З’єднання теплоподавальних труб

З'єднання теплоподавальних труб, яке включає охоплюючу і охоплювану труби із взаємодіючими між собою відповідними ділянками різьбових та конічних ущільнювальних поверхонь і кільцеву проточку під герметизуючий елемент, коефіцієнт теплового розширення якого більший за такий коефіцієнт матеріалу труб, яке відрізняється тим, що кільцева проточка розміщена з протилежної до конічної ущільнювальної поверхні сторони стінки охоплюваної труби і складається з двох ділянок, одна з яких з герметизуючим елементом відповідає по довжині конічній ущільнювальній поверхні, а друга відповідає проміжку між різьбовою і конічною ущільнювальною поверхнями, причому стінки охоплюваної труби на кожній ділянці виконані з різними деформаційними характеристиками із розрахунку різної товщини і відповідною їй жорсткістю так, що стінка охоплюваної труби між ділянками різьбової та конічної ущільнювальної поверхонь вибрана з найменшою згинальною жорсткістю. Винахід відноситься до нафтогазовидобувної галузі, а саме до з'єднань насосно-компресорних і обсадних труб, які використовують при будівництві та експлуатації свердловин в умовах високих тисків і температур. Відомі з'єднання труб [1,2], які включають охоплюючу трубу, що є частиною двосторонньої муфти або розширеним кінцем іншої труби, і охоплювану трубу, які при вгвинчуванні взаємодіють між собою відповідними ділянками конічних різьбових поверхонь, що повинно забезпечувати міцність з'єднання. Завдяки різьбі вгвинчування супроводжується одночасним переміщенням труб назустріч одна одній до взаємодії відповідних конічних ущільнюючих поверхонь, що повинно забезпечувати герметичність з'єднання. Однак конічні різьбові і ущільнюючі поверхні мають властивість при досягненні їх взаємодії (при затягуванні різьби) припиняти зустрічне переміщення з'єднуваних труб. При цьому допустимі відхилення діаметрів, які отримуються під час вигото влення цих поверхонь, при вгвинчуванні з'єднання приводять до того, що одна із двох ділянок конічних поверхонь - або різьбова, або ущільнююча, взаємодіє раніше і перешкоджає взаємодії іншої. Наприклад, у випадку збільшеного діаметра різьбової поверхні охоплюваної труби при вгвинчуванні її взаємодія з різьбовою поверхнею охоплюючої труби досягається раніше, ніж контакт ущільнюючих поверхонь, і тому герметичність не досягається. У випадку збільшеного діаметра конічної ущільнюючої поверхні охоплюваної труби, коли при вгвинчуванні досягається її взаємодія з відповідною поверхнею охоплюючої, взаємодія різьбових поверхонь ще недостатня для міцності з'єднання, а висока жорсткість стінок на всіх ділянках охоплюваної труби перешкоджає їх деформації для компенсації збільшеного діаметра однієї з них. Таким чином, допустимі відхилення діаметрів конічних різьбових і ущільнюючих поверхонь приводять до погіршення герметичності або міцності з'єднання. Тому такі з'єднання вимагають трудомі (19) UA (11) 76804 (13) (21) 20040605002 (22) 24.06.2004 (24) 15.09.2006 (46) 05.09.2006, Бюл. № 9, 2006 р. (72) Крижанівський Євстахій Іванович, Палійчук Ігор Іванович (73) Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу (56) UA 4760, A3, 28.12.1994 SU 1663174, A1, 15.07.0988 SU 724679, 30.03.1980 SU 825839, 30.04.1981 SU 1167297, A, 15.07.1985 SU 1772341, A1, 30.10.1992 US 4014568, 29.03.1977 RU 2186284, C2, 27.07.2002 GB 1174208, 17.12.1969 GB 1499863, 01.02.1978 US 5066052, 19.11.1991 US 4703959, 3.11.1987 EA 3267, B1, 27.02.2003 C2 1 3 76804 4 сткого індивідуального підбору та одночасного відповідними