Трубный компонент для бурения и эксплуатации углеводородных скважин, и образуемое в результате резьбовое соединение



Трубный компонент для бурения и эксплуатации углеводородных скважин, и образуемое в результате резьбовое соединение
Трубный компонент для бурения и эксплуатации углеводородных скважин, и образуемое в результате резьбовое соединение
Трубный компонент для бурения и эксплуатации углеводородных скважин, и образуемое в результате резьбовое соединение
Трубный компонент для бурения и эксплуатации углеводородных скважин, и образуемое в результате резьбовое соединение
Трубный компонент для бурения и эксплуатации углеводородных скважин, и образуемое в результате резьбовое соединение

 


Владельцы патента RU 2516775:

ВАЛЛУРЕК МАННЕСМАНН ОЙЛ ЭНД ГЕС ФРАНС (FR)
СУМИТОМО МЕТАЛ ИНДАСТРИС, ЛТД. (JP)

Группа изобретений относится к трубному компоненту для резьбового соединения. Соединение на одном из концов имеет резьбовую зону, сформированную на его наружной или внутренней периферийной поверхности в зависимости от того является ли резьбовой конец охватываемого или охватывающего типа. Указанный конец заканчивается концевой поверхностью, а резьбовая зона на протяжении по меньшей мере одного участка содержит витки резьбы, которые при рассмотрении в продольном разрезе, проходящем через ось трубного компонента, содержат вершину витка резьбы, основание витка резьбы, нагруженную сторону и ударную сторону. Ширина вершин витка резьбы уменьшается в направлении концевой поверхности, в то время как ширина оснований витка резьбы увеличивается. Профиль нагруженных сторон и/или ударных сторон, при рассмотрении в продольном разрезе, проходящем через ось трубного компонента, содержит центральный участок сплошной кривой, которая оснащена точкой перегиба. Указанный профиль является выпуклым возле вершины витка резьбы и вогнутым возле основания витка резьбы. Также описано резьбовое соединение. Технический результат заключается в повышении надежности резьбового соединения. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

[0001] Настоящее изобретение относится к трубному компоненту, используемому для бурения и эксплуатации углеводородных скважин, а точнее к концу такого компонента, при этом указанный конец охватываемого либо охватывающего типа выполнен с возможностью соединения с соответствующим концом другого компонента, также используемого при бурении и эксплуатации углеводородных скважин. Таким образом, изобретение также относится к резьбовому соединению, образуемому в результате соединения двух трубных компонентов путем свинчивания.

[0002] Под термином «компонент, используемый для бурения и эксплуатации углеводородных скважин» следует понимать любой элемент, в целом, трубной формы, предназначенный для соединения с другим элементом такого же или другого типа, после завершения, с целью составления либо колонны для бурения углеводородной скважины, либо подъемного механизма для технического обслуживания и ремонта, такого как подъемный механизм для капитального ремонта скважины, либо для эксплуатации, такой как подъемный механизм для поднятия продукции, либо с целью составления обсадной или насосно-компрессорной колонны, задействованной при эксплуатации скважины. Настоящее изобретение применимо, в частности, к компонентам, используемым в бурильных колоннах, таких как бурильные трубы, толстостенные бурильные трубы, утяжеленная бурильная труба и части, соединяющие трубы с толстостенными трубами, известные, как замки для бурильных труб.

[0003] Как правило, каждый компонент, используемый в бурильной колонне, обычно содержит конец, оснащенный наружной резьбовой зоной, и/или конец, оснащенный внутренней резьбовой зоной, каждый из которых предназначен для сборки путем свинчивания с соответствующим концом другого компонента, причем сборка определяет соединение. Собранная таким образом бурильная колонна приводится во вращение с поверхности скважины во время бурения, поэтому компоненты должны быть свинчены друг с другом с высоким крутящим моментом для того, чтобы они могли передавать крутящий момент, достаточный для того, чтобы обеспечить бурение скважины без развинчивания или даже свинчивания труб с чрезмерным моментом.

[0004] Для традиционных изделий крутящий момент при свинчивании, как правило, достигается, благодаря взаимодействию посредством затягивания опорных поверхностей, предусмотренных на каждом из компонентов, подлежащих свинчиванию. Однако из-за того, что размер опорных поверхностей составляет часть толщины труб, при приложении слишком большого крутящего момента при свинчивании быстро достигается критический порог пластикации опорных поверхностей.

