає контакт між двома поверхнями, сильно притиснутими одна до одної з герметизацією сполучених металевих поверхонь. Факультативними відмінними особливостями винаходу, додатковими або замінними, є такі: - Периферична поверхня канавки, обернена у радіальному напрямку досередини, включає в себе кільцеву виїмку арочного увігнутого профілю, що має першу бічну поверхню, обернену у осьовому напрямку до згаданих осьових опорних поверхонь, і другу бічну поверхню, обернену у осьовому напрямку, протилежному до згаданих осьових опорних поверхонь, де перший скісний виступ канавки визначається першою згаданою бічною поверхнею. - Профіль виїмки має радіус викривлення у 7 77726 8 межах від 5мм до 30мм, за варіантом, якому відназовні. дають перевагу, він дорівнює приблизно 10мм. - Нахил згаданих виступів становить від 5° до - Перші скісні виступи кромки і канавки є при20°, за варіантом, якому віддають перевагу, присутніми на вихідному тр убному з'єднанні. близно 10°, відносно поздовжньої осі з'єднання. - Перші скісні виступи, присутні на вихідному - Радіальна висота згаданих виступів станотрубному з'єднані, розміщуються один проти одновить від 0,2мм до 1мм, за варіантом, якому віддаго у осьовому напрямку на ділянці, яка дорівнює ють перевагу, приблизно 0,5мм. щонайменше їхній радіальній висоті. - Перший трубчастий конструктивний елемент - Ділянка кромки, що знаходиться між її пері другий трубчастий конструктивний елемент, що шим скісним виступом і її осьовою опорною поверналежать, відповідно, трубі великої довжини та хнею, щонайменше частково вдавлюється у повемуфті, призначеній для з'єднання згаданої труби з рхню виїмки під час розширення. іншою трубою великої довжини другим трубним - Виїмка з'єднується з боку другої осьової опоз'єднанням, також виготовленим за способом за рної поверхні з першою ділянкою периферичної цим винаходом. стінки і з протилежного боку з другою ділянкою - Першою осьовою опорною поверхнею є опупериферичної стінки меншого діаметра, аніж діакла поверхня, утворена кільцевим гребенем і пометр першої ділянки периферичної стінки. перечною поверхнею, що є прилеглою до гребеня і - Різниця діаметрів згаданих ділянок перифевідступає від нього у осьовому напрямку, зв'язана ричної стінки є меншою за 1мм або дорівнює 1мм. з внутрішньою периферичною поверхнею першого - Перший скісний виступ кромки утворюється конструктивного елемента, у той час як другою вдавлюванням, щонайменше частковим, згаданої осьовою опорною поверхнею є увігнута опорна кромки у поверхню виїмки під час розширення. поверхня, утворена кільцевим пазом і поперечною - Виїмка є прилеглою до другої осьової опорповерхнею, що є прилеглою до нього, зв'язана із ної поверхні. внутрішньою периферичною поверхнею другого - Виїмка з'єднується з боку другої осьової опоконструктивного елемента, де гребінь взаємодіє з рної поверхні з першою ділянкою периферичної пазом. стінки і з протилежного боку з другою ділянкою - Перша та друга різі є конічними з величиною периферичної стінки майже такого самого діаметконусності щонайбільше рівною 12,5%. ра, що і діаметр першої ділянки периферичної - Перша та друга різі є циліндричними. стінки. - Товщина кромки становить від 1/3 до 2/3 то- Виїмка з'єднується з боку другої осьової оповщини першого трубчастого конструктивного елерної поверхні з першою ділянкою периферичної мента. стінки і з протилежного боку з другою ділянкою - Довжина і товщина кромки є такими, що відпериферичної стінки більшого діаметра, аніж діаношення довжини до товщини кромки знаходиться метр першої ділянки периферичної стінки. у межах від 1 до 4. - Різниця діаметрів згаданих ділянок перифе- Перший трубчастий конструктивний елемент ричної стінки є меншою за 1мм або дорівнює 1мм. має кільцевий жолобок на кінці першої різі між різ- Перша ділянка периферичної стінки канавки зю та кромкою. має діаметр, менший за діаметр протилежної по- Глибина кільцевого жолобка дорівнює щоверхні охоплюваної кромки, завдяки чому, при занайбільше висоті ниток першої різі. кінченні згвинчування, між цими поверхнями вини- Довжина і глибина кільцевого жолобу є такикає радіальний натяг. ми, що його довжина становить від 2 до 15 його - Перший скісний виступ охоплюваної кромки глибин. та/або перший скісний виступ канавки наділяються Ціллю цього винаходу також є вихідне трубне покривним шаром матеріалу, більш пластичного з'єднання, що застосовується для здійснення споза матеріал основи. собу, визначеного вище, що включає в себе - Радіальне розширення з'єднання здійснюєть- перший охоплюваний трубчастий конструкся відповідно до коефіцієнта розширення, який тивний елемент, що включає першу зовнішню різь дорівнює щонайменше 10%. і кільцеву кромку, що має першу осьову опорну - Радіальне розширення з'єднання здійснюєтьповерхню на вільному кінці першого конструктився відповідно до коефіцієнта розширення, який ного елемента, і дорівнює приблизно 15%. - другий охоплюючий трубчастий конструктив- Периферична поверхня канавки, обернена у ний елемент, що включає другу внутрішню різь, радіальному напрямку досередини, включає друподібну до першої різі, і канавку, яка відповідає гий скісний виступ, обернений у осьовому напрямохоплюваній кромці, що має другу осьову опорну ку, протилежному до першого скісного виступу, поверхню, яким встановлюється межа кільцевого виступу. де перша різь є придатною до нагвинчування - Перший і другий скісні виступи канавки з'єдна другу різь для приведення двох опорних повернуються на вершині кільцевого виступу заокругхонь у взаємний контакт, і периферичну поверхню ленням. канавки, обернену у радіальному напрямку досе- Радіус викривлення заокруглення другого редини, що включає перший скісний виступ, оберскісного виступу канавки є більшим за радіус винений до другої осьової опорної поверхні. кривлення заокруглення першого скісного виступу. Цей винахід додатково має відношення до ге- Скісний виступ охоплюваної кромки з'єднурметичного трубного з'єднання з високими робоється опуклим заокругленням із периферичною чими характеристиками, яке може бути виконане поверхнею, оберненою у радіальному напрямку за згаданим способом, що включає в себе 9 77726 10 - перший охоплюваний трубчастий конструкється стадією, показаною на Фіг.14. тивний елемент, що включає першу зовнішню різь На Фіг.16 зображено вид, аналогічний Фіг.14, і кільцеву кромку, що має першу осьову опорну що стосується варіанта винаходу. поверхню на вільному кінці першого конструктивНа Фіг.17 зображено вид, аналогічний Фіг.16, ного елемента, і на якому показано з'єднання після розширення за - другий