Резьбовое соединение тонкостенных бурильных труб

 

Изобретение относится к оборудованию для бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Целью изобретения является повышение герметичности и надежности соединения при работе в зонах с высокими температурами. Резьбовое соединение включает муфту и ниппель с взаимодействующими коническими поверхностями и размещенными на них стабилизирующими участками. В полости, образованной коническими спиральными канавками, размещен вставной спиральный элемент. Участки конических поверхностей муфты и ниппеля, имеющих спиральные канавки, длиннее вставного спирального элемента, который выполнен из материала с коэффициентом линейного расширения, большим коэффициента линейного расширения материала муфты и ниппеля, а шаг спиральных канавок равен 1,5...2,5 диаметрам поперечного сечения вставного спирального элемента . Такое выполнение конструкции за счет наличия свободных винтовых канавок позволяет при повышении температуры предотвратить создание контактных напряжений , превышающих упругость материала. Вставной спиральный элемент может быть размещен в средней части полости, образуемой спиральными канавками муфты и ниппеля , а один из его концов зафиксирован относительно муфты или ниппеля. Резьбовое соединение может быть снабжено уплотнительным элементом, выполненным из материала с коэффициентом линейного расширения , большим коэффициента линейного расширения муфты и ниппеля, или выполнен из материала, обладающего памятью формы. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧГСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 17/042

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4828116/03 (22) 02.04,90 (46) 30.07,93. Бюл. N- 28 (71) Ивано-Франковский институт нефти и

Газа (72) Б.Л.Чернов, Е.И.Крижановский, Е.M,Äoвжок, Д.И.Хома и Н.А.Чернов (56) Патент СШЛ № 2341670, кл. 285 — 334, 1944.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1777402, кл. Е 21 В 17/042, 1988. (54) РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТОНКОСТЕННЫХ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ (57) Изобретение относится к оборудованию для бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Целью изобретения является повышение герметичности и надежности соединения при работе в зонах с высокими температурами. Резьбовое соединение включает муфту и ниппель с взаимодействующил1и коническими поверхностями и размещенными на них стабилизирующими участками. В полости, образованной коническими спиральными канавками, размещен вставной спиральный элемент.

Изобретение относится к оборудованию для бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в частности к резьбовым соединениям, и может быть использовано в нефтяной, газовой и химической промышленности.

Целью изобретения является повышение герметичности и надежности соединения при работе в зоне высоких температур и давлений, возможность многократного свинчивания и развинчивания.

„„„ Ы„„1830409 Al

Участки конических поверхностей муфты и ниппеля, имеющих спиральные канавки, длиннее вставного спирального элемента, который выполнен иэ материала с коэффициентом линейного расширения, большим коэффициента линейного расширения материала муфты и ниппеля, а шаг спиральных канавок равен 1,5„.2,5 диаметрам поперечного сечения вставного спирального элемента, Такое выполнение конструкции за счет наличия свободных винтовых канавок позволяет при повышении температуры предотвратить создание контактных напряжений, превышающих упругость материала.

Вставной спиральный элемент может быть размещен в средней части полости, образуемой спиральными канавками муфты и ниппеля, а один из его концов зафиксирован относительно муфты или ниппеля. Резьбовое соединение может быть снабжено уплотнительным элементом, выполненным из материала с коэффициентом линейного расширения, большим коэффициента линейного расширения муфты и ниппеля, или выполнен из материала, обладающего пал1ятью формы. 4 з,п. ф-лы, 3 ил.

На фиг.1 схематически показаны детали соединения, продольные сечения без вставных витков, продольные сечения для установки уплотнительных элементов; на фиг.2 — деталь замка с установленными вставными витками и уплотнительными элементами; на фиг.3 — соединение в сборе, Резьбовое соединение тонкостенных труб включает муфту 1 и ниппель 2, На внутренней конической поверхности 3 муфты выполнена спиральная канавка 4, а на на1830409

20

50 пеля. ружной конической поверхности 5 ниппеля

l выполнена спиральная канавка 6, В полости

7, образованной спиральными канавками муфты и ниппеля после их сборки, расположен конический спиральный элемент 8, длина которого по крайней мере на два витка меньше длины винтовых канавок муфты и ниппеля, соответственно свободные канавки 13 и 14. С обеих сторон спиральных канавок выполнены стабилизирующие участки, расположенные на внутренней конической поверхности муфты — участки 9 и 10 и на наружной конической поверхности ниппеля

-- участки 11 и 12, на которых с одной стороны или с обеих сторон установлены дополнительные уплотнительные элементы 15 и

16.