[0005] Поэтому были разработаны резьбы, способные освободить опорные поверхности, по меньшей мере, от части нагрузок или даже всех нагрузок, которые они не способны выдержать. Эта цель была достигнута путем использования таких самофиксирующихся резьб, которые описывались в документах известного уровня техники US Re 30 647 и US Re 34 467. В этом типе самофиксирующихся резьб, стороны витков резьбы (также именуемые зубьями) охватываемого конца и витки резьбы (также именуемые зубьями) охватывающего конца имеют постоянный шаг резьбы, в то время как значения ширины витка резьбы являются переменными.

[0006] Точнее, значения ширины вершины профиля витков резьбы (или зубьев) постепенно увеличиваются для витков резьбы охватываемого конца, соответственно охватывающего конца, с расстоянием от охватываемого конца, соответственно охватывающего конца. Таким образом, в ходе свинчивания наружные и внутренние витки резьбы (или зубья) в конечном итоге фиксируются друг в друге в положении, которое соответствует точке фиксации.

[0007] Еще точнее, фиксация возникает для самофиксирующихся резьб, когда стороны наружных витков резьбы (или зубьев) фиксируются сторонами соответствующих внутренних витков резьбы (или зубьев). При достижении положения фиксации наружные и внутренние резьбовые зоны, свинчиваемые друг с другом, имеют плоскость симметрии, на протяжении которой ширина на общей середине высоты наружных и внутренних зубьев, расположенных в конце наружной резьбовой зоны, соответствует ширине на общей середине высоты наружных и внутренних зубьев, расположенных на конце внутренней резьбовой зоны.

[0008] Поэтому крутящий момент при свинчивании принимается всеми поверхностями контакта между сторонами, т.е. всей площадью поверхности, которая существенно больше, чем площадь, образуемая опорными поверхностями на известном уровне техники.

[0009] Для усиления взаимоблокировки наружных витков резьбы с внутренними витками резьбы, наружные и внутренние витки резьбы имеют профиль «ласточкин хвост», и поэтому после свинчивания они прочно стыкуются друг с другом. Эта конфигурация «ласточкин хвост» устраняет риск выхода из зацепления, что соответствует размыканию наружных и внутренних витков резьбы, когда соединение подвергается большим изгибающим или растягивающим напряжениям. Точнее, геометрия витков резьбы типа «ласточкин хвост», увеличивает радиальную жесткость их сборки по сравнению с «трапециевидными» витками резьбы согласно API5B, в которых осевая ширина уменьшается от основания витка резьбы к вершине витка резьбы, а также по сравнению с «треугольными» витками резьбы, такими, которые описывались в API7.

[0010] Однако конфигурация «ласточкин хвост» имеет некоторые недостатки. Во-первых, то, что стороны витков резьбы образуют отрицательный угол с осью, которая проходит через основания витков резьбы (т.е. угол, обратный тому, который используется в случае трапециевидной конфигурации витка резьбы), увеличивает риск заедания наружных и внутренних витков резьбы во время свинчивания или развинчивания соединения.

[0011] Во-вторых, то, что ширина вершин витков резьбы является большей, чем ширина оснований витков резьбы, подразумевает некоторый уровень чувствительности в отношении усталостной прочности. Таким образом, было установлено, что когда соединение эксплуатируется в условиях переменного изгиба, стороны витков резьбы (или зубьев) конца наружной резьбовой зоны подвергаются высокому уровню напряжения сдвига, что может привести к разрыву внешних зубьев. Подобным образом, когда соединение эксплуатируется в условиях переменного изгиба, стороны витков резьбы (или зубьев) конца внутренней резьбовой зоны также подвергаются высокому уровню напряжения сдвига, что может привести к разрыву внутренних зубьев. Эта чувствительность к усталости увеличивается еще больше, если радиусы закругления ударных сторон и нагруженных сторон к вершинам и основаниям витков резьбы малы. В действительности, подобные малые радиусы закругления становятся факторами концентрации напряжений.

[0012] Для преодоления этой проблемы в документе US 6254146 была предложена трехгранная конфигурация стороны. Таким образом, две грани, соответственно, образуют угол с вершиной витка резьбы и основанием, называемый «положительным», который определяет протяженную серединную грань, которая проходит в направлении, образующем угол с вершиной витка резьбы и основанием, называемый «отрицательным». В связи с этим, витки резьбы имеют в целом профиль «ласточкин хвост», а стороны соединяются с вершиной витка резьбы и основанием посредством намного меньших радиусов. Однако эта конфигурация имеет серьезные недостатки в тупых углах, которые серединная грань образует с соседними гранями. Точнее, малые радиусы, посредством которых серединная грань соединяется с соседними гранями, являются также местами концентрации напряжений, и создают риск механического повреждения поверхности при свинчивании и развинчивании.