охоплюючий трубчастий конструктивцим винаходом. ний елемент, що включає другу внутрішню різь, Фіг.18-23 є видами, аналогічними Фіг.16 і подібну до першої різі, і канавку, яка відповідає Фіг.17, що стосуються інших варіантів винаходу; охоплюваній кромці, що має другу осьову опорну парні та непарні фігури показують, відповідно, виповерхню, хідні з'єднання та з'єднання після розширення. де перша різь нагвинчується на другу різь, пеНа фігура х зображені, в основному, конструкрший скісний виступ, обернений у осьовому нативні елементи певного характеру. Вони можуть, прямку, протилежному до згаданих осьових опортаким чином, використовуватись не лише для них поверхонь, утворений на периферичній кращого розуміння опису, але також і додавати поверхні охоплюваної кромки, оберненій у радісвій внесок до визначення винаходу, у разі поальному напрямку назовні, і перший скісний витреби. ступ, обернений у осьовому напрямку до згаданих Згадаємо зараз про буріння свердловин, наосьових опорних поверхонь і утворений на периприклад, для вуглеводнів або геотермічних. феричній поверхні внутрішньої канавки, оберненій За традиційним варіантом, верхню частину у радіальному напрямку досередини, знаходяться свердловини спочатку пробурюють на відносно у герметичному взаємному контакті із радіальним невелику глибину декількох десятків метрів за донатягом. помогою бурового інструмента великого діаметра, Фігури, наведені нижче, необмежувально ілюпорядку, наприклад, 500мм, і кріплять за допомострують способи здійснення винаходу, де ідентичгою колони труб цього самого діаметра. Після цьоні або аналогічні елементи на усіх фігурах познаго діаметр буріння поступово зменшують до забою чаються однаковими позиціями. свердловини, який може буритись із меншим діаНа Фіг.1 зображене вихідне нарізне з'єднання метром, порядку 150мм у цьому самому прикладі. загального типу, яке застосовується у цьому винаТака свердловина у цьому разі кріпиться за допоході. могою декількох закріплених кінцем на поверхні На Фіг.2 зображений охоплюваний конструктиколон концентричних труб, кожну з яких опускають вний елемент нарізного з'єднання, показаного на у кінці буріння ділянки відповідного діаметра; труФіг.1. би більшого діаметра проходять із поверхні до На Фіг.3 зображений охоплюючий конструктиглибини декількох десятків метрів, а труби меншовний елемент нарізного з'єднання, показаного на го діаметра проходять із поверхні до забою свердФіг.1. ловини, глибина якої може досягати декількох тиНа Фіг.4-7 зображене нарізне з'єднання, покасяч метрів. Проміжок між обсадними трубами і зане на Фіг.1 на різних стадіях процесу розшипородою, наприклад, цементують. рення. Після того, як свердловина повністю пробуреНа Фіг.4 зображено стадію розширення нарізна і закріплена, може бути опущена колона насосного з'єднання. но-компресорних труб для піднімання вуглеводнів На Фіг.5 зображено стадію згинання. на поверхню, тобто для ефективної розробки свеНа Фіг.6 зображено стадію випрямлення. рдловини. Зрозуміло, що ця колона насосноНа Фіг.7 зображено кінцевий стан нарізного компресорних труб має зовнішній діаметр дещо з'єднання, що було піддано процесу розширення. менший за внутрішній діаметр колони обсадних На Фіг.8 зображено першу стадію згвинчувантруб. ня з'єднання за цим винаходом перед розширенОбладнання свердловини супроводжується, ням. таким чином, застосуванням великої кількості труб На Фіг.9 зображено криву крутного моменту різних розмірів, які часто з'єднуються за допомозгвинчування на стадії, показаній на Фіг.8. гою нарізних з'єднань з урахуванням переваг з'єдНа Фіг.10 зображено другу стадію згвинчуваннання такого типу. Ці труби намагаються зробити ня з'єднання за цим винаходом перед розширеняк можна тоншими для того, щоб позбавитись неням. обхідності застосування обсадних труб дуже велиНа Фіг.11 зображено криву крутного моменту кого діаметра поблизу від поверхні. Однак урахузгвинчування, показаного на Фіг.9, що завершуєтьвання напружень і технічних умов, що стосуються ся стадією, показаною на Фіг.10. нарізних з'єднань, часто веде до того, що їм надаНа Фіг.12 зображено третю стадію згвинчуванють більшу товщину, аніж товщина протокової діня з'єднання за цим винаходом перед розширенлянки труб; це змушує послідовно збільшува ти ням. діаметр концентричних колон у міру заглиблення На Фіг.13 зображено криву крутного моменту до свердловини. згвинчування, показаного на Фіг.11, що завершуЗ'єднання труб між собою відбувається або ється стадією, показаною на Фіг.12. шляхом загвинчування нарізних кінців одних труб На Фіг.14 зображено четверту стадію згвинчудо нарізних кінців других тр уб (такі з'єднання називання з'єднання за цим винаходом перед розшивають бурильним замком), або за допомогою наріренням. зних муфт, які перекривають кінці труб. Труби поНа Фіг.15 зображено криву крутного моменту слідовно опускають після згвинчування з кінцем згвинчування, показаного на Фіг.13, що завершупопередньої труби або з муфтою. 11 77726 12 Технічні умови Американського Нафтового Індіаметра після встановлення на місці; ституту (АРІ) на нафтопродукти та нафтове обла- нарешті і, головним чином, надання можлиднання (АРІ 5 СТ) визначають як нарізні трубні вості буріння свердловин однакового діаметра на з'єднання між двома трубами великої довжини усій довжині, де кріплення стовбура свердловини ("integral-joint tubing", "extreme-light casing"), так і здійснюється колоною труб однакового діаметра, нарізні муфтові з'єднання, що включають два наріпричому частини колони вводяться до свердловизних з'єднання, які дозволяють з'єднувати дві труни у нерозширеному стані з подальшим розшиби великої довжини за допомогою муфти. Гермеренням in situ до діаметра частин колони, уже тичність цих з'єднань АРІ забезпечується лише розширених на місці, і з'єднанням із ними. шляхом додання мастила з частинками металу, Завдяки цьому можна буде значно зменшити яке заповнює проміжки між нитками різі. кількість труб, необхідних для спорядження сверЗрозуміло, що з'єднання між трубами (або між дловини, з усуненням труб більшого діаметра і трубами і муфтами) повинні залишатись герметибільшої товщини. Результатом цього є зменшення чними, незважаючи на навантаження, яким піддавартості свердловини. Можна також передбачити ються труби під час опускання до свердловини і буріння свердловин безпосередньо з колонами під час роботи, та у великому діапазоні підтримуобсадних труб, які будуть відігравати роль буриваної маси, оскільки кожне з'єднання підтримує, льної колони. щонайменше частково, труби, які знаходяться під Підтверджується, що