Способ изготовления предохранительных деталей для защиты внутренней конической резьбы

 

Способ изготовления предназначен для защиты внутренней конической резьбы соединительных муфт труб нефтяного сортамента. Способ заключается в изготовлении предохранительной конусной втулки из вспенивающегося полимера, например из полистирола. Втулку при этом выполняют наружным диаметром, большим внутреннего диаметра защищаемой резьбы на величину, допускающую упругое сжатие материала втулки. На торце втулки формируют фланец. Вспенивание полистирола проводят в пресс-формах в среде водяного пара при температуре 110-120^oС. Использование вспенивающегося полимера для изготовления предохранительных деталей позволяет сократить себестоимость их изготовления, облегчить операции установки и снятия предохранительных деталей в процессе их эксплуатации, а также обеспечить герметичность их соединения с защищаемой резьбой. 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится у трубному производству, а конкретно к способам изготовления предохранительных деталей для защиты внутренней конической резьбы соединительных муфты для труб нефтяного сортамента.

Известен способ изготовления предохранительных деталей (ниппелей) для защиты резьбы соединительных муфт от механических повреждений, предусматривающий прокатку стальной трубы-заготовки, порезку ее на кольца мерной длины, нарезку на их наружной поверхности резьбы, имеющей профиль, соответствующий профилю резьбы соединительной муфты (1).

Недостатками известного способа являются значительные трудоемкость и металлоемкость изготовления, большой вес деталей, необходимость использования сложного оборудования для образования резьбового профиля и станков для навертки предохранительных деталей на защищенную резьбу. Кроме того, необходима ручная первоначальная навертка на несколько витков для совмещения заходных ниток резьб. Себестоимость изготовления деталей возрастает также за счет значительных отходов металла в стружку и концевую обрезь.

Известен также способ изготовления предохранительных деталей из армированного сталью полиэтилена (2).

Недостатком этого способа является сложность изготовления деталей, использование дорогостоящего полиэтилена, необходимость установки термопласт-автоматов т.е. высокая себестоимость изготовления.

Наличие резьбы обуславливает необходимость операции навертки предохранительных деталей как ручной предварительной, так и станочной.

Кроме того, поскольку известные способы предусматривают резьбовое соединение предохранительных деталей с муфтой, то это, во-первых, может приводить к повреждению защищаемой резьбы при некачественном исполнении профиля ниппеля, во-вторых, не позволяет обеспечивать герметичность соединения из-за наличия технологических зазоров в резьбе - вода и грязь попадают при транспортировке в резьбовые соединения. Из-за коррозии резьбовых соединений на промыслах возникают трудности со снятием предохранительных деталей. Значительное количество (около 3%) труб нефтяного сортамента бракуют на промыслах из-за повреждения резьбы при транспортировке и хранении. Одной из причин является несовершенство предохранительных деталей.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления предохранительных деталей для защиты резьбовых концов обсадных труб от ударов и коррозии, который предусматривает сборную конструкцию предохранительной детали, изготовленную из упругого элемента, (транспортерной ленты или авторезины) и металлического кожуха (3).

Упругий элемент не имеет резьбы на рабочей поверхности. Следовательно, при изготовлении его не требуется сложного оборудования для образования резьбового профиля и не требуются точные станки для навертки предохранительного элемента на защищаемую резьбу, устраняются и другие вышеперечисленные недостатки, свойственные резьбовому соединению предохранительной детали с трубой или муфтой. Упругий элемент зажимается в кольцевом зазоре между внешней поверхностью защитного кожуха и поверхностью защищаемой резьбы и обеспечивает герметичность резьбы.

Недостатком известного способа является то, что защитный кожух, выполняемый в виде втулки, необходимо протачивать по наружной поверхности на точный конус, соответствующий конусу резьбового конца трубы. Без точного конуса кожух не будет надежно удерживать, а тем более вдавливать упругий элемент в защищаемую резьбу, он должен соприкасаться с трубой по поверхности, а не в одной точке. Без этого не будет обеспечена герметизация соединения.

Кроме того, для вдавливания упругого элемента при установке предохранительного устройства необходимы очень большие усилия. Например, чтобы установить предохранительное устройство в муфтовый конец трубы ⊘ 245 мм, необходимо втулкой прожать упругий элемент по площади 770 см², для этого нужно усилие, превращающее тонну. Т.е. процесс установки и снятия предохранительного устройства предусматривает применение усилий, значительно превышающих те, что необходимы при резьбовом соединении предохранительной детали с трубой.

Целью заявляемого способа является получение предохранительных деталей, обеспечивающих герметичность их соединения с защищаемой резьбой, простоту операций их установки и снятия, сокращение себестоимости и трудоемкости изготовления деталей.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе изготовления предохранительных деталей для защиты внутренней конической резьбы трубы или соединительной муфты, включающем процесс изготовления конусной втулки, в качестве материала для ее изготовления используют вспенивающийся полимер, например пенополистирол. При этом втулку выполняют наружным диаметром, большим внутреннего диаметра защищаемой резьбы, на величину, допускающую упругое сжатие материала втулки. На торце втулки формируют фланец.