до конічних поверхонь труб. З метою узгодження діаметрів конічних різьбових і ущільпідвищення герметичності з'єднання ущільнююче нюючих поверхонь охоплюючої та охоплюваної кільце виконане з ежекційними каналами, перектруб. ритими зворотними клапанами, конічні ділянки Відоме з'єднання бурильних труб [3], що місущільнюючого кільця виконані з кільцевими прототить зовнішню і внутрішню труби, причому на кінчками, а ежекційні канали зв'язують порожнини цевій частині внутрішньої труби виконана циліндостанніх з внутрішньою порожниною труб, причому рична різьба, за якою розміщений гладкий внутрішня поверхня ущільнюючого кільця виконастабілізуючий конус, а на кінцевій частині зовнішна у вигляді ежектора. ньої труби вказані різьба і конус розміщені у звоПри вгвинчуванні цього з'єднання радіальне ротній послідовності. На кожній трубі між різьбою і ущільнення здійснюється за рахунок радіального конусом виконані роздільні кільцеві канавки, а деформування (стискання) зовнішніх конічних дірізьба на зовнішній трубі довша за різьбу на внутлянок кільця під час зустрічного переміщення з'єдрішній трубі на величину не меншу, ніж ширина нуваних труб, а торцеве ущільнення має відбувацих канавок. тись при подальшому догвинчуванні з'єднання за Незважаючи на те, що це з'єднання дозволяє рахунок осьового зминання торцями труб бокових взаємодію конічних поверхонь труб у випадку змеповерхонь виступів кільця, яке повинно компенсуншення діаметра конуса внутрішньої труби (навати значні відхилення міжторцевої відстані конкприклад, в процесі зношування) за рахунок розміретної пари труб. щення роздільних канавок зі сторони різьби і Однак для одночасного радіального і осьового можливості завдяки цьому продовжувати вгвинчудеформування кільця, що необхідно для роботи вання циліндричної різьби, однак при виконанні цього з'єднання, при вгвинчуванні потрібно приктакого з'єднання з конічною різьбою, яка при затяласти значні крутні зусилля, які можуть зруйнувати гуванні втрачає можливість догвинчування, це витки різьби. Оскільки це з'єднання має взаємодіз'єднання отримує недоліки, описані вище для ючі одночасно конічні різьбові і ущільнюючі поверз'єднань труб за [1, 2]. хні, то йому властиві всі недоліки, описані вище Відоме з'єднання бурильних труб [4], що вклюдля з'єднань труб за [1, 2]. До того ж у цього з'єдчає охоплюючу та охоплювану труби, які взаємонання з'являється додаткова необхідність індивідіють між собою циліндричними різьбами і стабілідуального підбору та узгодження довжини кільця з зуючими конусами, виконаними на кінцях відстанню між торцями труб у з'єднанні, яка має внутрішньої та зовнішньої поверхонь-відповідних значні осьові відхилення внаслідок допустимих труб, з розміщеними між різьбами і конусами кільвідхилень діаметрів конічних різьбових і ущільнюцевими канавками і з довжиною внутрішньої різьючих поверхонь. Крім того, конічні розточки на би, більшою за довжину зовнішньої різьби на вевнутрішній поверхні труб зменшують товщину їх личину, не меншу, ніж ширина канавок. На стінок і відповідно, міцність з'єднання в зоні різьби, зовнішній поверхні охоплюючої труби в зоні стабіщо може привести до аварійного руйнування з'єдлізуючого конуса виконана шийка, довжина якої нання під дією значних експлуатаційних навантабільша за висоту конуса, а її діаметр збільшується жень у свердловині. в напрямку збільшення діаметра стабілізуючого Найбільш близьким до запропонованого є віконуса і не перевищує діаметр допустимого знодоме різьбове з'єднання теплоподаючих труб [6], шування охоплюючої