виконання нарізних з'єдним. Таким чином, механічні характеристики нарінань, що зберігають свої робочі характеристики зних з'єднань виявляються тісно зв'язаними з їхніпісля розширення, яке може перевищувати 10% і ми геометричними характеристиками. навіть досягати 25%, є надзвичайно складним заУ стандартних (АРІ) нарізних з'єднаннях заввданням, тим більше, що вони повинні бути надійжди існує, незважаючи на застосування мастил із ними (усі з'єднання повинні зберігати свої робочі частинками металу, канал витоку, у якому, завдяки характеристики) і стабільними за умов функціонупроміжку між поверхнями, які не контактують між вання. собою, може циркулювати рідина під високим тисПатент США №5,924,745 і WO 98/42947 розком. Для навантаження від розтяжного зусилля кривають нарізні з'єднання, що зберігають робочі існує пороговий тиск рідини, вище якого об'єднане характеристики у разі розширення. Однак мова у розтягнення-стиснення викликає на нарізних з'єдцьому разі йде про з'єднання труб EST (розширюнаннях АРІ спочатку течу, наслідком якої може вані розрізні насосно-компресорні труби), що мабути роз'єднання різі охоплюваних і охоплюючих ють наскрізні поздовжні розрізи і піддаються діаділянок, які контактують між собою. метральному розширенню у глибині Нарізні з'єднання були об'єктом різних удосковуглеводневих свердловин (пропусканням розжиналень, спрямованих на запобігання вищезгаданомної оправки через ці труби); після розширення го: наприклад, у патенті Франції №1489013, Євророзрізи пропускають до труби зовнішню рідину пейському патенті №0488912, патенті США (вуглеводень родовища) для її підняття на повер№4,494,777 розкривають спосіб виконання нарізхню. У цьому разі герметичність з'єднань не має них трубни х з'єднань підвищеної герметичності значення, і, оскільки з'єднання знаходяться у гли("premium") завдяки опорним поверхням із гермебині свердловини, вони не піддаються такому ветизацією сполучених металевих поверхонь і раділикому механічному навантаженню. альним натягом, а також стиковим з'єднанням між Фактично перші пропозиції щодо пластичного охоплюваними і охоплюючими конструктивними розширення колон герметичних труб грунтувались елементами, раціонально розміщеними таким чина зварних з'єднаннях (бухти попередньо зварених ном, щоб гарантувати визначену ділянку регулювстик тр уб, які потім розмотують із поверхні) або вання натягу між герметичними опорними поверхтакож на телескопічних з'єднаннях ("slips"). Однак нями. такі з'єднання не мають робочих характеристик Як вказувалось, після опускання колони труб нарізних з'єднань, зокрема, коли мова йде про до свердловини, передбачають піддання її діаметкомбінацію механічної міцності, герметичності за ральному розширенню із залишковою пластичною будь-яких умов експлуатації, а також можливості деформацією. Це здійснюють, наприклад, за добагаторазового послідовного демонтапомогою труборозширювача з примусовим прохожу/повторного складання. дженням його усередині колони: дивись патенти Підтверджується, що класичні нарізні трубні або заявки на патент WO 93/25799, WO 98/00626, з'єднання, наприклад, за патентом США WO 99/06670, WO 99/35368, WO 00/61915, GB №4,494,777, не витримують пластичного діамет2344606, GB 2348657. Вони пропонують дуже цірального розширення. Після розширення на з'єдкаві можливості: наннях виявляють: - опускання колони невеликих габаритних роз- відсутність герметичності (що додатково пемірів, яка у подальшому піддається примусовому решкоджає здійсненню розширення шляхом гідрарозширенню; влічного проштовхування труборозширювача у - встановлення на місце таким чином колони колоні); обсадних труб, - прогин охоплюваного кінця досередини з'єд- також закупорювання in situ отворів у обсаднання, що значно зменшує неприйнятним чином них або насосно-компресорних тр убах, що виникли внутрішній ефективний діаметр колони унаслідок унаслідок корозії або тертя бурильних труб, або ж утворення внутрішньої опуклості у проміжку, який опускання до свердловин труб невеликих габаритвизначається внутрішнім ефективним діаметром; них розмірів, які будуть розширені до потрібного - руйнування, у певних випадках, кромки охоп 13 77726 14 люваного кінця унаслідок перевищення здатності ктивний елемент 1. до деформування певних особливо навантажених Він включає в себе зовнішню різь 3, конічну з зон унаслідок коливань товщини вздовж охоплютрапецеїдальними нитками, і продовжується до ваних і охоплюючих конструктивних елементів свого вільного кінця ненарізаною ділянкою, яка відносно товщини тіла труби. являє собою кільцевий жолобок 21, з кромкою 5, і Робились спроби виконання нарізних трубни х закінчується кільцевою поверхнею 9 охоплюваного з'єднань, які були б здатними витримати операцію кінця. розширення у свердловині і бути герметичними Не дуже глибокий кільцевий жолобок 21 має для рідин і навіть, якщо можливо, для газу після U-подібну форму. згаданої операції розширення. Намагалися також Він починається безпосередньо після різі і йодосягти того, щоб нарізні трубні з'єднання були го глибина hg є меншою за висоту ниток різі 3. Тапростими і економічними у виробництві. Окрім токим чином, дно кільцевого жолобка доходить до го, прагнули, щоб нарізні з'єднання мали добрі основи першої нитки різі. механічні характеристики у процесі експлуатації Довжина lg кільцевого жолобка майже дорівпісля розширення, а саме щоб вони у цьому стані нює 4 його глибинам hg . мали достатню границю пружності, щоб вони були Кромка 5 має: позбавлені крихкості і щоб вони мали добрі харакa) зовнішню периферичну поверхню 7 циліндтеристики розтріскування під впливом H2S. ричної форми, Відомими є нарізні з'єднання, що мають охопb) внутрішню периферичну поверхню 19, яка лювану кромку, яка співпадає з охоплюючою канавідповідає кінцевій зоні внутрішньої периферичної вкою [патент США №4,611,838, патент США циліндричної поверхні першої труби 11. №3,870,351, WO 99/08034, патент США Таким чином, кромка 5 має однорідну товщин у №6,047,997]. Виявляється, що ці відомі з'єднання el, що майже дорівнює половині товщини e t труби не зберігають герметичності після пластичного 11. Вона має довжину ll, яка визначається від кінця розширення, яка, втім, для них і не передбачакільцевого жолобка врівень з поверхнею 15 (вилась. значення якої наведено нижче) і майже дорівнює 3 Спосіб здійснення з'єднання з герметизацією товщинам el кромки. сполучених металевих поверхонь у формі пальця, Кінцева охоплювана поверхня 9 утворює бічпристосований до цієї методики, описують у ви щений паз. Цей бічний паз складається з поперечної згаданій