[0013] Точнее, настоящее изобретение относится к трубному компоненту для резьбового соединения, который на одном из концов имеет резьбовую зону, формируемую на его наружной или внутренней периферийной поверхности, в зависимости от резьбового конца, который может быть либо охватываемого, либо охватывающего типа, при этом указанный конец заканчивается концевой поверхностью, указанная резьбовая зона, по меньшей мере, на одном участке, имеет витки резьбы, которые, при рассмотрении в продольном разрезе, проходящем через ось трубного компонента, содержат вершину витка резьбы, основание витка резьбы, нагруженную сторону, ударную сторону, при этом ширина вершин витка резьбы уменьшается в направлении концевой поверхности, в то время как ширина оснований витка резьбы увеличивается, характеризующемуся тем, что профиль нагруженных сторон и/или ударных сторон, при рассмотрении в продольном разрезе, проходящем через ось трубного компонента, содержит в виде центрального участка сплошную кривую, которая оснащена точкой перегиба (I), при этом указанный профиль является выпуклым возле вершины витка резьбы и вогнутым возле основания витка резьбы.

[0014] Ниже приведены необязательные дополнительные или замещающие признаки настоящего изобретения.

[0015] Профиль указанных сторон является сплошной кривой, сформированной двумя круговыми дугами, продолжающими одна другую.

[0016] Профиль указанных сторон на одном из периферических участков содержит сегмент, соединенный с вершиной витка резьбы, соответственно с основанием витка резьбы, посредством радиуса кривизны.

[0017] Сегмент образует угол с осью, проходящей через вершину витка резьбы, соответственно основание витка резьбы, значение которого находится в интервале от 30 до 60 градусов.

[0018] Угол, образуемый сегментом с осью, проходящей через вершину витка резьбы, соответственно основание витка резьбы, в целом, равняется 45 градусам.

[0019] Величина радиуса кривизны, соединяющей профиль с вершиной витка резьбы, соответственно основанием, находится в пределах от 0,5 до 2,5 мм.

[0020] Величина радиуса кривизны, соединяющей профиль с вершиной витка резьбы, соответственно основанием, в целом, равняется 1 мм.

[0021] Резьбовая зона имеет образующую конуса, которая с осью трубного компонента образует угол, значение которого находится в интервале 1-5 градусов, таким образом, чтобы радиальная высота ударной стороны данного витка резьбы являлась больше радиальной высоты нагруженной стороны указанного витка резьбы.

[0022] Значение радиальной высоты сегментов находится в пределах 50-100% от разницы между высотой ударной стороны и высотой нагруженной стороны.

[0023] Значение радиальной высоты сегментов равняется разнице между высотой ударной стороны и высотой нагруженной стороны.

[0024] Вершины витков резьбы и основания параллельны оси трубного компонента.

[0025] Также, это изобретение относится к резьбовому соединению, содержащему первый и второй трубные компоненты, каждый из которых оснащен соответствующим охватываемым и охватывающим концом, при этом охватываемый конец на наружной периферийной поверхности содержит по меньшей мере одну резьбовую зону и заканчивается концевой поверхностью, которая ориентирована радиально относительно оси соединения, а охватывающий конец на внутренней периферийной поверхности содержит по меньшей мере одну резьбовую зону, и заканчивается концевой поверхностью, которая ориентирована радиально относительно оси соединения, и при этом внешняя резьбовая зона имеет по меньшей мере один участок, который может взаимодействовать при самофиксирующем затягивания с соответствующим участком резьбовой зоны внутреннего профиля, причем первый и второй трубные компоненты выполнены в соответствии с настоящим изобретением.

[0026] В соответствии с некоторыми характеристиками, между вершинами зубьев наружной резьбовой зоны и впадинами внутренней резьбовой зоны предусматривается зазор h.

[0027] В соответствии с другими характеристиками, охватываемый и охватывающий концы включают, соответственно, уплотняющие поверхности, которые могут взаимодействовать друг с другом в уплотняющем контакте, когда участки резьбовых зон взаимодействуют в ходе самофиксирующего свинчивания.

