Трубное резьбовое соединение

Изобретение относится к области резьбовых соединений труб в нефтяной и газовой промышленности. Трубное резьбовое соединение содержит охватывающий элемент (муфту), имеющий внутреннюю резьбу, и охватываемый элемент (трубу), имеющий на конце соответствующую наружную резьбу, и последовательно расположенный за ней индикатор относительного положения трубы и муфты при их свинчивании, выполненный в виде кольцевой зарезьбовой канавки. Последняя выполнена на фиксированном расстоянии А от торца трубы, соответствующем положению торца муфты, навинченной на трубу с максимальным осевым натягом. Дно канавки выполнено параллельно оси трубы и имеет диаметр , где D_вн - диаметр дна кольцевой зарезьбовой канавки, D_н - номинальный наружный диаметр трубы, образующие боковых сторон канавки расположены под углами α₁≤20° и α₂≤75° и сопряжены с образующей дна канавки радиусами R₁ и R₂≥0,8 мм, а ширина канавки равна допуску на осевой натяг при свинчивании трубы с муфтой. Изобретение повышает эксплуатационные характеристики трубы с резьбовым соединением. 4 ил.

 

Изобретение относится к резьбовым соединениям труб нефтяного сортамента: обсадным, бурильным, насосно-компрессорным, нефтегазопроводным с резьбовыми соединениями, может быть применено в нефтяной, газовой промышленности и других областях, где применяются подобные (аналогичные) соединения.

Известны трубные конические резьбовые соединения, содержащие охватывающий элемент - муфту (муфтовую часть трубы), имеющий внутреннюю резьбу и охватываемый элемент - ниппельная часть трубы, имеющий на конце соответствующую наружную резьбу (ниппель), свинчивание которых осуществляется до конца сбега резьбы на ниппеле с допуском ±Р мм, для резьбы треугольного профиля и -Р для резьбы трапецеидального профиля (где Р - шаг резьбы) на трубах, изготавливаемых по ГОСТ 632-80 (Трубы обсадные и муфты к ним. Технические условия. Резьбовые соединения с треугольной резьбой, п.2.13.7, черт.6. Резьбовое соединение ОТТМ, п.2.14.7, черт.11) и ГОСТ 633-80 (Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия. Резьбовые соединения труб гладких и с высаженными наружу концами п.2.13.6, черт.6), либо по треугольной метке, нанесенной на теле трубы на определенном расстоянии от торца «A₁», в пределах ее высоты (Стандарт технических требований API 5 В, 14-е изд. Август 1996 г. Требования к резьбе, калибровке и контролю резьбы обсадных, насосно-компрессорных и трубопроводных труб. Фиг.5).

К их недостаткам относятся:

- непостоянство места расположения сбега резьбы из-за допускаемых отклонений наружного диаметра труб;

- локальное расположение выхода резьбы и треугольной метки;

- сложность определения места нахождения конца сбега резьбы или треугольной метки, при сборке труб в колонну, так как ввинчивающаяся труба вращается и обозначенные метки периодически исчезают из поля зрения оператора, что приводит к погрешности при сборке соединений, и, как следствие, к недокреплению или перезакреплению резьб, что вызывает перенапряжение в соединении, разрушение резьбы, потерю герметичности соединения.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является коническое трубное резьбовое соединение (патент РФ № 2205320, МПК F 16 L 15/00, опубл. 27.05.2003 г.), содержащее охватывающий элемент, имеющий внутреннюю коническую резьбу, и трубу, имеющую на конце соответственную наружную коническую резьбу и последовательно расположенный за ней индикатор относительного положения резьб при их свинчивании, имеющий фиксированную осевую координату, при этом индикатор выполнен в виде зарезьбовой конической кольцевой канавки, дно которой располагается на образующей впадины резьбы и сопряжено с дном впадины ее последнего витка, а примыкающие к дну боковые поверхности канавки идентичны соответствующим боковым поверхностям профиля впадин резьбы.

Недостатками этого соединения являются:

- невозможность выполнения индикатора - канавки при нарезании резьбы на концах труб традиционно применяемым многозубым резьбообразующим инструментом;

- невозможность выполнения индикатора - канавки при нарезании резьбы Батресс по стандарту API 5B, так как место расположения индикатора должно находиться на расстоянии A₁, превышающем общую длину резьбы, то есть дно канавки не может быть в принципе продолжением образующей впадины резьбы;

- ослабление прочности поперечного сечения трубы в опасном сечении из-за наличия концентраторов напряжений в виде малых радиусов во впадине зарезьбовой кольцевой канавки, образованных радиусами профиля резьбообразующего инструмента (R≤0,2 мм для резьбы трапецеидального профиля и R≤0,5 мм для резьбы треугольного (круглого) профиля);

- снижение производительности при нарезании резьбы на концах труб.

Задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационных характеристик резьбового соединения путем оптимизации профиля индикатора, технологии нарезания резьбы на концах труб и улучшения качества сборки резьбовых соединений.