міжнародній заявці PCT/FR 01/02005. Одохоплюваної кільцевої поверхні 15 і кільцевого нак за цим способом здійснення доходять до коегребеня 13, який виступає у осьовому напрямку фіцієнтів розширення, більших за механічні суміжно до поперечної поверхні 15. Охоплювана напруження, яких зазнають труби під час прохопоперечна поверхня 15 знаходиться з боку бічного дження труборозширювача, з виведенням пальця паза і спрямовується досередини нарізного з'єдз його канавки, з недостатнім рівнем герметичності нання. і навіть із відсутністю герметичності на рівні з'єдЗовнішня периферична поверхня гребеня 13 нань. знаходиться на продовженні поверхні 7 кромки, у На Фіг.1 зображене, у вигляді пояснення, з'єдтой час як його внутрішня периферична поверхня нання за заявкою PCT/FR01/02005, яка була опуб17 є, наприклад, циліндричною. лікована під номером WO 02/01102, що не відповіРадіальна товщина гребеня 13 є майже ідендає цьому винаходу, і включає в себе тичною товщині поперечної поверхні 15, у той час охоплюваний нарізний конструктивний елемент 1, як висота гребеня (або його осьової проекції) майщо знаходиться на кінці першої труби 11. Цей охоже дорівнює радіальній товщині цього самого греплюваний конструктивний елемент загвинчується беня. Вона може також бути рівною 1,5 цієї радідо упору у охоплюючий нарізний конструктивний альної товщини для забезпечення кращого елемент 2, що знаходиться на кінці другої тр уби підтримання вільного кінця гребеня під час розши12. Внутрішній діаметр охоплюваного нарізного рення. конструктивного елемента тут є рівним внутрішОхоплюючий конструктивний елемент 2 самоньому діаметру DI труб 11, 12. За способом здійсстійно показано на Фіг.3. нення, показаним на фіг. 1, зовнішній діаметр охоВін включає в себе, розпочинаючи від вільного плюючого нарізного конструктивного елемента є кінця охоплюючого конструктивного елемента, рівним зовнішньому діаметру DE труб 11, 12 лише внутрішню різь 4 із трапецеїдальними нитками, як приклад. подібну зовнішній різі 3, потім ненарізану ділянку З'єднання показано на Фіг.1 у стані простого 6. Ця ненарізана ділянка 6 утворює канавку, що згвинчення до упору перед операцією діаметральвідповідає і взаємодіє з кромкою 5 охоплюваного ного розширення. конструктивного елемента 1. Друга труба 12, показана на фігурі, є тр убою Охоплююча канавка 6 являє собою периферивеликої довжини. Ця друга труба могла б бути, чну поверхню 8 циліндричної форми, обернену нерепрезентативним чином, муфтою, споряджедосередини, зв'язану з одного боку з внутрішньою ною з одного боку охоплюючим конструктивним різзю 4 і з другого боку, через охоплюючий виступ елементом 2 і з другого боку другим симетричним 10, із внутрішньою периферичною циліндричною охоплюючим конструктивним елементом або без поверхнею 20 другої тр уби 12. нього і згвинченою з охоплюваним конструктивним Взагалі, діаметр периферичної поверхні 8 каелементом, розміщеним на кінці другої труби венавки є дещо більшим за діаметр зовнішньої пеликої довжини. риферичної поверхні 7 охоплюваної кромки 5. ТаНа Фіг.2 показано лише охоплюваний конструким чином, поверхні 7 і 8 можуть ковзати одна по 15 77726 16 одній із невеликим проміжком під час загвинчувандвійного конуса з вхідним конусом 31, на якому ня охоплюваного конструктивного елемента в оховідбувається розширення, середньою циліндричплюючий конструктивний елемент, наприклад, із ною частиною 32 і конічною вихідною частиною 33. проміжком 0,2мм. Перевага такого ковзання буде Усі поверхні частин труборозширювача з'єдпоказана нижче. нуються між собою узгодженими радіусами з'єдОхоплюючий виступ являє собою кільцеву понання. верхню 10 виступу, яка є розташована майже відWO 93/25800 саме розкриває кути вхідних коповідним чином і має форму, що майже відповідає нусів, які є найбільш пристосованими для діаметформі охоплюваної кінцевої поверхні 9. Поверхня рального розширення труб EST (розширювані роз10 утворює бічний паз, який складається з охопрізні насосно-компресорні труби) для експлуатації люючої поперечної кільцевої поверхні 16 і кільцевуглеводневих свердловин. вого паза 14, прилеглого до поперечної поверЗ кінцями труб 11, 12, що мають майже постійхні 16. ний переріз, особливих проблем під час прохоОхоплююча поперечна поверхня 16 розташодження труборозширювача не виникає, за умови, вується поряд із бічним пазом, спрямованим досещо деформованість металу, з якого вони виготовредини нарізного з'єднання. лені, є достатньою. Стінка 18 паза 14, прилегла до поперечної поПроблеми для вирішення виникають унаслідок верхні 16, є, наприклад, циліндричною і може з'єдтого, що нарізні конструктивні елементи на кінцях нуватись з останньою за допомогою фаски або труб мають товщини, менші за товщини тіла труб заокруглення. Протилежна стінка паза знаходитьіз місцевими відхиленнями. Вони є більш-менш ся на продовженні периферичної поверхні 8. Під зафіксованими і мають схильність до деформучас згвинчування нарізного з'єднання, поверхня 17 вання різною мірою між відповідними охоплювагребеня "підіймається" по стінці 18 паза доти, доки ними і охоплюючими ділянками. поперечний вільний кінець 25 гребеня не досягне Ці деформації різного рівня, якщо вони здійсдна 24 паза 14. Осьова висота h r гребеня 13 і нюються із застосуванням нарізних з'єднань за осьова глибина Рr паза є такими, що контакт між цим винаходом, надають можливість одержання поперечними поверхнями 15 і 16 досягається лигерметичного нарізного з'єднання після діаметраше після додаткового загвинчування. Незначний льного розширення, не викликаючи утворення міспроміжок між циліндричними поверхнями 7 і 8 та цевого рельєфу з невиправними дефектами на між поверхнями гребеня і паза, які їх продовжують, внутрішній периферичній поверхні труб. забезпечують можливість видалення мастила на Процес розширення нарізного з'єднання може кінці згвинчування і, таким чином, відповідне позибути розкладений на 4 стадії, які зображені на ціонування кромки 5 відносно канавки 6. Фіг.4-7. Фіг.4-7 пояснюють явище деформації, що відНезважаючи на те, що операція розширення бувається під час здійснення діаметрального розможе бути повністю здійсненою у протилежному ширення (порядку 15%) труб, з'єднаних нарізними напрямку з одержанням адекватних результатів, з'єднаннями, що були описані вище, за допомогою наводять спосіб деформування, якому віддають труборозширювача, яке надає можливість одерперевагу, за яким труборозширювач переміщуєтьжання, кінець-кінців, розширеного герметичного ся від охоплюваного конструктивного елемента 1 з'єднання. першої труби 11 у напрямку охоплюючого