Трубное резьбовое соединение и способ его выполнения


 


Владельцы патента RU 2520275:

Открытое акционерное общество "Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности" (ОАО "РосНИТИ") (RU)

Изобретение относится к трубному резьбовому соединению с покрытием и может быть использовано для защиты резьб резьбовых элементов, применяемых для соединения труб при добыче и транспортировании углеводородов. Трубное резьбовое соединение состоит из элементов с наружной и внутренней резьбой, контактные поверхности которых выполнены с тонким, плотно прилегающим к основе покрытием, включающим твердотельную матрицу, содержащую дисперсию частиц, по меньшей мере, по одному из каждых компонентов: твердого смазочного вещества, ингибитора коррозии и поверхностно-активного вещества. Твердотельная матрица включает, по меньшей мере, по одному термореактивному полимеру и структурирующему агенту. Твердотельная матрица покрытия элемента с наружной или внутренней резьбой содержит в качестве структурирующего агента соединения ароматического ряда, а твердотельная матрица покрытия другого элемента содержит в качестве структурирующего агента соединения алифатического ряда. Изобретение обеспечивает надежность соединения в различных условиях эксплуатации за счет повышения герметичности резьбового соединения и износостойкости покрытия при многократном свинчивании и развинчивании, кроме того, соединение обладает высокими адгезионными и низкими фрикционными свойствами. 2 н. и 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к трубному резьбовому соединению с покрытием и может быть использовано для защиты резьб резьбовых элементов, применяемых для соединения труб при добыче и транспортировании углеводородов.

Известно использование технологии чистого свинчивания (технологии «СМТ») при обеспечении герметичности резьбовых соединений обсадных колонн (Емельянов А.В., Токарев А.В. Новое решение проблемы герметичности резьбовых соединений обсадных колонн с использованием «Технологии чистого свинчивания» (Clear Make Up Technology или СМТ)//Бурение и нефть. - 2012, №02, с.46-47). Данная технология сочетает в себе одновременное решение двух задач: во-первых, однократное нанесение покрытия на резьбу на заводе обеспечивает «сухое» многократное свинчивание резьбового соединения без использования каких-либо смазочных материалов в промысловых условиях; во-вторых, гарантирует герметичность резьбового соединения обсадных труб даже после повторных свинчиваний. Однако применение данной технологии существенно ограничивалось и практически в настоящее время не применяется из-за существенных недостатков полимеризующихся уплотнительных смазок, основными из которых являются недостаточные антизадирные свойства, токсичность, невозможность использования при отрицательных температурах окружающей среды, невозможность автоматизации процесса нанесения и, практически, полная неразъемность резьбовых соединений.

Известно использование высокомоментного резьбового соединения с бессмазочным покрытием (патент РФ №2444668, F16L 15/06, опубл. 10.03.2012) в нефтяной и газовой добывающей промышленности, обеспечивающее повышение коррозийной стойкости и стойкости резьбового соединения к поверхностному повреждению. Резьбовое соединение включает охватывающий элемент с внутренней резьбой и охватываемый элемент с наружной резьбой, совмещаемой с резьбой охватывающего элемента. Резьба имеет трапецеидальный профиль и шаг, обеспечивающий одновременный стыковой контакт между нагрузочными и посадочными сторонами профиля. Резьба покрыта бессмазочным твердым материалом, содержащим сухое скользящее вещество. Комбинация бессмазочного поверхностного покрытия и малых, положительных значений угла профиля резьбы как нагрузочной, так и посадочной стороны обеспечивает получение соединения с высоким моментом, устойчивого к свинчиванию и развинчиванию. Однако данное соединение не обладает достаточной герметичностью, что может вызывать аварийные ситуации и увеличивать количество ремонтов соединений в колоннах.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип резьбового соединения, является трубный резьбовой элемент с сухим защитным покрытием (патент РФ №2451861, F16L 15/00, B82Y 40/00, опубл. 27.05.2012), применяемый в резьбовых соединениях труб на скважинах при добыче углеводородов и обеспечивающий защиту соединения от коррозии и заклинивания. Резьба трубного резьбового соединения покрыта тонким твердым покрытием, не липнущим при касании и плотно прилегающим к основе. Покрытие включает твердотельную матрицу, которая содержит дисперсию частиц, по меньшей мере, одного твердого смазочного вещества, относящемуся к одному Классу. Твердотельная матрица предназначена для смазки и имеет реологические свойства пластического или вязкопластичного типа. Недостатком изобретения является низкая герметичность и износостойкость покрытия при многократном свинчивании и развинчивании резьбового соединения.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип способа, является обработка трубного резьбового элемента (патент РФ №2451861, F16L 15/00, B82Y 40/00, опубл. 27.05.2012), при которой поверхность под покрытие подвергают обработке для улучшения прилегания покрытия, и, по меньшей мере, на поверхность резьбы наносят тонкий слой покрытия против заклинивания для получения твердого покрытия. Однако при многократном свинчивании и развинчивании резьбового соединения не удается обеспечить износостойкость покрытия, что приводит к его разрушению и, как следствие - к нарушению герметичности соединения, а также к активизации коррозионных процессов.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении герметичности резьбового соединения и износостойкости покрытия при многократном свинчивании и развинчивании соединения.