труби, а в прохідному каналі яке включає муфту з двостороннім уступом в сеохоплюваної труби в зоні стабілізуючого конуса редній частині, конічними різьбовими ділянками і виконана розточка, діаметр якої збільшується в конічними ущільнюючими поверхнями з боку устунапрямку зменшення діаметра стабілізуючого копу та ніпелі з відповідними до муфти конічною нуса. різьбою і конічною ущільнюючою ділянкою з кільПроте при виконанні цього з'єднання з конічцевою проточкою під герметизуючий елемент, яка ною різьбою воно отримує всі недоліки, описані виконана на торці ніпеля і довжина якої вибиравище для з'єднань труб за [1, 2]. Крім того, у цього ється меншою за довжину конічної ущільнюючої з'єднання шийка на зовнішній поверхні охоплююділянки ніпеля. Герметизуючий елемент виконачої труби, яка має довжину, більшу за висоту конуний із матеріалу з коефіцієнтом лінійного розшиса, і розточка на охоплюваній трубі, діаметр якої рення при підвищенні температури більшим, ніж збільшується в напрямку зменшення діаметра коефіцієнт лінійного розширення матеріалу муфти стабілізуючого конуса, зменшують товщину стінок та ніпеля, і може бути виконаний із матеріалу з кожної труби як в зоні стабілізуючого конуса, так і в пам'яттю форми. Герметизуючий елемент устанозоні різьби. Внаслідок цього різко зменшується влений в кільцевій проточці, а його зовнішня повежорсткість і зростають деформації стінок кожної із рхня має конічну форму, відповідну до конічної труб, що робить неможливим досягти високу міцущільнюючої поверхні муфти, діаметр якої в розність з'єднання, необхідну при експлуатації із знарахунковій площині вибирають із розрахунку за чними навантаженнями в умовах свердловин. заданим виразом. Поверхні двостороннього уступу Відоме різьбове з'єднання труб [5], що вклюмуфти в її середній частині та взаємодіючі з ними чає муфту з внутрішніми різьбами, кінці труб з петорці герметизуючих елементів виконані у вигляді репускними різьбами, відповідними до різьб муфчастини конічної поверхні, причому вершини конути, і конічними поверхнями на внутрішній поверхні сів, що утворюють ці поверхні, направлені від сетруб біля їх торця та встановлене, з можливістю редньої частини муфти до її торців. взаємодії з торцями труб своїми боковими поверхОднак необхідна для роботи цього з'єднання нями, ущільнююче кільце з конічними ділянками, одночасна взаємодія конічних різьбових і ущіль 5 76804 6 нюючих поверхонь та торців охоплюваної труби розмістити герметизуючий елемент поза ущільніпеля і герметизуючого елемента із відповідними нюючими поверхнями з можливістю його впливу поверхнями охоплюючої труби – муфти, зумовлює на ущільнення. Виконання кільцевої проточки з наявність у такого з'єднання всіх недоліків, описадвох ділянок забезпечує розділення призначення і них вище для різьбових з'єднань труб за [1, 2] і [5]. властивостей стінок охоплюваної труби на цих До цього ж кільцева проточка, яка виконана зі стоділянках, а саме досягнення їх відмінних дефоррони ущільнюючих поверхонь і з довжиною, менмаційних характеристик із розрахунку різної товшою за довжину конічної ущільнюючої ділянки, щини і відповідної їй жорсткості. зменшує довжину взаємодії поверхонь в ущільВиконання однієї з ділянок проточки так, що ненні і цим погіршує його герметизуючі властивона відповідає по довжині конічній ущільнюючій вості. поверхні, забезпечує меншу товщину стінки і, відКрім того, кільцевий герметизуючий елемент повідно, меншу її жорсткість порівняно з різьбовою такого з'єднання розміщено між ущільнюючими ділянкою. Під час згвинчування