конструНаслідком такої деформації, якій піддаються ктивного елемента 2 другої тр уби 12. металічні матеріали, є пластична деформація меa) Стадія розширення на конусі труборозшиталу. рювача Таким чином, переходять, наприклад, від зовФіг.4 показує нарізне з'єднання на цій стадії. нішнього діаметра 139,7мм (5,5дюйма) другої труРозширення здійснюється вхідним конусом 31 би 12 перед розширенням, яка, таким чином, знатруборозширювача 30, і Фіг.4 показує зовнішню 3 і ходиться на ще не деформованій ділянці, до внутрішню 4 різі під час діаметрального розшиділянки першої розширеної труби 11 зовнішнім рення. діаметром 157,5мм (6,2дюйма) яка ще не піддаваНа Фіг.4, вхідний конус 31 труборозширювача лась деформуванню (перед або за вихідним кону30 починає деформацію охоплюваної кромки і зосом 33 труборозширювача). Труборозширювач, ни відповідної внутрішньої канавки шляхом їх згитаким чином, повинен застосовуватись на трубах нання для нахилу відносно осі з'єднання. із металу, який сприймає такі пластичні дефорВпродовж цієї стадії розширення сили протидії мації. проходженню труборозширювача 30 поступово Спричинені пластичні деформації підвищують переносяться з першої труби 11 до другої труграницю пружності виробів: границя пружності би 12. труби, яка початково становила 310МПа, підвищуЗавдяки цим силам протидії, охоплювана кроється після деформації до рівня 380МПа. мка 5 впродовж цієї стадії розширення притискаДіаметральне розширення здійснюють відоється у осьовому напрямку кільцевою поверхнею мим способом за допомогою труборозширювача охоплюючого виступу 10. 30 (Фіг.4) відповідного максимального діаметра. Кінець стадії розширення відповідає нахоПроходження цього труборозширювача у трубах дженню вільного кінця охоплюваного конструктивздійснюють або шляхом його протягування за доного елемента на кінець вхідного конуса 31 трубопомогою бурової штанги, або шляхом проштовхурозширювача. вання, наприклад, гідравлічним тиском. b) Стадія згинання Труборозширювач має, наприклад, форму поВпродовж цієї стадії охоплювана кромка зна 17 77726 18 ходиться на рівні центральної частини 32 трубороном, до випрямлення. зширювача: дивись Фіг.5. Згинальний момент, викликаний цими напруі) охоплювана кромка женнями, є пропорційним товщині матеріалу перед Кожен із двох кінців охоплюваної кромки 5 підвипрямленням. Під час доходження до ділянки дається дії протилежно спрямованих згинальних труби 12 повної товщини (зона 22), згинальний моментів. момент не є достатнім для випрямлення внутріПоверхня охоплюваного кінця 9 підтримується шньої периферичної зони охоплюючої канавки, яка у відповідному положенні на поверхні охоплюючонамагається опуститись у цьому разі у напрямку го виступ у 10 фактично завдяки бічним пазам з осі виробу. Ця поведінка проявляється локальним опорними поверхнями 15, 16 і системі зачеплення зменшенням зовнішнього діаметра труби 12. гребінь 13/паз 14. іі) охоплювана кромка Зачеплення бічних пазів примушує зону вільПоступово, у міру випрямлення охоплюваної ного кінця охоплюваної кромки 5 зайняти кут нахичастини, різниця осьової перешкоди, яка була лу зони 22 повної товщини охоплюючого конструкутворена вигином, зменшується. Охоплювана тивного елемента за виступом. Ця зона все ще кромка 5, таким чином, поступово виходить зі стазнаходиться у процесі розширення на вхідному ну стиснення. Це відбувається з роз'єднанням поконусі 31 труборозширювача і створює, таким чиверхонь 15, 16, які початково були з'єднані встик. ном, згинальний момент на цьому рівні. Це явище підсилюється "зануренням" внутрішньої Другий кінець кромки, з боку зовнішньої різі 3, периферичної поверхні 8 охоплюючої канавки, яке вже є позбавленим опори і піддає, у протилежність викликає ефект розкриття стикових з'єднань цьому, кромку згинальному моменту, спрямовано15, 16. му протилежно згинальному моменту на вільному Деформація у вигляді банану, яка виникла на кінці кромки. попередній стадії, зберігається. Згинальні моменти протилежного знаку на d) Кінцевий стан двох кінцях охоплюваної кромки викликають виФіг.7 показує кінцевий стан нарізного з'єднанкривлення охоплюваної кромки 5 у вигляді банану, ня після проходження труборозширювача. як показано на Фіг.5, де зовнішня периферична Стан окружних напружень, викликаний розшиповерхня 7 кромки 5 набуває бочкоподібної опукренням, веде до утворення натягу між зовнішньою лої форми. периферичною поверхнею 7 охоплюваної кромки і Стан осьового стиснення охоплюваної кромки внутрішньою поверхнею 8 охоплюючої канавки. 5 на кінці стадії розширення полегшує його викриМожна, у цьому разі, говорити про самоутворення вляння під дією згинальних моментів. натягу між поверхнями 7, 8 нарізного з'єднання у Кільцевий жолобок 21, що знаходиться між стані розширення, що може забезпечувати гермеохоплюваною кромкою 5 і зовнішньою різзю 3, відітичність. Охоплювана кромка 5 не опускається у грає роль пластичного шарніра, що підсилює винапрямку осі, оскільки радіальне зміщення, викликривлення охоплюваної кромки з обмеженням шикане зачепленням бічних пазів 9, 10 викликає дорини, на якій може здійснюватись це викривлення. статній рівень пластичного деформування. У цьому випадку слід наглядати за тим, щоб Відновлення пружної деформації елементів напруження осьового стиснення на рівні охоплюнарізного з'єднання після проходження труборозваної кромки не викликали поздовжнього вигину ширювача є незначним, порівняно зі створеними металу 23 під кільцевим жолобком. Цей поздовжпластичними деформаціями. ній вигин проявляється опуклістю металу під кільРадіальний натяг викликає контактний тиск цевим жолобком відносно внутрішньої периферивеличиною у декілька десятків МПа, навіть більше чної поверхні 19. за 100МПа, що є достатнім для забезпечення геріі) охоплююча канавка метичності при внутрішньому або зовнішньому Такому самому явищу вигину піддається охоптиску на нарізне з'єднання. Довжина ділянки натялююча канавка. гу є доста тньою на усій периферичній частині поЗона 22 повної товщини, що є відносно жорстверхонь контакту для забезпечення стабільної кою порівняно із відносно тонкими зонами кромки, герметичності між ними. піддається, під час проходження на рівні середньої Герметичність, окрім того, є необхідною у тому частини, додатковому розширенню таким чином, разі, коли розширення здійснюють шляхом гідравщо вн утрішній діаметр зони 22 стає більшим за лічного проштовхування труборозширювача 30 під діаметр середньої зони 32 труборозширювача. тиском від 10МПа до 30МПа. Будь-який витік на Явище додаткового розширення описується у дорівні вже розширених з'єднань