Герметичне різьбове з’єднання нафтопромислових труб

Герметичне різьбове з'єднання нафтопромислових труб, утворене охоплюваною трубою (1) та трубою (2), що охоплює, з упорними конічними різьбами (3) з конусністю 1:16 та кутом профілю від 12,5° до 13,5°, причому профіль упорної конічної різьби (3) має вигляд нерівнобедреної трапеції з упорною гранню витка (4), розташованою під більшим кутом до напрямку дії навантаження, охоплювана труба (1) та труба (2), що охоплює, контактують між собою конічними опорними поверхнями, виконаними відповідно на зовнішній поверхні охоплюваної труби (1) на ділянці між конічною різьбою (3) і торцем труби (1) у вигляді конічної опорної поверхні (5) з конусністю 1:10 у бік цієї труби та на внутрішній поверхні труби (2), що охоплює, на ділянці між конічною різьбою (3) і тілом труби (2) у вигляді конічної опорної поверхні (6) з конусністю 1:10 у бік цієї труби, й конічними упорними поверхнями, виконаними відповідно на торці охоплюваної труби (1) у вигляді конічної опорної торцевої поверхні (7) з кутом конусності від 74,5° до 75,5° у напрямку охоплюваної труби (1) та на внутрішній поверхні труби (2), що охоплює, на ділянці переходу опорної конічної поверхні (6) до тіла труби (2) у вигляді конічної упорної поверхні (8) з кутом конусності від 74,5° до 75,5° у напрямку труби (2), що охоплює, яке відрізняється тим, що на охоплюваній трубі (1) виконане циліндричне розточення (9), паралельне осі зазначеної труби (1), а на трубі (2), що охоплює, виконане циліндричне розточення (10), паралельне осі зазначеної U 2 (19) 1 3 43087 4 них, насосно-компресорних і інших видах труб в до 75,5° у напрямку труби, що охоплює /RU горизонтальних та скісних нафтових і газових све2297512 С2 (Відкрите акціонерне товариство "Тардловинах, що експлуатуються в складних геологанрозький металургійний завод"), 20.04.2007./. гічних умовах та агресивних середовищах. Недоліком відомого пристрою є недостатня У сучасних умовах відбувається підвищення герметичність різьбового з'єднання й низька техвимог до герметичності різьбових з'єднань обсаднологічність при виготовленні ущільнювальних них труб, пов'язане з постійним ускладненням елементів на охоплюваній трубі, та трубі, що охоумов видобутку. Недостатня герметичність різьбоплює. вого з'єднання найчастіше призводить до появи Недостатня герметичність різьбового з'єднанприскореного корозійного ураження металу у зоні ня обумовлена травмуванням конічної частини різьбового з'єднання, течі і, надалі, до руйнування ущільнювального елемента при зборці різьбового колон. Одним зі шляхів підвищення герметичності з'єднання як на заводі при виготовленні, так і при різьбового з'єднання є підбор оптимального співзборці обсадній колони в процесі експлуатації. відношення геометричних параметрів елементів Низька технологічність при виготовленні ущірізьбового з'єднання. льнювальних елементів на охоплюваній трубі, та З рівня техніки відомо герметичне різьбове трубі, що охоплює, обумовлена складністю викоз'єднання нафтопромислових труб, що включає нання проточки на трубі, що охоплює, і наступний охоплювану трубу й трубу, що охоплює, з конічниконтроль її якості, що у свою чергу приводить до ми різьбами й конічними опорними поверхнями, зниження герметичності у випадку невідповідності перші контактуючі між собою з яких виконані відгеометричних параметрів проточки. повідно на зовнішній поверхні торцевої ділянки В основу корисної моделі, що заявляється, поохоплюваної труби у вигляді конічної поверхні з ставлено завдання створення такого герметичного конусністю вбік осі цієї труби й на внутрішній поверізьбового з'єднання нафтопромислових труб, вирхні труби, що охоплює, на ділянці між конічною користання якого дозволило б підвищити герметирізьбою й тілом труби, а другі контактуючі поверхні чність різьбового з'єднання й технологічність виговиконані відповідно на охоплюваній трубі у вигляді товлення за рахунок спрощення конструкції, що у конічної торцевої поверхні з кутом конусності в свою чергу дозволило би усунути ймовірність транапрямку конічної різьби на цій трубі й відповідній вмування конічної частини ущільнювального елеторцевій конічній поверхні на трубі, що охоплює, мента в момент зборці різьбового з'єднання при виконаної на ділянці переходу першої конічної повиготовленні на заводі або в процесі експлуатації верхні цієї труби до її тіла (FR №2798716 А1, при зборці обсадних колон. F16L15/00, опубл. 