[0028] В соответствии с другими характеристиками, резьбовое соединение является резьбовым соединением бурильного компонента.

[0001] Характерные особенности и преимущества настоящего изобретения более подробно раскрыты в нижеследующем описании, выполненном со ссылками на сопроводительный графический материал.

[0030] На фиг.1 представлено схематическое изображение соединения, образуемого в результате соединения двух трубных компонентов путем свинчивания самофиксирующихся зон, причем соединение осуществлено в соответствии с изобретением.

[0031] На фиг.2 представлен подробный вид самофиксирующего взаимодействия при свинчивании соединения, показанного на фиг.1.

[0032] На фиг.3 представлен подробный вид витка резьбы охватываемого конца трубного компонента соединения согласно изобретению.

[0033] На фиг.4 представлен подробный вид витка резьбы охватываемого конца трубного компонента соединения согласно первому конкретному варианту осуществления.

[0034] На фиг.5 представлен подробный вид витка резьбы охватываемого конца трубного компонента соединения согласно второму конкретному варианту осуществления.

[0035] Резьбовое соединение, изображенное на фиг.1, как правило, содержит первый трубный компонент с осью вращения 10, оснащенный охватываемым концом 1, и второй трубный компонент с осью вращения 10, оснащенный охватывающим концом 2. Оба конца 1 и 2 заканчиваются концевой поверхностью 7, 8, которая ориентирована радиально относительно оси 10 резьбового соединения, и которая не является опорной, при этом концы оснащены резьбовыми зонами 3 и 4 соответственно, взаимодействующими друг с другом при создании взаимного соединения путем свинчивания двух компонентов. Резьбовые зоны 3 и 4 относятся к известному типу и называются «самофиксирующиеся» (то есть они имеют постепенно изменяющуюся осевую ширину витков резьбы и/или интервалы между витками резьбы), где в ходе свинчивания до достижения конечного положения фиксации осуществляется постепенное осевое затягивание.

[0036] Традиционно, как можно видеть на фиг.2, термин «самофиксирующиеся резьбовые зоны» означает резьбовые зоны, которые включают признаки, более подробно описываемые ниже. Стороны наружных витков резьбы 32 (или зубьев), как и стороны внутренних витков резьбы 42 (или зубьев), имеют постоянный шаг резьбы, несмотря на то, что их ширина уменьшается в направлении соответствующих концевых поверхностей 7, 8 таким образом, что в ходе свинчивания наружные витки резьбы 32 (или зубья) и внутренние витки резьбы 42 (или зубья) в конечном итоге фиксируются друг в друге в определенном положении.

[0037] Точнее, шаг резьбы LFPb между нагруженными сторонами 40 внутренней резьбовой зоны 4 является постоянным, как и шаг резьбы SFPb между ударными сторонами 41 внутренней резьбовой зоны, при этом, в частности, шаг резьбы между нагруженными сторонами 40 больше, чем шаг резьбы между ударными сторонами 41.

[0038] Аналогично, шаг резьбы SFPp между ударными сторонами 31 наружной резьбы является постоянным, как и шаг резьбы LFPp между нагруженными сторонами 30 наружной резьбы. Кроме того, соответствующие значения шагов резьбы SFPp и SFPb между ударными сторонами 31 наружной резьбы и ударными сторонами 41 внутренней резьбы равны между собой и не превышают соответствующие значения шагов резьбы LFPp и LFPb между нагруженными сторонами 30 наружной резьбы и нагруженными сторонами 40 внутренней резьбы, которые также равны между собой.

[0039] Как можно видеть на фиг.2, и, как известно из уровня техники, наружные и внутренние витки резьбы (или зубья) имеют профиль, который при рассмотрении в продольном разрезе, проходящем через ось резьбового соединения, в значительной мере выглядит как «ласточкин хвост» так, что после свинчивания они прочно стыкуются друг с другом. Эта дополнительная гарантия позволяет устранить риск выхода из зацепления, что соответствует размыканию наружных и внутренних витков резьбы, когда соединение подвергается большим изгибающим или растягивающим напряжениям. Точнее, геометрия витков резьбы типа «ласточкин хвост», увеличивает радиальную жесткость их сборки по сравнению с витками резьбы, обычно называемыми «трапециевидными» витками резьбы, в которых осевая ширина уменьшается от основания к вершине профиля витков резьбы.