перешкоджає покументі WO 93/25800. дальшому проникненню труборозширювача у коc) Стадія випрямлення лоні і, тим самим, припиняє процес розширення. Ця стадія, що ілюструється Фіг.6, відповідає Слід звернути увагу на те, що у кінцевому стапроходженню охоплюючої зони 22 повної товщини ні може статися таке, що гребінь 13 більше не знанад середньою частиною 32 труборозширюваходиться у пазі 14. ча 30. Наслідком того, що поверхня охоплюваного кіі) охоплююча канавка нця 9 не знаходиться у зачепленні з поверхнею Вигин, викликаний на попередній стадії, має охоплюючого виступу 10, є оп ускання цього кінця схильність бути зведеним до нуля під дією напруна стадії випрямлення, що веде до роз'єднання ження розтягання і окружних напружень, завдяки поперечних поверхонь 15 і 16, які початково з'єдчому виникає стан осьових напружень зворотного нувались встик, і виникнення неприйнятного вивигину відносно викривлення, що веде, таким чиступу внутрішнього кінця охоплюваної кромки до 19 77726 20 середини колони. Унаслідок перешкоди, що виниНа Фіг.8 зображено з'єднання, що включає кла, через колону більше не можна опускати обохоплюваний нарізний конструктивний елемент 1, ладнання або бурові інструменти. який має зовнішню різь 3, що знаходиться на кінці Надто великий проміжок між периферичною першої труби 11. Цей охоплюваний конструктивповерхнею 7 охоплюваної кромки 5 і периферичний елемент знаходиться у процесі загвинчування ною поверхнею 8 охоплюючої канавки нарізного у охоплюючий нарізний конструктивний елемент 2, з'єднання перешкоджає утворенню натягу між циякий має внутрішню різь 4, що знаходиться на кінці ми поверхнями на кінці операції розширення. другої тр уби 12. Радіальний натяг цих поверхонь у початковоКільцева кромка 5 має периферичну поверхню му стані перед розширенням може призвести до 7, обернену у радіальному напрямку назовні. На виникнення різних деформацій (викривлення, вицій периферичній поверхні 7 кромки, на деякій прямлення) між цими поверхнями під час операції відстані від зовнішньої різі, знаходиться кільцевий розширення; різні деформації надають можливість жолобок 21, за яким іде перша циліндрична повеутворення натягу між цими поверхнями на кінці рхня, потім скісний виступ 43 і друга циліндрична операції розширення. Вони викликають ризик заповерхня. Перша циліндрична поверхня має діаїдання цих поверхонь під час згвинчування і незаметр, менший за діаметр другої циліндричної подовільне позиціонування конструктивних елеменверхні. тів із невідповідним зачепленням поверхонь 9 і 10, Канавка 6 має периферичну поверхню 8, обеа звідси і утворення натягу між поверхнями 7 і 8 рнену у радіальному напрямку досередини. На цій посередньої якості після розширення. периферичній поверхні 8 канавки, на деякій відЗа способом здійснення, якому віддають перестані від внутрішньої різі, перший скісний виступ вагу, форма бічного кільцевого паза з поперечни42, за яким іде другий скісний виступ 41, розміщеми поверхнями 15, 16 і система гребінь 13/паз 14 но таким чином, що циліндрична, верхівка між циперешкоджають опусканню охоплюваного вільного ми двома скісними виступами утворює кільцевий кінця під час розширення. Можливими є інші сповиступ 40. Кільцевий виступ має висоту порядку соби виконання затиснутих поверхонь 9, 10 із медекількох десятих міліметра (наприклад, 0,4мм). тою одержання такого самого результату. На Фіг.8, Фіг.10, Фіг.12 і Фіг.14 зображені стадії Занадто тонка охоплювана кромка 5, товщина складання з'єднання за цим винаходом. Фіг.9, якої є меншою за третину товщини тр уб 11, 12, не Фіг.11, Фіг.13 і Фіг.15 ілюструють крутний момент дозволяє здійснення ефективного стикового з'єдзатягування, пов'язаний зі стадіями складання. нання на рівні поперечних поверхонь 15, 16. Так, Фіг.8 ілюструє початкову стадію згвинчуЯкщо товщина el охоплюваної кромки 5, у провання з'єднання за цим винаходом. Периферична тилежність до цього, перевищує 2/3 товщини труб поверхня 7 кромки пересувається з обертанням по 11, 12, товщина труби 12 на рівні зони охоплюючої периферичній поверхні 8 канавки. Фіг.9 показує канавки веде до виникнення критичного перерізу прямолінійний розвиток із невеликим градієнтом занадто слабкої внутрішньої різі 4 і, як наслідок, крутого моменту затягування, що є необхідним для недостатньої міцності різі у разі деформації розцієї стадії згвинчування А. тягу. Фіг.10 ілюструє проходження вершини виступ у Відношення довжина/товщина охоплюваної 40 кромкою 5. Так, під час осьового пересування кромки 5 визначає поведінку кромки 5 при стисохоплюваного конструктивного елемента 1, скісненні та згині. ний виступ 42, який частково утворює виступ 40 на Охоплювана кромка 5 з довжиною ll, меншою охоплюючому конструктивному елементі, переза її товщину, не дозволяє достатнього згину пешкоджає розвитку осьового пересування охоплюриферичної поверхні 7 охоплюваної кромки 5 і/або ваного конструктивного елемента 1. Унаслідок випрямлення периферичної поверхні 8 охоплююцього значення крутного моменту затягування зрочої канавки. стає для того, щоб кромка 5 подолала скісний виНаслідком того, що охоплювана кромка 5 має ступ 42. Після цього кромка піддається радіальним довжину ll, яка більше ніж у 4 рази перевищує її напруженням, які намагаються піддати її радіальтовщин у el, може бути виникнення поздовжнього ному пружному стисненню. Ця стадія згвинчування згину охоплюваної кромки і виникнення її внутріпоказана на Фіг.11: градієнт крутного моменту шньої опуклості з боку різі. згвинчування зростає на ділянці В. Крутний моЦе явище підсилюється присутністю кільцевомент згвинчування у подальшому зберігає незмінго жолобка 21 між зовнішньою різзю 3 і охоплюваний градієнт, завдяки чому вершина виступу 40 ною кромкою 5. контактує з другою циліндричною поверхнею. З цієї причини, за варіантом, якому віддають Фіг.12 ілюструє закінчення проходження верперевагу, глибина кільцевого жолобка обмежуєтьшини виступ у 40 кромкою 5. Так, коли скісний вися висотою нитки різі і його довжина обмежується ступ 43 кромки 5 приходить на рівень скісного вивідносно глибини. ступу 41 канавки, зменшуються радіальні Гребінь 13 з недостатньою радіальною товщинапруження на кромку 5, яка, унаслідок цього, ною і осьовою висотою, меншою за радіальну топружно ослаблюється. Крутний момент згвинчувщин у, не може бути забезпеченим достатнім стування у цьому разі також значно зменшується. На пенем підтримки під час розширення. Фіг.13 це явище передається негативним градієнНа Фіг.8 показана одна з двох симетричних дітом крутного моменту загвинчування на ділянці С. лянок осьового