Поставленная задача решается за счет того, что трубное резьбовое соединение содержит охватывающий элемент (муфту), имеющий внутреннюю резьбу, охватываемый элемент (трубу), имеющий на конце соответствующую наружную резьбу, и последовательно расположенный за ней индикатор относительного положения трубы и муфты при их свинчивании, выполненный в виде кольцевой зарезьбовой канавки на фиксированном расстоянии А от торца трубы (на максимально допустимом по нормативной документации расстоянии от торца трубы), соответствующем положению торца муфты, навинченной на трубу с максимальным осевым натягом, при этом дно канавки параллельно оси трубы и имеет диаметр (где D_вн - диаметр дна кольцевой зарезьбовой канавки, D_н - номинальный наружный диаметр трубы), образующие боковых сторон канавки расположены под углами а₁<20° и а₂2<75° и сопряжены с образующей дна канавки радиусами R₁ и R₂>0,8 мм, а ширина ее равна допуску на осевой натяг при свинчивании трубы с муфтой.

Выполнение индикатора в виде кольцевой зарезьбовой канавки с указанными выше параметрами дает следующие преимущества:

- повышает эксплуатационную надежность соединения за счет предотвращения недоворота или чрезмерного навинчивания муфты на трубу;

- обеспечивает точное выполнение длины наружной резьбы;

- обеспечивает стабильность натяга в соединении за счет фиксированного положения муфты;

- повышает прочность трубы на участке, где выполняется канавка, за счет уменьшения глубины и увеличения радиусов сопряжения ее боковой поверхности и дна;

- обеспечивает возможность применения многозубого резьбообразующего инструмента для нарезания резьбы при формировании канавки специальным инструментом.

На фиг.1 и 2 в качестве примера изображены ниппельные концы труб с резьбой трапецеидального профиля (ОТТМ и Батресс) и кольцевой зарезьбовой канавкой, являющейся индикатором относительного положения трубы и муфты при их свинчивании.

На фиг 3 изображен вид I на фиг.1.

На фиг.4 изображено резьбовое соединение в сборе.

Труба 1 (фиг.1-3), имеющая наружный номинальный диаметр d_н и толщину стенки S, содержит на конце коническую резьбу 2, включающую в общем случае участок t с резьбой полного профиля и участок L-1 с профилем резьбы, высота которого ограничена образующими внутреннего конуса резьбы 3, расположенного под углом p-i и наружной поверхности трубы 4. В частном случае показан сбег резьбы на участке I_CQ с образующей конуса 5, расположенной под углом наклона р₂, отличным от угла Pi, под которым расположены образующие впадин и выступов профиля резьбы. На расстоянии А от торца трубы, соответствующем положению торца муфты, навинченной на трубу с максимальным натягом (на максимально допустимом по нормативной документации расстоянии от торца трубы, например для резьбы ОТТМ по ГОСТ 632-80 расстояние А соответствует концу сбега резьбы) расположена кольцевая зарезьбовая канавка диаметром по дну канавки (где: D_вн - диаметр дна кольцевой зарезьбовой канавки, D_н - номинальный наружный диаметр трубы) и шириной В, являющаяся индикатором относительного положения трубы и муфты. Образующая канавки 6 параллельна оси трубы, а образующие боковых сторон канавки 7 и 8 расположены под углами а₁<20° и а₂<75° и сопряжены с образующей дна канавки радиусами R₁ и R₂>0,8 мм. Ширина канавки В равна допуску на осевой натяг (расстояние между крайними допускаемыми положениями торца муфты) при свинчивании трубы с муфтой на станке. Например, для резьбы ОТТМ по ГОСТ 632-80 В=5 мм.

При сборке трубы 1 (фиг.4) с муфтой 9, имеющей соответствующую внутреннюю резьбу, муфта навинчивается до тех пор, пока торец 10 муфты не окажется в промежутке между образующими боковыми сторонами 8 и 7 кольцевой зарезьбовой канавки, при этом расстояние С от образующей боковой стороны 7 канавки может изменяться от нуля до величины В.

Трубное резьбовое соединение, содержащее охватывающий элемент (муфту), имеющий внутреннюю резьбу, и охватываемый элемент (трубу), имеющий на конце соответствующую наружную резьбу, и последовательно расположенный за ней индикатор относительного положения трубы и муфты при их свинчивании, выполненный в виде кольцевой зарезьбовой канавки, отличающееся тем, что кольцевая зарезьбовая канавка выполнена на фиксированном расстоянии А от торца трубы, соответствующем положению торца муфты, навинченной на трубу с максимальным осевым натягом, при этом дно канавки параллельно оси трубы и имеет диаметр

где D_вн - диаметр дна кольцевой зарезьбовой канавки,

D_н - номинальный наружный диаметр трубы,

образующие боковых сторон канавки расположены под углами α₁≤20° и α₂≤75° и сопряжены с образующей дна канавки радиусами R₁ и R₂≥0,8 мм, а ширина канавки равна допуску на осевой натяг при свинчивании трубы с муфтой.