Різьбове з’єднання бурильних труб

1 Різьбове з'єднання бурильних труб, яке містить ніпель, муфту з різьбовою ділянкою і індикатор накопичення втомних пошкоджень, контактуючий у згвинченому різьбовому з'єднанні з внутрішньою поверхнею ніпеля, яке відрізняється тим, що індикатор накопичення втомних пошкоджень виконаний у вигляді товстостінного кільця з кільцевою виточкою, жорстко з'єднаного з тонкостінною циліндричною оболонкою, яка відносно внутрішньої поверхні ніпеля встановлена з зазором, більшим за 1 мм, який визначається фактичними параметрами різьбового з'єднання 2 З'єднання за п 1 , яке відрізняється тим, що товстостінне кільце з кільцевою виточкою виконане як одна деталь з тонкостінною циліндричною оболонкою Винахід відноситься до бурової техніки, зокрема до різьбових з'єднань бурильних труб, що мають засоби контролю їх пошкоджень, і може бути застосований в нафтовидобувній галузі Відоме різьбове з'єднання бурильних труб [1], яке містить ніпель, муфту з різьбовою ділянкою і індикатор накопичення втомних пошкоджень, виконаний у вигляді тонкостінного циліндра з кільцевою виточкою, яка є концентратором напружень Зовнішня поверхня індикатора жорстко з'єднана з внутрішньою поверхнею ніпеля/ Руйнування індикатора по кільцевій виточці вказує на певний ступінь втомного пошкодження різьбового з'єднання Найбільш близьким аналогом різьбового з'єднання, що заявляється, вибраним як прототип, є різьбове з'єднання бурильних труб [2], що містить ніпель, муфту з різьбовою ділянкою і індикатор накопичення втомних пошкоджень, виконаний у вигляді тонкостінного циліндра з кільцевою виточкою, яка є концентратором напружень Між зовнішньою поверхнею індикатора і внутрішньою поверхнею ніпеля існує зазор, величина якого визначається, виходячи з певного співвідношення, завдяки чому індикатор легко вставляється в ніпель і виймається з нього після розбирання різьбового з'єднання для оцінки його втомного пошкодження Під час згвинчування різьбового з'єднання від бувається радіальна деформація ніпеля в зоні різьбової ділянки, яка, при встановленому зазорі, забезпечує обтиснення ніпелем зовнішньої поверхні індикатора, що дає можливість сприймати індикатором навантаження, ДІЮЧІ на різьбове з'єднання Для наближення умов роботи індикатора до умов роботи контрольованих витків різьбового з'єднання, порожнина між індикатором і ніпелем заповнюється мастилом, що застосовується при згвинчуванні з'єднання Загальними суттєвими ознаками відомого та різьбового з'єднання, що пропонується, є ніпель, муфта з різьбовою ділянкою та індикатор накопичення втомних пошкоджень, контактуючий в згвинченому різьбовому з'єднанні з внутрішньою поверхнею ніпеля При роботі відомого різьбового з'єднання номінальні напруження в поперечних перерізах тонкостінного циліндра індикатора в зоні кільцевої виточки при згвинчуванні різьбового з'єднання набагато менші від напружень в небезпечному перерізі з'єднання, а напруження від ЗОВНІШНІХ згинальних навантажень відповідають напруженням на внутрішній поверхні ніпеля, які, в залежності від типорозміру з'єднання, до двох разів менші, ніж напруження, що виникають на дні профілю витка різьби, тобто в тій зоні небезпечного перерізу різьби, де народжуються тріщини, які приводять о 1 о о (О 62007 до втомного руйнування з'єднання Поперечні кресленням, де зображені розміри тонкостінного циліндра індикатора не дона фиг 1 - різьбове з'єднання бурильних труб з зволяють виконати концентратор напружень з павстановленим в ньому індикатором накопичення раметрами, які б забезпечували випередження втомних пошкоджень (поздовжній розріз) 5 - товвтомного руйнування індикатора, що є необхідною