з'єднання і одноповерхнями охоплюючої і охоплюваної труб, що часного зустрічного переміщення труб це дозволяє утворює дві пари взаємодіючих ущільнюючих поконічній ущільнюючій ділянці охоплюваної труби верхонь, через які зростає кількість шляхів просостискатись (пружно деформуватись в радіальному чування теплоносія і порушення герметичності напрямку) при взаємодії із відповідною конічною з'єднання, а також збільшується кількість поверповерхнею охоплюючої труби і не перешкоджати хонь, розміри яких потрібно індивідуально підбиподальшому затягуванню різьби для досягнення рати при виготовленні. А у випадку виконання таміцності з'єднання. кого елемента з матеріалу, коефіцієнт теплового Виконання другої з ділянок проточки так, що розширення якого більший за такий коефіцієнт вона відповідає проміжку між різьбовою і конічною матеріалу муфти і труби, при підвищенні темпераущільнюючою поверхнями, причому стінку охоптури кільцевий герметизуючий елемент розтискає люваної труби на цьому проміжку вибирають з муфту та розширюється більше, ніж охоплювана найменшою згинальною жорсткістю, дозволяє труба, чим погіршує ущільнення з нею і як наслідок компенсувати різницю радіальних деформацій між - герметичність. різьбовою та конічною ущільнюючою ділянками. Задача, яка ставилась при створенні цього виЦя різниця виникає при затягуванні різьби внаслінаходу - підвищити надійність та щільність прилядок стискання конічної ущільнюючої ділянки і змегання ущільнюючих поверхонь у з'єднанні труб при ншення її радіуса порівняно з різьбовою ділянкою, дії високих тисків і температур шляхом розміщення в результаті чого стінка охоплюваної труби на герметизуючого елемента поза ущільнюючими проміжку між різьбовою і конічною ущільнюючою поверхнями з можливістю його впливу на ущільділянками отримує кільцевий згин без втрати сунення та зменшення жорсткості взаємозв'язку між цільності охоплюваної труби. ділянками різьбової та ущільнюючої поверхонь Розміщення герметизуючого елемента, у якого для одночасного досягнення міцності і герметичкоефіцієнт теплового розширення більший за таності з'єднання при згвинчуванні. кий коефіцієнт матеріалу труб, на одній з ділянок Поставлена задача вирішується тим, що у запроточки так, що він відповідає по довжині конічній явленому з'єднанні теплоподаючих труб, яке ущільнюючій поверхні, при підвищенні тиску і темвключає охоплюючу і охоплювану труби із взаємоператури теплоносія забезпечує радіальне розшидіючими між собою відповідними ділянками різьрення (збільшення радіуса) герметизуючого елебових та конічних ущільнюючих поверхонь і кільмента, розтискання ним конічної ущільнюючої цеву проточку під герметизуючий елемент, ділянки охоплюваної труби і цим самим забезпекоефіцієнт теплового розширення якого більший чує більш щільну її взаємодію по всій довжині із за такий коефіцієнт матеріалу труб, згідно із винавідповідною поверхнею охоплюючої труби, що ходом кільцева проточка розміщена з протилежної підвищує надійність і герметичність з'єднання. до конічної ущільнюючої поверхні сторони стінки Винахід ілюструється кресленням, де на Фіг. охоплюваної труби і складається з двох ділянок, зображено загальний вигляд запропонованого одна з яких з герметизуючим елементом відповіз'єднання. дає по довжині конічній ущільнюючій поверхні, а З'єднання теплоподаючих труб складається із друга відповідає проміжку між різьбовою і конічною охоплюючої 1 і охоплюваної 2 труб, які взаємодіущільнюючою поверхнями, причому стінки охопють між собою відповідними ділянками різьбових 3 люваної