[0040] На фиг.3 изображен вид витка резьбы 32 в продольном разрезе, проходящем через ось 10 трубного компонента, в соответствии со способом осуществления изобретения. Этот виток резьбы относится к охватываемому концу 1 указанного трубного компонента. В соответствии с настоящим изобретением, нагруженные стороны 30 и/или ударные стороны 31 содержат в качестве центрального участка сплошную кривую 34, которая оснащена точкой перегиба (I), при этом указанный профиль соединен с вершиной 35, и с основанием 36 витка резьбы посредством радиуса кривизны. Следует отметить, что термин «центральный участок профиля» означает основной участок профиля без концов профиля. Также следует отметить, что центральный участок профиля назван кривой в том смысле, что он не является прямолинейным. Центральный участок профиля назван «изогнутым», чтобы он, таким образом, понимался как противоположность центральному участку, названному «прямым». Эта кривая является сплошной в том смысле, что она не содержит сингулярной точки, и, таким образом, тангенс всегда подлежит определению. Это значит, что кривая не содержит угловой точки, которая вскоре превратилась бы в место концентрации напряжений. Профиль стороны также соединен с вершиной 35 витка резьбы и с основанием 36 посредством радиуса кривизны.

[0041] Точнее, радиус кривизны касательно соединен с вершиной 35 витка резьбы и с основанием 36, также как и профиль стороны. Также, кривая 34 оснащена точкой перегиба (I). Это значит, что соединение профиля с вершиной витка резьбы и с основанием витка резьбы осуществляется без угловой точки, типа заострения или другого типа. Также, в силу того, что возле вершины витка резьбы профиль имеет выпуклую форму, а возле основания витка резьбы имеет вогнутую форму так, что улучшается показатель сопротивления напряжению во время свинчивания соединения и при функционировании. Также будет отмечено, что в самофиксирующем резьбовом соединении контакт витков резьбы очень тесный, так как он обеспечивает фиксацию двух трубных компонентов, и, к тому же, он возникает на сторонах. Поэтому важно, чтобы у сторон не было никаких геометрических недостатков, таких как радиусы закругления. Также будет отмечено, что допуски на обработку легче выдерживать с большими радиусами закругления, чем с малыми радиусами закругления.

[0042] Также следует отметить, что предусмотренный настоящим изобретением профиль, может быть применен к нагруженным сторонам трубного компонента или к ударным сторонам указанного трубного компонента, или к обоим. Однако чрезвычайно выгодно применять его, по меньшей мере, к ударным сторонам, так как эти стороны подвергаются наибольшему напряжению во время свинчивания. Другими словами, они больше остальных подвержены риску механического повреждения поверхности. Однако, профиль стороны, применяемый к нагруженным сторонам, позволяет легче отделять охватываемый конец от охватывающего конца.

[0043] Также следует отметить, что за основу сплошной кривой может быть взято уравнение полиномиального, эллиптического, параболического или синусоидального типа.

[0044] На пример, в соответствии с определенным вариантом осуществления изобретения, как изображено на фиг.5, профиль указанных сторон резьбы является сплошной кривой, сформированной двумя дугами, продолжающими одна другую, с соответствующими радиусами R1 и R2.

[0045] В соответствии с другим вариантом осуществления, изображенным на фиг.4, профиль указанных сторон содержит в качестве центрального участка сплошную кривую, которая на каждом конце содержит сегмент 33, касательно соединенный с вершиной 35 витка резьбы, соответственно с основанием 36 витка резьбы, посредством радиуса кривизны (г). Два сегмента 33, каждый из которых, таким образом, составляет прямолинейный участок на кривой 34. Преимущество ее прямолинейных участков заключается в том, что они предоставляют поверхности, которые выступают как наклонные плоскости во время свинчивания двух трубных компонентов.

[0046] Преимущественно, сегменты 33 образуют угол α с вершиной 35, соответственно, основанием 36 витка резьбы, значение которого находится в интервале от 30 до 60 градусов, предпочтительно, в целом, равняется 45 градусам.

[0047] Преимущественно, величина радиуса (r) находится в пределах от 0,5 до 2,5 мм, предпочтительно, в целом, равняется 1 мм.

[0048] Преимущественно, как описано на фиг.2, резьбы 3 и 4 трубных компонентов ориентированы по образующей 20 конуса для облегчения хода свинчивания. Обычно эта образующая конуса образует с осью 10 угол, значение которого находится в интервале 1-5 градусов. Образующая конуса в данном случае определяется как проходящая через центр нагруженных сторон. Поэтому радиальная высота hSF ударных сторон данного витка резьбы является больше радиальной высоты hLF нагруженной стороны указанного витка резьбы.