Из существующего уровня техники следует, что при решении проблем, связанных с изготовлением предохранительных деталей для защиты конической резьбы труб нефтяного сортамента или соединительных муфт к ним, традиционно идут по пути повышения или, по крайней мере, обеспечения высокой жесткости ниппельного материала. Это объясняется наличием больших динамических нагрузок при транспортировке. Однако эти нагрузки приходятся не на сам ниппель, а на муфтовый конец трубы. Но если муфта будет смята (толщина стенки муфты составляет 15 мм), то ниппель (толщина 5-6 мм), будь он из металла или из армированного полиэтилена, не защитит резьбу от повреждения.

Использование неармированного полиэтилена для изготовления предохранительных деталей невозможно, т. к. этот материал имеет значительно больший коэффициент линейного расширения при изменении температуры, чем сталь. Поэтому в холодную погоду полиэтиленовые втулки выпадают из трубы при их транспортировке.

Кроме того, жесткие упругие материалы не обеспечивают полной герметизации резьбового соединения, вследствие того, что сопрягаются по резьбе, но не заполняют весь резьбовой профиль.

Сущность заявляемого способа состоит в том, что в качестве материала для изготовления втулки используют вспенивающийся полимер, например, пенополистирол, который вспенивают под давлением в среде водяного пара в пресс-формах (обычная технология для получения изделий из вспенивающихся полимеров). Получаются предохранительные детали из пенопласта, который практически не имеет линейного расширения при изменении температуры воздуха. Этот материал не обладает жесткостью металла или полиэтилена, при ударе он сминается и уплотняется, сохраняя защитный слой на резьбе. Вес получаемых предохранительных деталей очень небольшой (150 г), что значительно облегчает их эксплуатацию.

Профиль втулки выполняют конусным, имеющим диаметр, превышающий соответствующий диаметр резьбы трубы (муфты) на величину, допускающую упругое сжатие материала втулки. Установка втулки осуществляется ее вдавливанием в полость трубы или соединительной муфты. Усилие вдавливания небольшое, порядка 4-5 кг и может осуществляться, при необходимости, от руки, т.к. пенопласт легко сжимается в определенных пределах. При установке втулка сдавливается, а в полости резьбового конца она, в пределах существующего объема, разжимается, заполняет впадины резьбы и надежно герметизирует ее витки, прочно удерживаясь на месте даже при воздействии динамических нагрузок в процессе транспортировки труб.

Фланец на торце предохранительной детали герметизирует резьбовое соединение от торцевого попадания влаги и пыли.

Пример конкретного выполнения. Предохранительные детали изготавливались из вспенивающегося полистирола ПСБ. Гранулы полистирола засыпались в металлические пресс-формы, покрытые лаком. Пресс-формы были изготовлены для получения заданных размеров втулок. Конусность наружной поверхности изготавливаемых втулок составляла 16%, диаметр большего торца составлял 245 мм, диаметр меньшего торца - 241 мм. Внутренняя поверхность втулки выполнялась также конусной для удобства разборки пресс-формы.

Вспенивание полистирола производили при давлении водяного пара 0,7 атм при температуре 110-120^oC. По периметру пресс-формы выполняли отверстия ⊘ 1,3 мм для поступления пара внутрь пресс-формы.

Проведенные промышленные испытания, которые включали установку пенопластовых втулок в соединительные муфты обсадных труб, транспортированных затем на нефтяные промыслы, показали полную надежность герметизации резьбы, отсутствие ее повреждений. Ни одна втулка не выпала из полости, более того при зацеплении отдельных труб крюком грузоподъемного устройства на трубной базе при погрузке, предохранительные втулки под крюком сминались, их материал в этом месте уплотнялся и упрочнялся, порывов пенопласта не происходило. Операция удаления предохранительной детали на промыслах занимает несколько секунд и сводится к выдергиванию металлическим крючком втулки из полости муфты, при этом зацепление производится за внутренний край втулки.

Источники информации 1. И. К.Козлов "Безотходная технология изготовления деталей для предохранения резьбы труб нефтяного сортамента". Черная металлургия, Бюллетень НТИ, выпуск 20 (1048) за 1987 год, стр. 3 2. Патент РФ N 2038276, МКИ кл. B 65 D 59/06.

3. А.с. СССР N 1638070, МКИ кл. B 65 D 59/06 - прототипд

Формула изобретения

1. Способ изготовления предохранительных деталей для защиты внутренней конической резьбы, включающий процесс изготовления конусной втулки, отличающийся тем, что в качестве материала для изготовления втулки используют вспенивающийся полимер, например пенополистирол, при этом втулку выполняют наружным диаметром, большим внутреннего диаметра защищаемой резьбы на величину, допускающую упругое сжатие материала втулки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что втулку выполняют с торцевым фланцем.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вспенивание полистирола ведут в пресс-формах в среде водяного пара при температуре 110 - 120^oC.