Поставленная задача решается за счет того, что в трубном резьбовом соединении с покрытием, состоящим из элемента с наружной резьбой и элемента с внутренней резьбой, контактные поверхности которых выполнены с тонким, плотно прилегающим к основе покрытием, включающим твердотельную матрицу, содержащую дисперсию частиц, по меньшей мере, по одному из каждых компонентов: твердого смазочного вещества, ингибитора коррозии и поверхностно-активного вещества, согласно изобретению, твердотельная матрица включает, по меньшей мере, по одному термореактивному полимеру и структурирующему агенту, при этом твердотельная матрица покрытия элементов с наружной и внутренней резьбой содержит структурирующие агенты из различных групп полимеров. Кроме того, твердотельная матрица покрытия элементов с наружной или внутренней резьбой содержит в качестве структурирующего агента соединения ароматического ряда, а твердотельная матрица покрытия другого элемента содержит в качестве структурирующего агента соединения алифатического ряда.

Поставленная задача решается также за счет того, что в способе выполнения трубного резьбового соединения с покрытием, состоящего из элемента с наружной резьбой и элемента с внутренней резьбой, способных сопрягаться друг с другом, включающим обработку поверхностей под покрытие и нанесение на них тонкого, плотно прилегающего к основе покрытия, которое включает твердотельную матрицу, содержащую дисперсию частиц, по меньшей мере, по одному твердому смазочному веществу, ингибитору коррозии и поверхностно-активному веществу, также в матрицу вводят, по меньшей мере, по одному термореактивному полимеру и структурирующему агенту, которые выбирают из различных групп полимеров для элементов с наружной и внутренней резьбой. Кроме того, в твердотельную матрицу покрытия элементов с наружной или внутренней резьбой в качестве структурирующего агента вводят соединения ароматического ряда, а в твердотельную матрицу покрытия другого элемента вводят в качестве структурирующего агента соединения алифатического ряда. На контактную поверхность каждого резьбового элемента наносят покрытие, суммарную толщину которых определяют из следующего выражения

0,9δ<S<1,2 δ,

где: S - суммарная толщина покрытий на резьбовых поверхностях элементов, мкм;

δ - величина зазора между поверхностями резьбовых элементов при свинчивании и развинчивании, мкм.

Включение в твердотельную матрицу, по меньшей мере, по одному термореактивному полимеру и структурирующему агенту обеспечивает надежную герметичность резьбового соединения и износостойкость покрытия за счет разных физических свойств матриц покрытий элементов с наружной и внутренней резьбой, в том числе пластических свойств. Это достигается введением в качестве структурирующих агентов соединений из различных групп полимеров, например, матрица одного из резьбовых элементов содержит соединения ароматического ряда, а другого элемента - соединения алифатического ряда. Такое выполнение способствует снижению противозадирных свойств, обеспечивает многократное свинчивание и развинчивание соединения без нарушения покрытия, а также герметичность соединения за счет более полного заполнения зазора между контактными поверхностями резьбовых элементов покрытием.

Твердотельная матрица может содержать как по одному, так и по несколько термореактивных полимеров, структурирующих агентов и функциональных добавок (твердое смазочное вещество, ингибитор коррозии, поверхностно-активное вещество), что приводит к повышению защитных и адгезионных свойств покрытия. Твердотельная матрица элементов с наружной и внутренней резьбой включает следующие компоненты: частицы твердого смазочного вещества могут быть выбраны, например, из группы твердых слоистых смазок; ингибиторами коррозии выбирают вещества, обеспечивающие, в частности, протекторную защиту; поверхностно-активное вещество (ПАВ) выбрано, например, из группы анионо-активных ПАВ; термореактивным полимером может служить, например, полиуретан; а структурирующими агентами являются соединениями ароматического или алифатического рядов. При этом для стабильности системы все составляющие матрицы выбирают из комплекса совместимых между собой компонентов.

Для повышения антифрикционных свойств и герметичности соединения, а также целостности покрытия его толщина на каждом из резьбовых элементов должна превышать величину шероховатостей на контактных поверхностях, при этом суммарную толщину покрытий на резьбовых поверхностях элементов определяют из следующего выражения

0,9δ<S<1,2δ,

где: S - суммарная толщина покрытий на резьбовых поверхностях элементов, мкм;

δ - величина зазора между поверхностями резьбовых элементов при свинчивании и развинчивании, мкм.