[0049] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, в котором используются конические резьбы, и, как изображено на фиг.3, значение радиальной высоты hfr сегмента 33 находится в пределах 50-100% разницы между радиальной высотой hSF ударной стороны и радиальной высотой hLF нагруженной стороны. Минимальное требуемое значение высоты нагруженной стороны означает, что возле сегментов 33 выполнена плоская опорная поверхность, которая является достаточной для стабилизации контакта охватываемого элемента с охватывающим элементом во время свинчивания, что распределяет напряжения более эффективно. Требуемый максимум соответствует допустимому профилю стороны, т.е. без чрезмерной кривизны.

[0050] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, в котором используются конические резьбы, и, как изображено на фиг.3, значение радиальной высоты hfr сегмента 33 равняется разницей между радиальной высотой hSF ударной стороны и радиальной высотой hLF нагруженной стороны.

[0051] Преимущественно, как описано на фиг.2, вершины и впадины наружных и внутренних резьбовых зон параллельны оси 10 резьбового соединения. Это облегчает механическую обработку.

[0052] Как подробно описано выше, главную роль играет контакт между нагруженными сторонами 30 наружной резьбы и нагруженными сторонами 40 внутренней резьбы, а также между ударными сторонами 31 наружной резьбы и ударными сторонами 41 внутренней резьбы. И, наоборот, между вершинами профиля наружной резьбы и впадинами профиля внутренней резьбы может предусматриваться зазор (h); а также зазор (h) может предусматриваться между впадинами профиля наружной резьбы и вершинами профиля внутренней резьбы для облегчения хода свинчивания и предотвращения какого-либо риска механического повреждения поверхности.

[0053] Преимущественно и как описано на фиг.1, герметичное для жидкостей уплотнение изнутри трубного соединения и снаружи обеспечивается двумя уплотняющими зонами 5, 6, которые расположены поблизости от концевой поверхности 7 охватываемого элемента.

[0054] Известно, что внутри бурильной колонны промывочная жидкость под давлением двигается ко дну скважины для того, чтобы обеспечивать надлежащее функционирование головки бура, и поднимать обломки пород на поверхность. При некоторых условиях бурения или условиях эксплуатации соединений может образовываться сжатый газ. Изоляция, обеспечиваемая до этого опорными поверхностями, в этом случае не может быть больше гарантирована. Поэтому важно обеспечивать должный уровень изоляции, соответствующий высоким давлениям на соединение между двумя компонентами. С этой целью, в других типах соединений, таких как соединения VAM® TOP, описанные заявителем в каталоге №940, известно выполнение изолирующей поверхности, предназначенной для взаимодействия при радиальном уплотнении поверхностей с изолирующей поверхностью, выполненной на охватывающем конце соединения, на охватываемом конце соединения за резьбовыми зонами.

[0055] Уплотняющая зона 5 может содержать куполообразную поверхность, которая радиально направлена наружу и имеет диаметр, уменьшающийся в направлении концевой поверхности 7. Значение радиуса этой куполообразной поверхности предпочтительно находится в интервале 30-100 мм. Слишком большой радиус (>150 мм) куполообразной поверхности характеризуется трудностями, которые аналогичны трудностям при контакте конических поверхностей. Слишком малый радиус (<30 мм) этой куполообразной поверхности характеризуется недостаточной шириной контакта.

[0056] Противостоящий этой куполообразной поверхности охватывающий конец 2 содержит коническую поверхность, которая направлена радиально внутрь и имеет диаметр, который также уменьшается в направлении концевой поверхности 7 охватываемого элемента. Значение тангенса половинного угла при вершине конической поверхности находится в интервале 0,025-0,075, т.е. значение конусности находится в интервале 5-15%. Слишком малая конусность (<5%) конической поверхности характеризуется риском механического повреждения поверхности при свинчивании, а слишком высокая (>15%) характеризуется необходимостью в жестких допусках при механической обработке.

[0057] Авторы изобретения обнаружили, что указанная зона контакта между конической поверхностью и куполообразной поверхностью позволяет получить высокоэффективную ширину осевого контакта и, в значительной мере, полуэллиптическое распределение контактных давлений вдоль зоны эффективного контакта, в отличие от зон контакта между двумя коническими поверхностями, которые обладают двумя узкими эффективными зонами контакта на концах зоны контакта.