перерізу першого способу здійсПісля цього гребінь 13 контактує з верхньою повенення з'єднання за цим винаходом на стадії згвинрхнею паза 14 для розміщення у ньому. Крутний чування. момент згвинчування у цьому разі відповідає діля 21 77726 22 нці D, на якій показано, що градієнт крутного моприблизно 10мм, що з'єдн ується з боку другої менту згвинчування знову стає позитивним. Цей осьової опорної поверхні 10 із першою ділянкою градієнт дещо перевищує градієнт ділянки А. периферичної стінки 45 і з протилежного боку з Оскільки радіальна товщина гребеня 13 є дедругою ділянкою периферичної стінки, що утворює що меншою за товщину паза 14, їхні вн утрішні вершину виступу 40, меншого діаметра, аніж діляповерхні взаємно не контактують. нка стінки 45, де перший скісний виступ 41 визнаФіг.14 ілюструє закінчення введення гребеня чає бічну поверхню виїмки 44 з боку виступ у. 13 у паз 14. Так, за Фіг.14, осьовий розмір гребеня За цим самим варіантом, периферична повер13 є достатнім для того, щоб могло утворитись хня 7 кромки, обернена у радіальному напрямку його осьове з'єднання встик із дном 24 паза 14. назовні, має циліндричну ділянку 47, що знахоФіг.15 показує надлишковий крутний момент згвидиться між першим скісним виступом 43 і першою нчування на ділянці Е, що відповідає контактному осьовою опорною поверхнею 9. Зона між дном тиску між гребенем 13 і пазом 14. Окрім того, на виїмки 44 і циліндричною ділянкою 47 є тим процій стадії між верхніми периферичними поверхняміжком, що забезпечує можливість відповідного ми гребеня 13 і паза 14 може бути одержаний певвидалення мастила під час загвинчування. ний ступінь герметичності. Під час розширення з'єднання, увігнута форма За іншим геометричним виконанням гребеня виїмки 44 надає відповідної опуклої форми пери13, останній не має достатньо великого осьового феричній поверхні 7 кромки, максимальний діарозміру для контактування з дном паза 14. Надметр якої, завдяки цьому, збільшується порівняно лишковий крутний момент згвинчування, показаз діаметром, який одержують із конфігурацією фіний на Фіг.15, відповідає випадку, коли кільцева гури 14, завдяки чому контактний тиск ущільнюваохоплювана поверхня 15 упирається у охоплюючу льних поверхонь двох конструктивних елементів кільцеву поверхню 16. збільшується, наслідком чого є більш стабільна На стадіях згвинчування D та Е, скісні виступи герметичність. 41 канавки і 43 кромки знаходяться один проти За способом здійснення винаходу, якому відодного. дають перевагу, з'єднання на останній стадії заВигідним є те, що під час збирання з'єднання гвинчування може піддаватись розширенню з коділянки В і С дозволяють визначити, що виступ ефіцієнтом розширення у межах від 10% до 25%, пройшов, вказуючи на останню стадію згвинчуде коефіцієнт розширення, якому віддають перевання. вагу, становить 15%. Поверхня 9 охоплюваного кінця кромки, що На Фіг.16, скісний виступ 41 канавки і скісний утворює першу осьову опорну поверхню, включає виступ 43 кромки є рознесеними у осьовому нагребінь 13, кільцеві краї якого є заокругленими. прямку на відстань 1. Ця осьова відстань 1 залеПоверхня охоплюючого виступу 10 канавки, жить від вибраного коефіцієнта розширення з'єдщо утворює другу осьову опорну поверхню, вклюнання таким чином, що у разі радіального чає паз 14 і поперечну кільцеву охоплюючи повердеформування відповідно до вибраного коефіцієнхню 16, де кільцевий край, що зв'язує паз із кільта розширення скісний виступ 41 канавки і скісний цевою поверхнею 16, є заокругленим. Цей виступ 43 з'єднуються з утворенням герметичного заокруглений край взаємодіє з внутрішнім заокругконтакту. леним краєм гребеня 13 на стадії згвинчування, Радіальне розширення викликає осьову дефощо потребує введення гребеня 13 у паз 14 між рмацію, наслідком якої є взаємне зміщення скісностадіями С і D. го виступ у 41 канавки і скісного виступу 43 кромки. Подібним чином, скісний виступ 43 охоплюваОсьовий напрямок розширення не має значення, ної кромки з'єднується заокругленням, у напрямку оскільки контактування між скісними виступами 41 кінця кромки, з ділянкою периферичної поверхні, і 43 є наслідком наближення скісного виступу 41 оберненої у радіальному напрямку назовні. Це канавки до скісного виступ у 43 кромки або, навпакільцеве заокруглення має радіус викривлення ки, наближення скісного виступу 43 кромки до скіспорядку декількох міліметрів (наприклад, 5мм) ного виступ у 41 канавки. За варіантом, якому віддають перевагу, скісні У разі 15% коефіцієнта розширення, осьова виступи 41 і 42 канавки визначають межі кільцевовідстань 1 становить декілька міліметрів (наприго виступу. Вершина цього кільцевого виступу клад, 2мм). включає циліндричну поверхню, межа якої з кожНа Фіг.17 з'єднання зображене після розшиного боку встановлюється заокругленням. Кільцерення відповідно до вибраного коефіцієнта розшиве заокруглення кожного скісного виступу 41 і 42 рення, наприклад, 15%, як описувалось вище. має радіус викривлення порядку декількох мілімеТаким чином, наслідком радіальних деформатрів (наприклад, 5мм і 9мм, відповідно). цій розширення є осьові деформації кромки 5 і Ці кільцеві заокруглення скісних виступів 41 і канавки 6. Скісний виступ 43 кромки контактує, 42 канавки взаємодіють із заокругленим зовнішнім щонайменше у точці F, зі скісним виступом 41 краєм гребеня 13 на стадіях згвинчування В і С. кромки, або навпаки. Цей герметичний контакт Таким чином, кільцеве заокруглення скісного залишається стабільним навіть у разі напруження виступу 42 канавки дозволяє зменшити ризик зарозтягування. У разі коефіцієнта розширення, біїдання під час проходження гребеня. льшого за вибране теоретичне значення, герметиУ варіанті, зображеному на Фіг.16, периферичний контакт посилюється. чна поверхня 8 канавки, обернена у радіальному Виїмка надає охоплюваній кромці більше міснапрямку досередини, має кільцеву виїмку 44 увіцеве викривлення, яке сприяє контакту між гребегнутого майже дугоподібного профілю радіусом нем 13 і бічною поверхнею 18 паза 14. Цей контакт 23 77726 24 дозволяє блокувати і стабілізувати поведінку крона відстані, що дорівнює 9,38мм, завдяки чому мки під тиском, особливо внутрішнім, рідини. край виїмки, протилежний пазу, знаходиться наОхоплюючий конструктивний елемент 2 вихідвпроти ділянки зовнішньої циліндричної поверхні ного трубного з'єднання, зображений на Фіг.18, 51 охоплюваної кромки. відрізняється від охоплюючого конструктивного Під час радіального розширення на охоплюваелемента, показаного на фіг. 16, з одного боку, ному виступі утворюється виступ 52, як описувавідсутністю