Резьбовое соединение работает следующим образом.. При использовании заявляемого соединения в горячих скважинах или в термоизолированных трубах при закачке теплоносителя в пласт при температуре

350 — 400 С и давлении 22 — 30 1ч1Па, за счет того, что вставной конический спиральный элемент изготовлен из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем муфты и ниппеля, создаются дополнительные контактные давления в радиальном направлении, обеспечивающие высокую герметичность. Вставной конический элемент может быть изготовлен, например, из бронзы ОСЦ-555, предел текучести которой приближается к пределу текучести стали.

С повышением температуры происходит удлинение вставного конического элемента и заполняет свободные винтовые канавки, имеющиеся по обе его стороны, Наличие свободных винтовых канавок предотвращает создание контактных напряжений. превышающих упругость материала.

Кроме того, коэффициент трения бронза-сталь íà 50% меньше,чем сталь по стали, что благоприятно влияет на приработку резьбы и облегчает сборку соединения, Для обеспечения многократного свинчивания и уменьшения крутящего момента отвинчивания соединения используется,как вариант, установка вставного спирального конического элемента в конце винтовой канавки муфты с последующей фиксацией в специальном углублении, Следовательно, свободные винтовые канавки расположены в начале муфты.

С целью повышения герметичности резьбового соединения стабилизирующие участки снабжены уплотнительными элементами, причем уплотнительные элементы могут быть изготовлены как на обоих концах стабилизирующих участков„так и на одном, Уплотнительные элементы изготавливаются из вторуглеродистых материалов или из материала, коэффициент линейного расширения которого больше коэффициента линейного расширения материала конструкции,или из материала, обладающего памятью формы, Выбор материала для уплотнительных элементов зависит от условий эксплуатации. Например, в термоизолированных трубах, используемых для перекачки жидкости или газа при высокой температуре,целесообразно применение металлических уплотнителей, а в конструкциях, используемых для закачки, например СОр — вторуглеродистых уплотнителей.

Таким образом, данное резьбовое соединение тонкостенных труб при работе в зоне высоких температур и давлений обладает повышенной герметичностью, позволяет многократное свинчивание и развинчивание и имеет технические преимущества по сравнению с прототипом, Экономический эффект создается за счет повышения надежности.

Формула изобретения

1, Резьбовое соединение тонкостенных бурильных труб, включающее муфту и ниппель с взаимодействующими коническими поверхностями и размещенными на них стабилизирующими участками, вставной спиральный элемент, расположенный в полости, образованной коническими спиральными канавками, выполненными на взаимодействующих конических поверхностях муфты и ниппеля с конусностью, меньшей конусности последних поверхностей на величину отношения диаметра поперечного сечения вставного спирального элемента к длине конической поверхности муфты или ниппеля со спиральной канавкой, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения герметичности и надежности соединения при работе в зонах с высокими температурами. длина участков конических поверхностей муфты и ниппеля, имеющих спиральные канавки, больше длины вставного спирального элемента по крайней мере надва витка, спиральный элемент выполнен из материала с коэффициентом линейного расширения, большим коэффициента линейного расширения материала муфты и ниппеля, а шаг спиральных канавок равен

1,5-2,5 диаметра поперечного сечения вставного спирального элемента.

2. Соединение поп.1. от л и ч а ю щеес я тем, что вставной спиральный элемент размещен в средней части полости, образуемой спиральными канавками муфты и нип 1830409

3. Соединение по пп.1 и 2, о т л ти ч а ющ е е с я тем, что начало вставного спирального элемента размещено в начале полости, образуемой спиральными канавками муфты и ниппеля, а один из концов спирального элемента зафиксирован относительно одной из последних деталей.

4. Соединение по пп,1 — 3. о т л и ч а юе е с я тем, что оно снабжено по крайней мере одним уплотнительным элемент том а стабилизирующии участок выпплнеt< с ка навкой для его размещения. причем чпло1 нительный элемент выполнен из материала. коэффициент линейного расширения кото

5 рого больше коэффициента линейного рас ширения муфты и ниппеля.

5. Соединение по п.4, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что о уплотнительный элемент вы полнен из материала, обладающего па

10 мятью формы, 1830409

Составитель Б.Чернов

Тех ред M.Моргентал

Корректор И.Шмакова

Редактор с

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2516 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государстзенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5