[0058] Следует отметить, что изолирующие зоны 5 и 6 охватываемого и охватывающего концов могут быть расположены около концевой поверхности 8 охватывающего конца.

[0059] Геометрия зоны контакта согласно изобретению позволяет сохранять хорошую ширину эффективного контакта, несмотря на вариации в осевом позиционировании соединенных элементов, связанных с допусками механической обработки; зону эффективного контакта, вращающуюся вдоль куполообразной части куполообразной поверхности, путем сохранения параболического профиля для локального контактного давления.

[0060] Таким образом, при эксплуатации, т.е. когда резьбовые соединения функционируют при изгибе, принципиальное преимущество изобретения заключается в том, что профили сторон соединяются с соседней вершиной и с впадиной резьбы посредством закруглений так, чтобы указанные закругления снижали коэффициент концентрации напряжений у основания сторон, и, таким образом, улучшали усталостное поведение соединения.

[0061] Еще одним преимуществом изобретения является то, что профили сторон не имеют угловых точек, что также снижает коэффициент концентрации напряжений в этих зонах, где коэффициент контактных напряжений по Герцу может достигать очень высокой отметки. Такой тип профиля также предлагает преимущества во время свинчивания компонентов, так как ограничивает риск механического повреждения поверхности.

1. Трубный компонент для резьбового соединения, содержащий на одном из своих концов (1, 2) резьбовую зону (3, 4), сформированную на его наружной или внутренней периферийной поверхности в зависимости от того, является ли резьбовой конец охватываемого или охватывающего типа, причем указанный конец (1, 2) заканчивается концевой поверхностью (7, 8), указанная резьбовая зона (3, 4) на протяжении по меньшей мере одного участка содержит витки резьбы (32, 42), которые при рассмотрении в продольном разрезе, проходящем через ось трубного компонента, содержат вершину (35, 45) витка резьбы, основание (36, 46) витка резьбы, нагруженную сторону (30, 40), ударную сторону (32, 42), причем ширина вершин (35, 45) витка резьбы уменьшается в направлении концевой поверхности (7, 8), в то время как ширина оснований (36, 46) витка резьбы увеличивается, отличающийся тем, что профиль нагруженных сторон (30, 40) и/или ударных сторон (31; 41), при рассмотрении в продольном разрезе, проходящем через ось (10) трубного компонента, содержит центральный участок сплошной кривой (34), которая оснащена точкой перегиба (I), причем указанный профиль является выпуклым возле вершины витка резьбы и вогнутым возле основания витка резьбы.

2. Трубный компонент для резьбового соединения по п.1, отличающийся тем, что профиль указанных сторон является сплошной кривой, сформированной двумя круговыми дугами, продолжающими друг друга.

3. Трубный компонент для резьбового соединения по п.1, отличающийся тем, что профиль указанных сторон на одном из своих периферических участков содержит сегмент (33), соединенный с вершиной (35, 45) витка резьбы, соответственно с основанием (36, 46) витка резьбы, посредством радиуса кривизны (r).

4. Трубный компонент для резьбового соединения по п.3, отличающийся тем, что сегмент (33) образует угол (α) с осью, проходящей сквозь вершину (35) витка резьбы, соответственно основание (36) витка резьбы, значение которого находится в интервале от 30 до 60 градусов.

5. Трубный компонент для резьбового соединения по п.4, отличающийся тем, что угол (α), в целом, равняется 45 градусам.

6. Трубный компонент для резьбового соединения по любому из пп.3-5, отличающийся тем, что радиус кривизны (r), соединяющий профиль с вершиной (35, 45) витка резьбы, соответственно с основанием (36, 46) витка резьбы, находится в пределах от 0,5 до 2,5 мм.

7. Трубный компонент для резьбового соединения по п.6, отличающийся тем, что радиус кривизны (r), в целом, равняется 1 мм.

8. Трубный компонент для резьбового соединения по п.3, отличающийся тем, что резьбовая зона (3, 4) имеет образующую конуса (20), которая образует с осью (10) трубного компонента угол (β), при этом радиальная высота (hSF) ударной стороны данного витка резьбы (32, 42) является больше радиальной высоты (hLF) нагруженной стороны указанного витка резьбы.

9. Трубный компонент для резьбового соединения по п.8, отличающийся тем, что значение радиальной высоты (hfr) сегмента (33) находится в пределах от 50 до 100% разницы между радиальной высотой ударной стороны и радиальной высотой (hLF) нагруженной стороны.