23.03.2001). Поставлене завдання вирішується тим, що в Недоліком відомого пристрою є недостатня герметичному різьбовому з'єднанні нафтопромисгерметичність різьбового з'єднання через виколових труб, яке утворене охоплюваною трубою та нання його конструкції з малим кутом конусності трубою, що охоплює, з упорними конічними різьопорних конічних поверхонь, що не дозволяє одебами з конусністю 1:16 та кутом профілю від 12,5° ржати задану величину натягу при малих осьових до 13,5°, при цьому профіль упорної конічної різьпереміщеннях ніпеля, що збільшує період від би має вигляд нерівнобедреної трапеції з упорною першого контакту ущільнювальних поверхонь до гранню витка, розташованою під більшим кутом до забезпечення заданого натягу. напрямку дії навантаження, охоплювана труба та З рівня техніки відомо найбільш близьке по сутруба, що охоплює, контактують між собою конічкупності істотних ознак і технічному результату ними опорними поверхнями, виконаними відповідгерметичне різьбове з'єднання нафтопромислових но на зовнішній поверхні охоплюваної труби на труб, утворене охоплюваною трубою та трубою, ділянці між конічною різьбою і торцем труби у вищо охоплює, з упорними конічними різьбами з когляді конічної опорної поверхні з конусністю 1:10 у нусністю 1:16 та кутом профілю від 12,5° до 13,5°, бік цієї труби та на внутрішній поверхні труби, що при цьому профіль упорної конічної різьби має охоплює, на ділянці між конічною різьбою і тілом вигляд нерівнобедреної трапеції з упорною гранню труби у вигляді конічної опорної поверхні з конусвитка, розташованою під більшим кутом до напряністю 1:10 у бік цієї труби, й конічними упорними мку дії навантаження, охоплювана труба та труба, поверхнями, виконаними відповідно на торці охопщо охоплює, контактують між собою конічними люваній трубі у вигляді конічної упорної торцевої опорними поверхнями, виконаними відповідно на поверхні з кутом конусності кутом від 74,5° до зовнішній поверхні охоплюваної труби на ділянці 75,5° у напрямку охоплюваної труби та на внутріміж конічною різьбою і торцем труби у вигляді кошній поверхні труби, що охоплює, на ділянці перенічної опорної поверхні з конусністю 1:10 у бік цієї ходу опорної конічної поверхні до тіла труби у витруби та на внутрішній поверхні труби, що охопгляді конічної упорної поверхні з кутом конусності лює, на ділянці між конічною різьбою і тілом труби кутом від 74,5° до 75,5° у напрямку труби, що охоу вигляді конічної опорної поверхні з конусністю плює, відповідно до корисної моделі, на охоплю1:10 у бік цієї труби, й конічними упорними поверхваній трубі виконане циліндричне розточення, панями, виконаними відповідно на торці охоплюваній ралельне осі зазначеної труби, а на трубі, що трубі у вигляді конічної упорної торцевої поверхні з охоплює, виконане циліндричне розточення, паракутом конусності кутом від 74,5° до 75,5° у напрямлельне осі зазначеної труби, при цьому циліндрику охоплюваної труби та на внутрішній поверхні чні розточення виконані таким чином, що при збіртруби, що охоплює, на ділянці переходу опорної ці різьбового з'єднання вони утворюють конічної поверхні до тіла труби у вигляді конічної порожнину, що з одного боку обмежена циліндриупорної поверхні з кутом конусності кутом від 74,5° чним розточенням на охоплюваній трубі, а з іншого 5 43087 6 боку циліндричним розточенням на трубі, що охоГерметичне різьбове з'єднання нафтопромисплює, причому довжина циліндричного розточення лових труб (Фіг.1-4) утворено охоплюваною труна охоплюваній трубі знаходиться в інтервалі від бою 1 (Фіг.1) та трубою 2, що охоплює, з упорними L1.max=(L5+1)-((ØF+0,25)-ØC)x0,1+(L9-1) конічними різьбами 3 із конусністю 1:16 і кутом до профілю від 12,5° до 13,5°. Профіль упорної конічL1.min=L5-((ØF-0,15)-ØC)x0,1+(L9+0,5), ної різьби 3 має вигляд нерівнобедреної трапеції з а довжина циліндричного розточення на трубі, опорною гранню