виступ у 42 і виступу 40, межі якого лось у зв'язку з Фіг.19. Цей виступ взаємодіє з виперший встановлював разом із виступом 41, з інступом 41, як описувалось. шого боку, усуненням ділянки периферичної стінки Охоплювана кромка, зображена на Фіг.22, має 45. Периферична поверхня 8 канавки, обернена у профіль, подібний профілю кромки, показаної на радіальному напрямку досередини, включає, таФіг.16. Його периферична поверхня 7, обернена у ким чином, виїмку 44, яка з'єднується безпосередрадіальному напрямку назовні, включає, таким ньо з дном 24 паза 14, і ділянку циліндричної стінчином, починаючи від краю 25 гребеня 13, першу ки 50, що з'єднується з виїмкою 44 напроти паза ділянку циліндричної стінки 47, що з'єднується 14. Виступ 43 охоплюваного конструктивного елескісним виступом 43 із другою ділянкою циліндримента 1 також є усуненим, завдяки чому перифечної стінки 60 меншого діаметра, за якою йде кільрична поверхня 7 кромки, обернена у радіальному цевий жолобок 21. Профіль канавки охоплюючого напрямку назовні, включає ділянку циліндричної конструктивного елемента, показаного на Фіг.22, є поверхні 51, що безперервно тягнеться після кільаналогічним профілю, показаному на Фіг.20, за цевого жолобка 21 до кінця 25 гребеня 13. Циліндвинятком того, що діаметр ділянки циліндричної ричні поверхні 50 і 51 знаходяться одна проти друстінки 61, що знаходиться між виїмкою 44 і дном гої з невеликим проміжкомна ділянці довжини 24 паза 14, є меншим за діаметр ділянки циліндз'єднання, що знаходиться між кільцевим жолобричної поверхні 62, що з'єднується з виїмкою, наком 21 і виїмкою 44, що повністю ліквідує ризик впроти паза 14. Діаметр ділянки поверхні 61 є, заїдання під час згвинчування. таким чином, дещо меншим за діаметр ділянки Наприклад, для трубного з'єднання зовнішнім поверхні 47, наслідком чого є радіальний натяг цих діаметром 193,7мм (7,625дюйма), радіус викривповерхонь під час згвинчування з'єднання. лення профілю виїмки 44 може дорівнювати Натомість, діаметр ділянки поверхні 62 є бі6,31мм, ширина 6,76мм і глибина порядку декільльшим за діаметр ділянки поверхні 47, що ліквідує кох десятих долей мм. ризик заїдання цих поверхонь під час згвинчуПід час проходження труборозширювача, з вання. причини радіального зусилля з боку охоплюваної Наприклад, для вихідного трубного з'єднання кромки, ділянка циліндричної поверхні 51, що зназовнішнім діаметром 152,4мм (6дюймів), профіль ходиться проти виїмки 44, набуває бочкоподібної виїмки 44 може мати радіус викривлення 10,4мм, форми для проникнення до вільного проміжку, центрований на відстані 3,7мм від поверхні кінця межі якого встановлюються виїмкою. Таким чином, 25 гребеня 13, осьову ширину 4,9мм; максимальна на периферичній поверхні 7 утворюється виступ глибина виїмки може дорівнювати 0,445мм віднос52, який з'єднується з виступом 41, що утворюєтьно ділянки поверхні 61 і 0,19мм відносно ділянки ся бічною поверхнею виїмки 44. Таким же чином, поверхні 62. Різниця діаметра між цими двома як і виступи 41 і 43, показані на Фіг.17, виступи 41 і частинами поверхні становить, таким чином, 52, показані на Фіг.19, під час розширення зміщу0,51мм. ються у осьовому напрямку один відносно другого Під час радіального розширення, поряд з ісзі зростаючим осьовим стисненням, яке веде до нуючим виступом 43 на зонах 43 і 47 периферичгерметичного контакту. ної поверхні 7 охоплюваної кромки утворюється На вихідному трубному з'єднанні, частково зовиступ 63, як описано у зв'язку з Фіг.19, що взаєбраженому на Фіг.20, охоплюваний конструктивний модіє з виступом 41, як описувалось. елемент 1 є ідентичним до відповідного конструкВиїмка надає охоплюваній кромці більше містивного елемента, показаного на Фіг.18. Натоцеве викривлення, яке сприяє контакту між гребемість, виїмка 44 охоплюючого конструктивного нем 13 і бічною поверхнею 18 паза 14. Цей контакт елемента 2 є зсунутою у осьовому напрямку віддозволяє блокувати і стабілізувати поведінку кроносно виїмки охоплюючого конструктивного елемки під тиском, особливо внутрішнім, рідини. мента, показаного на Фіг.18. Таким чином, периЗа способами здійснення, зображеними на ферична поверхня 8 канавки включає, з одного і з Фіг.16, Фіг.18, Фіг.20 і Фіг.22, глибина виїмки знадругого боку виїмки 44 і у поєднанні з нею, дві діходиться у межах 0,05-1мм і, за варіантом, якому лянки циліндричних поверхонь такого самого діавіддають перевагу, є меншою за 0,5мм. Ця глибиметра, а саме першу ділянку 55, що проходить до на визначається, коли виїмка знаходиться між дна 24 паза 14 і другу ділянку 56, що проходить двома ділянками периферичної стінки різних діанавпроти паза. Ділянка 55 розміщується з невелиметрів, як радіальна висота більш високої з цих ким проміжком відносно циліндричної поверхні двох бічни х поверхонь. охоплюваної кромки, і ділянка 56 знаходиться наПід час виготовлення вихідного трубного з'єдвпроти кільцевого жолобка 21. Завдяки цій конфінання на одну і/або другу з поверхонь, призначегурації повністю ліквідується ризик заїдання під них для взаємного герметичного контакту, можна час згвинчування. ефективно наносити шар пластичного матеріалу, Профіль виїмки є, наприклад, ідентичним як описано у заявці на патент №0200053 від 3 січпрофілю, який було описано у зв'язку з Фіг.18. ня 2002 року. Цей пластичний шар дозволяє запоЦентр її викривлення знаходиться від дна 24 паза внити нерівності металів, що застосовуються для 25 77726 26 охоплюваного конструктивного елемента 1 і для дженням вздовж усієї або частини довжини різі, охоплюючого конструктивного елемента 2. Зона яку треба буде нарізати. контакту між скісним виступом кромки і скісним Подібним чином, можна зменшити внутрішній виступом канавки після розширення збільшується. діаметр поблизу кінця охоплюваного конструктивЯк відомо само по собі, для запобігання асиного елемента шляхом витягання, яке здійснюють метрії при виконанні різі і, як наслідок, зменшення перед механічною обробкою. механічної міцності з'єднань унаслідок того, що Операції розширення і витягання можуть здійвідповідні зовнішні і внутрішні діаметри труб не є снюватись із постійним діаметром або з діаметконцентричними під час їх виготовлення, перед ром, що збільшується для охоплюючого конструкнарізанням різі можна здійснити розширення зовтивного елемента, зменшується для охоплюваного нішнього діаметра, розпочинаючи з вільного кінця конструктивного елемента, у напрямку кінця. охоплюючого конструктивного елемента с прохо 27 77726 28 29 Комп’ютерна в ерстка О. Гапоненко 77726 Підписне 30 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601