щина оболонки, h - товщина кільця, Д - зазор між умовою ефективного контролю за станом різьбоповерхнею ніпеля і оболонкою вих з'єднань бурильних труб на фіг 2 - розподіл напружень по довжині конВ основу винаходу поставлена задача вдоскотактної поверхні індикатора при різних товщинах налення різьбового з'єднання бурильних труб, в оболонки при наявності зазору між поверхнями якому шляхом модифікації конструкції індикатора оболонки і ніпеля та відсутності його накопичення втомних пошкоджень забезпечується а - напруження, виникнення в індикаторі напружень більших, ніж на І - довжина контактної поверхні індикатора і нідні профілю витка різьби в небезпечному перерізі пеля з'єднання Завдяки цьому підвищується точність Як показано на фіг 1, різьбове з'єднання бурипрогнозування стану різьбового з'єднання бурильльних труб містить ніпель 1, муфту 2 з різьбовою них труб, забезпечується їх безаварійність в рободілянкою 3 і індикатор накопичення втомних поті і знижуються експлуатаційні витрати шкоджень, виконаний у вигляді товстостінного кіПоставлена задача вирішується тим, що в льця 4 з кільцевою виточкою 5, жорстко з'єднаного різьбовому з'єднанні бурильних труб, що містить або, якщо матеріали однакові, виготовленого, як ніпель, муфту з різьбовою ділянкою і індикатор одна деталь, з тонкостінною циліндричною оболонакопичення втомних пошкоджень, контактуючий в нкою 6, що встановлена в ніпель з зазором Д згвинченому різьбовому з'єднанні з внутрішньою Один кінець оболонки має виступ 7, інший - різьбу поверхнею ніпеля, індикатор накопичення втомних 8, за допомогою якої індикатор з'єднується з монпошкоджень виконаний у вигляді товстостінного тажною втулкою 9, жорстко з'єднаною з зарізьбокільця з кільцевою виточкою, жорстко з'єднаного з вою частиною ніпеля тонкостінною оболонкою, яка по відношенню до Різьбове з'єднання бурильних труб працює тавнутрішньої поверхні ніпеля встановлюється з заким чином зором більшим 1мм Товстостінне кільце з кільцеТонкостінну циліндричну оболонку 6 з товстовою виточкою виконується як одна деталь з тонкостінним кільцем 4 з кільцевою виточкою 5 вставстінною оболонкою за умови їх виготовлення з ляють в ніпель 1 та за допомогою різьби 8 нагвиноднакового матеріалу Запропонована конструкція чують на монтажну втулку 9 до упору виступу 7 забезпечує рівень напруженого стану у кільцевій тонкостінної оболонки 6 в торець ніпеля 1 При виточці товстостінного кільця більший рівня назгвинчуванні різьбового з'єднання відбувається пруженого стану на дні профілю різьби в небезперадіальна деформація ніпеля 1 в зоні різьбової чному перерізі з'єднання завдяки тому, що в ТОНділянки 3 з'єднання, яка забезпечує обтиснення КОСТІННІЙ оболонці під дією ЗОВНІШНІХ навантажень, товстостінного кільця 4, через яке тонкостінна циякі передаються через жорстко з'єднане з нею ліндрична оболонка 6 сприймає навантаження, товстостінне кільце, виникають не тільки дефорприкладені до різьбового з'єднання Під дією цих мації подібні до деформацій балки, але й дефорнавантажень і завдяки існуванню зазору Д між німації, пов'язані зі спотворенням форми її поперепелем 1 і тонкостінною оболонкою 6 більшого 1 мм, чних перерізів, що мають можливість реалізуватив ній виникають деформації, подібні не тільки до ся завдяки відсутності її контакту з ніпелем, який деформацій балки, але й пов'язані зі спотворенби перешкоджав оболонці деформуватися в попеням форми її поперечних перерізів, які передаютьречному напрямі Вказані деформації тонкостінної ся на кільцеву виточку 5 і помножують в ній номіоболонки помножують в поперечних перерізах нальні напруження до величини, що вища за номітовстостінного кільця