витка 4 (Фіг.4), розташованої під що охоплює, знаходиться в інтервалі від більшим кутом до напрямку дії навантаження. L2.max=L3-(((В-1,25)+((ØЕ-1,607)Контактуючі між собою конічні опорні поверхні (ØА+0,5))х0,0625) виконані на зовнішній поверхні охоплюваної труби до 1 (Фіг.1) на ділянці між конічною різьбою 3 і торцем L2.min=(L3-0,5)-(((В+1,75)+((ØЕ-1,533)-(ØАтруби 1 у вигляді конічної опорної поверхні 5 з ко0,25))х0,0625), нусністю 1:10 убік осі цієї труби й на внутрішній де L1.max і L1.min - максимальна й мінімальна доповерхні труби 2, що охоплює, на ділянці між конівжини циліндричного розточення на охоплюваній чною різьбою 3 і тілом труби 2, що охоплює, на поверхні; ділянці між конічною різьбою 3 і тілом труби 2 у L2.max і L2.min - максимальна й мінімальна доввигляді конічної опорної поверхні 6 з конусністю жини циліндричного розточення на поверхні, що 1:10 убік осі цієї труби. охоплює; Контактуючі між собою конічні упорні поверхні А - діаметр циліндричного розточення в трубі, виконані відповідно на торці охоплюваній трубі 1 у що охоплює; вигляді конічної упорної торцевої поверхні 7 з куВ - відстань від торця труби, що охоплює, до том конусності кутом від 74,5° до 75,5° у напрямку основної площині; охоплюваної труби 1 та на внутрішній поверхні F - діаметр ущільнювального розточення в труби 2, що охоплює, на ділянці переходу опорної охоплюваній трубі; конічної поверхні 6 до тіла труби 2 у вигляді конічС - діаметр конусної частини ущільнювального ної упорної поверхні 8 з кутом конусності кутом від елемента; 74,5° до 75,5° у напрямку труби 2, що охоплює. Е - середній діаметр конічного різьблення в На охоплюваній трубі 1 та трубі 2, що охопосновній площині; лює, виконуються циліндричні розточення 9 і 10 L3 - відстань від торця труби, що охоплює, до паралельні осі труби, які при зборці різьбового кінця циліндричного розточення; з'єднання утворюють порожнину, що з однієї стоL5 - загальна довжина ущільнювального елерони обмежена циліндричним розточенням 9 на мента охоплюваної труби; охоплюваній трубі 1, і, з іншого боку, циліндричним L9 - відстань від торця охоплюваної труби до розточенням 10 на трубі 2, що охоплює. вимірювальної площини діаметра її ущільнювальДовжина L1 циліндричного розточення 9 на ного елемента. охоплюваній трубі 1 знаходиться в інтервалі від Виконання герметичного різьбового з'єднання L1.max=(L5+1)-((ØF+0,25)-ØC)x0,1+(L9-1) нафтопромислових труб таким чином, що на охопдо люваній трубі виконане циліндричне розточення, L1.min=L5-((ØF-0,15)-ØC)x0,1+(L9+0,5), паралельне осі зазначеної труби, а на трубі, що а довжина L2 циліндричного розточення 10 на охоплює, виконане циліндричне розточення, паратрубі 2, що охоплює, знаходиться в інтервалі від лельне осі зазначеної труби, при цьому циліндриL2.max=L3-(((В-1,25)+((ØЕ-1,607)-(ØА+ чні розточення виконані таким чином, що при збір+0,5))х0,0625) ці різьбового з'єднання утворюють порожнину, що до з одного боку обмежена циліндричним розточенL2.min=(L3-0,5)-(((В+1,75)+((ØЕ-1,533)-(ØАням на охоплюваній трубі, а з іншого боку цилінд-0,25))х0,0625), ричним розточенням на трубі, що охоплює, при Діаметр А циліндричного розточення в трубі 2, цьому довжина циліндричного розточення на охощо охоплює, залежить вид діаметру труб, що з'єдплюваній трубі та трубі, що охоплює, визначається нуються та може знаходитися в інтервали від 0,9 вищевказаними залежностями, забезпечує підвидо 0,996 діаметру труб, що з'єднуються. щення герметичності різьбового з'єднання й техВідстань В від торця труби 2, що охоплює, до нологічності виготовлення за рахунок спрощення основної площині (на кресленні не зазначено) виконструкції, що, у свою чергу, виключає ймовірзначається в інтервалі від 40 до 50 мм. ність травмування конічної частини ущільнювальДіаметр F ущільнювального розточення 9 в ного елемента в момент зборці різьбового з'єдохоплюваній трубі 1 та може знаходитися в інтернання при виготовленні на заводі або в процесі вали від 0,9 до 0,996 діаметру труб, що з'єднуютьексплуатації при зборці обсадних колон. ся. Надалі корисна модель пояснюється докладДіаметр С конусної частини ущільнювального ним описом його виконання з посиланнями на креелемента визначається на відстані L9 від торця, слення, на яких зображено: утвореного умовним перетином опорної поверхні 7 на Фіг.1 - схема елементів охоплюваної труби; з упорною поверхнею 5; на Фіг.2 - схема елементів труби, що охоплює; Середній діаметр Е конічного різьблення в осна Фіг.3 - схема герметичного різьбового з'єдновній площині визначається на відстані В від торнання (виріз); ця труби 2, що охоплює. на Фіг.4 - схема профілю трапецієподібної різьби. 