Герметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб
Полезная модель относится к области строительства и эксплуатации вертикальных, наклонно-направленных, горизонтальных скважин нефтяных и газовых месторождений со сложными условиями эксплуатации и может быть использована в обсадных трубах технологического назначения. Герметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб включает охватываемую и охватывающие трубы с коническими резьбами, упорными и уплотнительными поверхностями. Упорные поверхности контактируют между собой торцевой поверхностью на охватываемой трубе и ответной торцевой поверхностью на охватывающей трубе. Профиль конической резьбы имеет отрицательный угол по опорной грани. Высота профиля резьбы охватываемой трубы меньше высоты профиля резьбы охватывающей трубы. Торцевые поверхности выполнены увеличенными таким образом, что их площадь составляет не менее 60% тела трубы. Полезная модель позволяет повысить эксплуатационную надежность и эффективность герметичного соединения, минимизировать экологические риски. 1 н.п.ф., 1 ил.
Полезная модель относится к области строительства и эксплуатации вертикальных, наклонно-направленных, горизонтальных скважин нефтяных и газовых месторождений со сложными условиями эксплуатации и может быть использована в обсадных трубах технологического назначения.
Известно герметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб, включающее охватываемую и охватывающую трубы с коническими резьбами и коническими уплотнительными и упорными поверхностями, первые из которых контактирующие между собой, выполнены соответственно на внешней поверхности торцевого участка охватываемой трубы в виде конической поверхности с конусностью в сторону оси этой трубы и на внутренней поверхности охватывающей трубы на участке между конической резьбой и телом трубы, а вторые контактирующие поверхности выполнены соответственно на охватываемой трубе в виде конической торцевой поверхности с углом конусности в направлении конической резьбы на этой трубе и ответной торцевой конической поверхности на охватывающей трубе, выполненной на участке перехода первой конической поверхности этой трубы к ее телу (FR патент 2798716, E16L 15/00, опубликован 23.03.2001 г.).
Данное техническое решение принято в качестве прототипа для заявленной полезной модели.
В сложных условиях эксплуатации (сжатие и избыточный крутящий момент) в указанном резьбовом соединении возникают деформации,
нарушающие контакт конических поверхностей, приводящий к разгерметизации резьбового соединения.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по недопущению разгерметизации соединения в сложных условиях эксплуатации при строительствах горизонтальных скважин большой протяженности, где возникает необходимость догружения и проворот колонны при ее спуске и по предотвращению проникновения нефти и газа в окружающую среду.
Достигаемый технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности и эффективности герметичного соединения при действии сжимающих нагрузок и крутящих моментов, минимизации экологических рисков при использовании соединения на скважине.
Указанный технический результат достигается тем, что в герметичном резьбовом соединении нефтепромысловых труб, включающем охватываемую и охватывающие трубы с коническими резьбами, упорными и уплотнительными поверхностями, первые из которых, контактирующие между собой выполнены в виде торцевой поверхности на охватываемой трубе и ответной торцевой поверхности на охватывающей трубе, при этом профиль конической резьбы имеет отрицательный угол по опорной грани, высота профиля резьбы охватываемой трубы меньше высоты профиля резьбы охватывающей трубы, а торцевые поверхности выполнены увеличенными таким образом, что их площадь составляет не менее 60% тела трубы.
На фигуре 1 представлено герметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб.
Соединение содержит охватываемую трубу 1 и охватывающую трубу 2, которые зацепляются друг с другом по конической резьбе 3 (изображена схематично).
На торцевом участке соединения содержатся упорный торец 4 охватываемой трубы 1 и упорный торец 5 охватывающей трубы 2, а также
включает в себя зону радиального уплотнения с наружной 6 и внутренней 7 коническими уплотнительными поверхностями.
Торец 4 и уступ 5, а также уплотнительные поверхности 6 и 7 взаимодействуют друг с другом с определенным натягом и являются элементами основного уплотнения, обеспечивающего герметичность соединения.
В соединении применена коническая резьба, профиль которой имеет отрицательный угол опорной грани а, а высота профиля резьбы охватываемой трубы 1 меньше высоты профиля резьбы охватывающей трубы 2. Основная функция резьбы - восприятие растягивающей нагрузки и изгиба и частично - сжимающей нагрузки.
Обеспечивающее герметичность уплотнение типа "металл-металл" расположено перед резьбой охватываемой трубы 1 со стороны меньшей образующей конуса резьбы. За счет уплотнения резьбовое соединение приобретает свойства нефте-газогерметичного, способного работать при действии комбинированных нагрузок в агрессивных средах.
Выполнение упорных торцев увеличенными обеспечивает работоспособность и эффективность герметичного соединения про действии сжимающих нагрузок и крутящих моментов.
То что высота профиля резьбы охватываемой трубы меньше высоты профиля резьбы охватывающей трубы 2 позволяет улучшить свинчиваемость соединения и повышает его износостойкость.
Герметичное соединение нефтепромысловых труб работает следующим образом.
При выполнении операций свинчивания или развинчивания соединения первоначально осуществляется взаимодействие охватываемой 1 и охватывающей трубы 2 с помощью резьбы 3. В процессе свинчивания происходит взаимодействие наружной уплотнительной поверхности 6 с уплотнительной поверхностью 7, за счет диаметральных деформаций этих поверхностей создается уплотнительный узел "металл-металл". При
дальнейшем перемещении труб 1 и 2 осуществляется силовое контактирование торца 4 охватываемой трубы и торца 5 охватывающей трубы, в результате чего на их поверхностях возникают контактные напряжения, величина которых находится в области упругих деформаций. Уровень контактных напряжений, при всех равных условиях, определяется величиной контактирующих площадей торца 4 и уступа 5.
Повышение эксплуатационной надежности соединения обеспечивается за счет увеличения контактирующих площадей торца и упора, что позволяет увеличить крутящий момент свинчивания при сохранении контактных напряжений на необходимом уровне в пределах упругой деформации. Окончание процесса свинчивания охватываемой 1 и охватывающей 2 труб сопровождается взаимодействием их упорных торца 4 и торца 5. Поверхности упорных торцев выполнены увеличенными таким образом, что их площадь составляет не менее 60% от площади тела трубы, что обеспечивает работоспособность герметичного соединения при действии сжимающих нагрузок и крутящих моментов, что увеличивает его эксплуатационную надежность, не допускает разгерметизации соединения и, тем самым, не допускает загрязнения окружающей среды.
Настоящая полезная модель промышленно применима, и обладает новизной.
Преимуществом заявленного резьбового соединения по сравнению с прототипом является повышение эксплуатационной надежности и эффективности герметичного соединения, увеличение прочности соединения и облегчение работ при его сборке-разборке, минимизация экологических рисков при использовании соединения на скважине.
Герметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб, включающее охватываемую и охватывающие трубы с коническими резьбами, упорными и уплотнительными поверхностями, первые из которых, контактирующие между собой, выполнены в виде торцевой поверхности на охватываемой трубе и ответной торцевой поверхности на охватывающей трубе, отличающееся тем, что профиль конической резьбы имеет отрицательный угол по опорной грани, а высота профиля резьбы охватываемой трубы меньше высоты профиля резьбы охватывающей трубы, при этом торцевые поверхности выполнены увеличенными таким образом, что их площадь составляет не менее 60% тела трубы.
