Герметичное резьбовое соединение труб в технологической колонне геологоразведочной бурильной установки

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к резьбовым соединениям бурильных или обсадных труб. Устройство содержит ниппель-наконечник, замковую муфту со средствами герметизации, сопряженные посредством конической резьбы. Структуры резьбы в виде выступов ниппеля-наконечника оснащены, по меньшей мере, двумя канавками, являющимися полостями для избыточной смазки и/или шлама, которые расположены вдоль общей образующей конусной поверхности резьбы, смещены одна относительно другой в окружном и осевом направлении и выполнены с глубиной, не превышающей высоту профиля резьбовых структур. Суммарная длина канавок вдоль упомянутых образующих, с учетом ширины впадин резьбы, не превышает длину резьбового участка ниппеля-наконечника в этом же направлении. Повышается прочность и устойчивость соединения, обеспечивается герметичность. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области геологоразведки, в частности к герметичным резьбовым соединениям бурильных или обсадных труб в технологической колонне геологоразведочной бурильной установки.

Из уровня техники известно герметичное резьбовое соединение труб в технологической колонне геологоразведочной бурильной установки, включающее ниппель-наконечник и замковую муфту со средствами герметизации. Ниппель-наконечник и замковая муфта сопряжены посредством конической резьбы с профилем резьбовых структур, выполненным с положительным углом наклона свободных граней и отрицательным углом наклона опорных граней (US №5788401 C1).

К недостаткам данного известного из уровня техники герметичного соединения труб следует отнести недостаточную прочность и устойчивость к боковым и осевым нагрузкам в процессе эксплуатации, а также нестабильность по регламентируемым параметрам герметичности соединения. Объясняется это тем, что при свинчивании между опорными поверхностями резьбовых структур может скапливаться избыточное количество смазки или проникающий шлам, препятствующие плотному контакту резьбовых структур ниппеля-наконечника и муфты по опорным поверхностям упомянутых структур.

Недостатком прототипа является также то, что при свинчивании конической резьбы уплотнение и герметизация всех ниток резьбы происходит практически одновременно. После этого находящаяся в резьбе смазка или попавший туда шлам не могут перераспределиться между соседними нитками резьбы и, если хотя бы в одной из герметизирующихся ниток резьбы содержится избыток смазки или шлама, то этот избыток образует новый жидкостный упор, который не позволяет резьбе упереться в концевой упор и резьбовые упоры, что приводит к меньшей прочности резьбового соединения.

Кроме того, поскольку жидкость может передавать давление лишь изотропно, то заложенные в конструкцию оптимальные углы закоса (отрицательные углы) опорных поверхностей резьбы (необходимые для создания в завинченной резьбе продольных напряжений, необходимых для увеличения жесткости и прочности резьбового соединения) в полной мере не реализуют свое техническое назначение.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение прочности и устойчивости заявленного резьбового соединения к боковым и осевым нагрузкам, а также гарантированное обеспечение герметичности резьбового соединения, за счет обеспечения возможности выдавливания (при свинчивании соединения) избыточной смазки и/или попавшего в резьбу шлама в специально выполненные (на профильных структурах в виде выступов резьбы ниппеля-наконечника) полости в виде канавок, с последующим распределением (преимущественно равномерным) смазки и/или шлама в зазорах между взаимообращенными поверхностями свободных граней упомянутых резьбовых структур.

Вследствие этого гарантированно обеспечивается плотное свинчивание соединения как при первой сборке, так и при последующих повторных сборках-разборках заявленного соединения.

Поставленный технический результат достигается посредством того, что в герметичном резьбовом соединении труб в технологической колонне геологоразведочной бурильной установки, включающем ниппель-наконечник и замковую муфту со средствами герметизации, сопряженные посредством конической резьбы с профилем резьбовых структур, выполненным с положительным углом наклона свободных граней и отрицательным углом наклона опорных граней, согласно изобретению профильные структуры резьбы в виде выступов ниппеля-наконечника оснащены, по меньшей мере, двумя канавками, функционально являющимися полостями для избыточной смазки или шлама, которые расположены вдоль образующих конусной поверхности резьбы, смещены одна относительно другой в окружном и осевом направлениях и выполнены с глубиной, не превышающей высоту профиля резьбовых структур, при этом суммарная длина канавок вдоль упомянутых образующих, с учетом ширины впадин резьбы, не превышает длину резьбового участка ниппеля-наконечника в этом же направлении.

Канавки могут быть, например, смещены в окружном направлении на угол, близкий или равный 180°.