7 43087 8 Відстань L3 від торця труби 2, що охоплює, до чуванні різьб, поперечна складова цього зусилля кінця циліндричного розточення 10 може знаходиспрямована до осі з'єднання. Це виключає так тися в інтервали від 90 до 125мм. зване явище "розгортання", тобто поперечну деЗагальна довжина L5 ущільнювального елемеформацію зі збільшенням діаметра в області упонта охоплюваної труби 1 10 може знаходитися в рних торців, що робить з'єднання менш критичним інтервали від 8 до 20мм. до перевищення крутного моменту згвинчування й Відстань L9 від торця охоплюваної труби 1 до збільшує його експлуатаційну надійність. вимірювальної площини діаметра С її ущільнюваВисокогерметичне з'єднання може бути загвильного елемента визначається на відстані 2,5-5,5 нчено з використанням полімеризуючогося змамм від умовного торця, утвореного умовним перещення, що твердіє після зборки з'єднання різьботином опорної поверхні 7 з упорною поверхнею 5. вого. Труба 2, що охоплює, може бути виконана, як Крім цього, виконання на охоплюваної 1 і що у вигляді труби з розтрубним елементом (на кресохоплює 2 трубах циліндричних розточень 9 і 10 ленні не показаний), так і у вигляді муфти. дозволяє виключити вплив задирок, які виникають Робота герметичного різьбового з'єднання у процесі нарізування різьблення при відводі різьнафтопромислових труб здійснюється в такий спобоутворюючого інструмента на ділянці збігу різьби, сіб. на крайках її вершин, по її внутрішньому діаметру При виконанні операцій згвинчування з'єднанна трубі, що охоплює, які виступають убік осі з'єдня спочатку здійснюється взаємодія охоплюваної нання і є перешкодою, порушують зачеплення й труби 1 і труби 2, що охоплює, за допомогою конівпливають на режим ущільнення. чної різьби 3. У процесі згвинчування відбувається Таким чином, при згвинчуванні різьбового просування конічної опорної поверхні 7 і одночасз'єднання ділянки сходу різьблення завжди розтане утворення порожнини 9, потім конічна опорна шовуються в зоні проточування, що виключає поверхня 8 взаємодіє з конічної опорної поверхвплив поверхні різьблення на ділянці сходу й на нею 5. За рахунок діаметральних деформацій цих точність взаємодії поверхонь охоплюваної труби поверхонь створюється ущільнювальний вузол та труби, що охоплює. "метал-метал". Перевагою різьбового з'єднання, що заявляПри відносному переміщенні труб 1 і 2 здійсється, у порівнянні з відомим є також підвищення нюється силове контактування конічної упорної надійності герметичності, збільшення міцності торцевої поверхні 7 охоплюваної труби 1 й конічз'єднання при його зборці-розбиранні й експлуатаної упорної поверхні 8 труби 2, що охоплює, у реції, а також підвищення ступеня його придатності зультаті чого на їхніх поверхнях виникають контакдля контролю, що дозволить використати дане тні напруги, величина яких повинна перебуває в з'єднання труб як для рідких, так і для газоподібобласті пружних деформацій. Рівень контактних них середовищ. напруг, при всіх рівних умовах, визначається веГерметичне різьбове з'єднання, що заявляє, личиною контактуючих площ поверхонь 7 і 8. нафтопромислових труб може бути виготовлене в Закінчення процесу згвинчування охоплюваної умовах промислового виробництва на стандарттруби 1 і труби 2, що охоплює, супроводжується ному встаткуванні. Найбільший економічний ефект взаємодією їхніх упорних торців 7 і 8. Конічні повевід використання корисної моделі, що заявляє, рхні упорних торців виконано таким чином, що при досягається при його використанні в обсадних дії на них осьового зусилля, що виникає при згвинтрубах. 9 Комп’ютерна верстка О. Рябко 43087 Підписне 10 Тираж 28 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