труби на кожній ділянці виконані з різними і конічних ущільнюючих 4 поверхонь, та двох ділядеформаційними характеристиками із розрахунку нок 5 і 6 кільцевої проточки, яка розміщена з прорізної товщини і відповідною їй жорсткістю так, що тилежного до конічної ущільнюючої поверхні 4 стінка охоплюваної труби між ділянками різьбової боку стінки охоплюваної труби 2. Ділянка 5 кільцета конічної ущільнюючої поверхонь вибрана з вої проточки з герметизуючим елементом 7 відпонайменшою згинальною жорсткістю. відає по довжині конічній ущільнюючій поверхні 4, Конструкція з'єднання розміщенням кільцевої а ділянка 6 відповідає проміжку між різьбовою 3 і проточки з протилежної до конічної ущільнюючої конічною ущільнюючою 4 поверхнями. Ділянки 5 і поверхні сторони стінки охоплюваної труби забез6 кільцевої проточки виконані так, що стінки охоппечує тільки одну пару взаємодіючих між собою люваної труби 2 на кожній ділянці виконані з різущільнюючих поверхонь охоплюючої і охоплюваними деформаційними характеристиками із розраної труб та найбільшу можливу довжину конічної хунку різної товщини і відповідної їй жорсткості, а ущільнюючої поверхні охоплюваної труби, що підстінка 8 охоплюваної труби 2 між ділянками різьвищує надійність ущільнення, а також дозволяє бової 3 та конічної ущільнюючої 4 поверхонь виб 7 76804 8 рана з найменшою згинальною жорсткістю. лоносія герметизуючий елемент 7 радіально розЗ'єднання збирають наступним чином. При ширюється, розтискає конічну ущільнюючу ділянку вгвинчуванні охоплюючої 1 і охоплюваної 2 труб 4 охоплюваної труби 2 і цим самим збільшує щільвони взаємодіють між собою різьбовими ділянками ність її взаємодії по всій довжині із відповідною 3 і переміщуються назустріч одна одній до взаєповерхнею 4 охоплюючої труби 1, що підвищує модії між відповідними конічними ущільнюючими надійність і герметичність з'єднання. поверхнями 4, що забезпечує герметизацію з'єдЕкономічна ефективність запропонованої нання. Далі продовжують затягування з'єднання, конструкції з'єднання теплоподаючих труб слідує із при цьому в результаті досягнутої взаємодії ділянпідвищення герметичності і міцності з'єднання при ка 5 кільцевої проточки охоплюваної труби 2 внавгвинчуванні та роботі в умовах високих тисків і слідок меншої жорсткості пружно стискається, температур. зберігаючи надійність цієї взаємодії, і не перешкоПосилання: джає подальшому затягуванню різьби для досяг1. ГОСТ 632-80. Трубы обсадные и муфты к нення міцності з'єднання. Радіальне стискання ним. Технические условия. (зменшення радіуса) ділянки 5 викликає кільцевий 2. ГОСТ 633-80. Трубы насоснозгин стінки 8 без втрати суцільності охоплюваної компрессорные и муфты к ним. Технические услотруби 2, тому що стінка 8 вибрана з найменшою вия. згинальною жорсткістю. Герметизуючий елемент 7 3. А.с. СССР №825839, кл. Ε21В17/02. Бюл. пружно протидіє надлишковій деформації ділянки №16, 30.04.1981р. 5 кільцевої проточки охоплюваної труби 2 і цим 4. А.с. СССР №1167297, кл. Ε21В17/02. Бюл. забезпечує постійну взаємодію відповідних діля№26, 15.07.1985р. нок конічних ущільнюючих поверхонь 4 по всій їх 5. А.с. СССР №1772341, кл. Ε21В17/02, довжині. Оскільки герметизуючий елемент 7 вико17/042. Бюл. №40, 30.10.1992р. наний з матеріалу, коефіцієнт теплового розши6. А.с. СССР №1663174, кл. Ε21В17/02, рення якого більший за такий коефіцієнт матеріалу 17/042, F16L15/00. Бюл. №26, 15.07.1991р. труб 1 і 2, при підвищенні тиску і температури теп Комп’ютерна верстка Т. Чепелева Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601