Оптимально, чтобы канавки были смещены в окружном направлении на угол, удовлетворяющий условию 360°/(n-1), где n - число витков резьбы, при этом на резьбовой структуре (в виде выступа) каждого полного витка должно быть выполнено по одной канавке.

Заявленное изобретение иллюстрируется графическими материалами.

Фиг.1 - общий вид конструктивного выполнения соединения для реализации заявленного технического решения (продольный разрез).

Фиг.2 - конструктивное выполнение резьбового участка ниппеля-наконечника (продольный разрез).

Фиг.3 - сечение А-А по фиг.2.

Фиг.4 - сечение Б-Б по фиг.2

Фиг.5 - вид сверху по фиг.2.

Фиг.6 - вид снизу по фиг 2.

В графических материалах элементы соединения обозначены следующими позициями.

1 - ниппель-наконечник;

2 - муфта замковая;

3 и 4 - канавки.

Герметичное резьбовое соединение труб включает ниппель-наконечник 1 и замковую муфту 2 со средствами герметизации. Ниппель-наконечник 1 и замковая муфта 2 сопряжены посредством конической резьбы с профилем резьбовых структур, выполненным с положительным углом наклона свободных граней и отрицательным углом наклона опорных граней.

Отличительными особенностями является то, что профильные структуры в виде выступов резьбы ниппеля-наконечника 1 оснащены, по меньшей мере, двумя канавками 3 и 4, которые расположены вдоль образующих конусной поверхности резьбы, смещены одна относительно другой в окружном и осевом направлениях и выполнены с глубиной, не превышающей высоту профиля резьбовых структур. При этом суммарная длина канавок 3 и 4 вдоль упомянутых образующих не превышает длину резьбового участка ниппеля-наконечника 1 в этом же направлении.

Канавки 3 и 4 могут быть, например, смещены в окружном направлении на угол, близкий или равный 180°.

Наиболее оптимально, чтобы канавки 3 и 4 были смещены в окружном направлении на угол, удовлетворяющий условию 360°/(n-1), где n - число витков резьбы, при этом на резьбовой структуре каждого полного витка должно быть выполнено по одной канавке.

Повышение прочности и устойчивости заявленного резьбового соединения к боковым и осевым нагрузкам, а также гарантированное обеспечение герметичности резьбового соединения, обеспечивается за счет реализации возможности выдавливания (при свинчивании соединения) избыточной смазки и/или попавшего в резьбу шлама в специально выполненные на профильных структурах (в виде выступов) резьбы ниппеля-наконечника 1 полостей в виде канавок 3 и 4 с последующим перераспределением (преимущественно равномерным) смазки и/или шлама в зазорах между взаимообращенными поверхностями свободных граней упомянутых резьбовых структур. Вследствие чего гарантированно обеспечивается плотное свинчивание соединения как при первой сборке, так и при последующих повторных сборках-разборках заявленного соединения.

В заявленном конструктивном варианте исполнения соединения обеспечивается наиболее равномерное распределение нагрузки (контактных напряжений) по опорным поверхностям выступов профильных структур резьбы.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объекты, воплощающие заявленное техническое решение, при их осуществлении, предназначены для герметичного резьбового соединения бурильных или обсадных труб в технологической колонне геологоразведочной бурильной установки;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники средств и методов;

- объекты, воплощающие заявленное техническое решение, при их осуществлении, способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствует требованию условия патентоспособности «промышленная применимость».

1. Герметичное резьбовое соединение труб в технологической колонне геологоразведочной бурильной установки, включающее ниппель-наконечник и замковую муфту со средствами герметизации, сопряженные посредством конической резьбы с профилем резьбовых структур, выполненным с положительным углом наклона свободных граней и отрицательным углом наклона опорных граней, отличающееся тем, что профильные структуры резьбы в виде выступов ниппеля-наконечника оснащены, по меньшей мере, двумя канавками, функционально являющимися полостями для избыточной смазки и/или шлама, которые расположены вдоль общей образующей конусной поверхности резьбы, смещены одна относительно другой в окружном и осевом направлениях и выполнены глубиной, не превышающей высоту профиля резьбовых структур, при этом суммарная длина канавок вдоль упомянутых образующих, с учетом ширины впадин резьбы, не превышает длину резьбового участка ниппеля-наконечника в этом же направлении.

2. Герметичное резьбовое соединение по п.1, отличающееся тем, что канавки смещены в окружном направлении на угол, близкий или равный 180°.

3. Герметичное резьбовое соединение по п.1, отличающееся тем, что канавки смещены в окружном направлении на угол, удовлетворяющий условию 360°/(n-1), где n - число витков резьбы, при этом на резьбовой структуре в виде выступа каждого полного витка выполнено по одной канавке.