10. Трубный компонент для резьбового соединения по п.8 или 9, отличающийся тем, что значение радиальной высоты (hfr) сегментов (33) равняется разнице между радиальной высотой (hSF) ударной стороны и радиальной высотой (hLF) нагруженной стороны.

11. Трубный компонент для резьбового соединения по п.1, отличающийся тем, что вершины и основания витков резьбы параллельны оси (10) резьбового компонента.

12. Резьбовое соединение, содержащее первый и второй трубные компоненты, каждый из которых соответственно оснащен охватываемым концом (1) и охватывающим концом (2), причем охватываемый конец (1) на своей наружной периферийной поверхности содержит по меньшей мере одну резьбовую зону (3) и заканчивается концевой поверхностью (7), а охватывающий конец (2) на своей внутренней периферийной поверхности содержит по меньшей мере одну резьбовую зону (4) и заканчивается концевой поверхностью (8), причем профиль внешней резьбовой зоны (3) содержит по меньшей мере один участок, который может взаимодействовать с соответствующим участком профиля внутренней резьбовой зоны (4) при самофиксирующем затягивании, отличающееся тем, что первый и второй трубные компоненты выполнены по любому из предыдущих пунктов.

13. Резьбовое соединение по п.12, отличающееся тем, что между вершинами зубьев наружной резьбовой зоны (3) и впадинами профиля внутренней резьбовой зоны (4) выполнен зазор (h).

14. Резьбовое соединение по п.12 или 13, отличающееся тем, что охватываемый конец (1) и охватывающий конец (2) каждый содержит, соответственно, уплотняющую поверхность (5) и уплотняющую поверхность (6), способные к взаимодействию друг с другом в уплотняющем контакте, во время взаимодействия участков резьбовых зон (3, 4) в ходе самофиксирующего свинчивания.

15. Резьбовое соединение по п.12 или 13, отличающееся тем, что резьбовое соединение является резьбовым соединением для бурильного компонента.

16. Резьбовое соединение по п.14, отличающееся тем, что резьбовое соединение является резьбовым соединением для бурильного компонента.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к буровой технике и может быть применено при компоновке низа бурильной колонны. .

Изобретение относится к резьбовым соединениям. .

Изобретение относится к трубным соединениям. .

Изобретение относится к соединениям труб. .

Изобретение относится к общему машиностроению, приборостроению и может быть использовано, в частности, при монтаже различного технологического оборудования, предназначенного для изготовления полупроводниковых слоев, или элементов такого оборудования, а также различного оборудования для проведения исследований или используемого в иных целях.

Изобретение относится к резьбовым двухупорным соединениям с высоким передаваемым крутящим моментом. .

Изобретение относится к резьбовым соединениям. .

Изобретение относится к резьбовым трубчатым соединениям. .

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к соединениям профильных труб, расширяемых в процессе перекрытия ими зон осложнения бурения или нарушения герметичности обсадных колонн в скважинах.

Изобретение относится к области трубных соединений, используемых при изготовлении нефтегазопромысловых труб и труб для морских трубопроводов. .

Изобретение относится к горному делу, в частности самобурящим анкерным болтам для крепления кровли и стен горной выработки. .

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к области калибровки резьбовых калибров соединений обсадных труб и муфт к ним. .

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к резьбовым соединениям бурильных или обсадных труб. .

Изобретение относится к буровой технике и касается преимущественно резьбового соединения замков бурильных труб геологоразведочного и нефтяного сортамента. Резьбовое соединение состоит из муфты, ниппеля и прорезной пружины, установленной между упорным уступом муфты и упорным торцом ниппеля. Причем между упорным уступом ниппеля и упорным торцом муфты образуется ликвидируемый в процессе затяжки соединения и сжатия пружины зазор, величина которого равна ходу пружины и, согласно ее параметрам, строго соответствует заданной осевой нагрузке на внутренний упорный стык. После затяжки соединения обеспечивается строго заданная осевая нагрузка на наружный упорный стык. Технический результат заключается в обеспечении создания строго заданных осевых нагрузок на внутренний и на наружный упорный стык, сохранение их соотношения на весь период эксплуатации. Надежное функционирование обоих упорных уступов позволяет увеличить осевую силу затяжки резьбового соединения в 1,5 раза и соответственно повысить его статическую прочность и циклическую долговечность. 1 ил.
Наверх