напружений стан Вибравши нальні напруження на дні профілю витка різьби в значення зазору між поверхнею ніпеля і тонкостіннебезпечному перерізі різьбового з'єднання Заною оболонкою, виходячи з фактичних параметрів вдяки цьому межа витривалості індикатора стає різьбового з'єднання, можна довести номінальний нижчою за межу витривалості контрольованого напружений стан в перерізах товстостінного кільця різьбового з'єднання бурильних труб, що забезпедо рівня напруження на дні профілю витка різьби в чує виконання ним функцій контролю небезпечному перерізі різьбового з'єднання В процесі роботи різьбове з'єднання бурильЗастосування товстостінного кільця дозволяє них труб, а разом з ним і товстостінне кільце виконати в ньому кільцеву виточку з глибиною і сприймають ЗОВНІШНІ навантаження, що виникають гостротою надрізу таких розмірів, які забезпечують під час буріння свердловин і при спуско-підйомних концентрацію напружень в КІЛЬЦІ вищу, ніж параопераціях Під ДІЄЮ ЦИХ навантажень в товстостінметри профілю різьби в небезпечному перерізі ному КІЛЬЦІ розвивається втомна тріщина, яка приз'єднання бурильних труб При цьому межа витризводить до його руйнування При вийманні буривалості товстостінного кільця стає нижчою за межу льних труб із свердловини під час спусковитривалості різьбового з'єднання, що забезпечує підйомних операцій індикатор накопичення втомзначне випередження його втомного руйнування них пошкоджень візуально оглядають Руйнування порівняно з руйнуванням з'єднання, а значить і товстостінного кільця вказує на певний ступінь можливість більш точно контролювати стан різьпошкодження різьбового з'єднання бового з'єднання, завчасно попередити його поЕкспериментально встановлена залежність шкодження і уникнути аварії бурильної колони розподілу напружень по довжині контактної поверСуть запропонованого винаходу пояснюється хні індикатора при різних товщинах тонкостінної 62007 оболонки 6 та при наявності зазору Д між поверхнями оболонки 6 і ніпеля 1 та відсутності його приведена на фіг 2 Випробування проводились при згвинченому замковому різьбовому з'єднанні 3-121 з індикаторами, які мали поверхню контакту по всій довжині індикатора і товщину стінки 2мм і 5мм (ВІДПОВІДНО криві 1 і 2), та з індикаторами, поверхня контакту яких була виконана в його середніх перерізах у вигляді товстостінного циліндричного кільця довжиною 10мм При цьому зазор між циліндричною оболонкою і внутрішньою поверхнею ніпеля складав 8мм, а товщина стінки циліндричної оболонки була 5мм і 2мм (ВІДПОВІДНО криві 3 і 4) Встановлено, що під дією прикладених до різьбових з'єднань навантажень, при умові наявності зазору між поверхнями оболонки і ніпеля, в поперечних перерізах кільцевої виточки 5 товстостінного кільця 4 нормальні осьові напруження значно вищі, ніж при відсутності вказаного зазору, причому, чим більш тонкостінна оболонка, тим ця різниця більша Встановлено також, що для існуючих типорозмірів різьбових з'єднань бурильних труб номінальні напруження в кільцевій виточці товстостінного кільця досягають рівня напружень на дні профілю різьби в небезпечному перерізі різьбового з'єднання при величині зазору між поверхнею тонкостінної циліндричної оболонки і ніпелем більшій 1мм Параметри кільцевої виточки товстостінного кільця і залежність пошкодження індикатора і різьбового з'єднання бурильних труб встановлюються при спільних випробуваннях різьбових з'єднань і індикаторів в стендових умовах Джерела інформації 1 А с №655810, МПКЕ21В17/042, 1979 2 А с №1191548, МПКЕ21В17/042, 1985 б3МПа 200 150 100 Фіг. 1 Комп'ютерна верстка О Гапоненко Фіг. 2 Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119