Выполнение покрытий на резьбовых поверхностях элементов суммарной толщиной в указанном интервале обеспечивает герметичность соединения и надежное свинчивание и развинчивание без нарушения целостности покрытия за счет одновременного стыкового контакта между нагрузочными, посадочными и уплотнительными сторонами профиля резьбы, а также повышение защитных свойств и стойкости резьбового соединения. При суммарной толщине покрытий меньше 0,9 δ появляется вероятность разгерметизации соединения и снижение долговечности резьбового соединения. При суммарной толщине покрытий более 1,2 δ возможно необратимое смятие покрытия и заклинивание резьбового соединения.

Пример конкретного осуществления предлагаемого изобретения. Изобретение было опробовано на резьбовом соединении насосно-компрессорных труб, выполненном, например, с треугольной резьбой (условный диаметр трубы - 73 мм, наружный диаметр трубы - 73,0 мм, толщина стенки трубы - 5,5 мм, внутренний диаметр трубы - 62,0 мм, наружный диаметр муфты - 88,9 мм, длина муфты - 135 мм; шаг резьбы - 3,175; Rz=20 мкм). Средняя величина зазора между контактными поверхностями при допуске на профиль треугольной резьбы ±1° составляет 60 мкм.

Твердотельная матрица элементов с наружной и внутренней резьбой включает следующие компоненты:

- частицы твердого смазочного вещества выбраны, например, из группы твердых слоистых смазок, в частности, графит и дисульфид молибдена;

- ингибитором коррозии, обеспечивающим протекторную защиту, является, например, цинковая пудра;

- поверхностно-активное вещество (ПАВ) выбрано из группы анионо-активных ПАВ, например синтанол ДС-10;

- в качестве термореактивного полимера выбран, например, полиуретан. Твердотельная матрица элемента с наружной резьбой в качестве структурирующего агента содержит, например, ароматический поликарбодиимид, а твердотельная матрица элемента с внутренней резьбой в качестве структурирующего агента содержит, например, алифатический полиакриламид.

Покрытие, соответствующее приведенному выше описанию, наносят на контактную поверхность каждого резьбового элемента при температуре окружающей среды в один плотно прилегающий к основе слой после того, как поверхность под покрытие прошла обработку, способствующую улучшению адгезии, например, аморфное фосфатирование. Покрытие наносят, в частности, безвоздушным распылением водной эмульсии, в которой диспергированы компоненты покрытия по любому из пп.1-2, резьбовые элементы с нанесенным покрытием нагревают до температуры, например, превышающей или равной 140°C; затем резьбовые элементы выдерживают при комнатной температуре и собирают резьбовое соединение путем завинчивания резьбовых элементов.

При нанесении на резьбовые поверхности элементов покрытий суммарной толщиной в пределах 54-72 мкм были обеспечены герметичность резьбового соединения, защитные свойства и износостойкость покрытия при многократном свинчивании и развинчивании резьбового соединения.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает надежность соединения в сложных условиях эксплуатации (широком интервале температур и различных агрессивных средах) за счет повышения герметичности резьбового соединения и износостойкости покрытия при многократном свинчивании и развинчивании, кроме того, покрытие обладает высокими адгезионными и низкими фрикционными свойствами.

1. Трубное резьбовое соединение с покрытием, состоящее из элемента с наружной резьбой и элемента с внутренней резьбой, контактные поверхности которых выполнены с тонким, плотно прилегающим к основе покрытием, включающим твердотельную матрицу, содержащую дисперсию частиц, по меньшей мере, по одному из каждых компонентов: твердого смазочного вещества, ингибитора коррозии и поверхностно-активного вещества, отличающееся тем, что твердотельная матрица включает, по меньшей мере, по одному термореактивному полимеру и структурирующему агенту, при этом твердотельная матрица покрытия элементов с наружной и внутренней резьбой содержит структурирующие агенты из различных групп полимеров.

2. Трубное резьбовое соединение по п.1, отличающееся тем, что твердотельная матрица покрытия элементов с наружной или внутренней резьбой содержит в качестве структурирующего агента соединения ароматического ряда, а твердотельная матрица покрытия другого элемента содержит в качестве структурирующего агента соединения алифатического ряда.

3. Способ выполнения трубного резьбового соединения с покрытием, состоящего из элемента с наружной резьбой и элемента с внутренней резьбой, способных сопрягаться друг с другом, включающий обработку поверхностей под покрытие и нанесение на них тонкого, плотно прилегающего к основе покрытия, компоненты которого выбирают по любому из пп.1-2.

4. Способ по п.3, при котором покрытия на резьбовые поверхности элементов наносят толщиной, определяемой из следующего выражения
0,9δ<S<1,2 δ,
где: S - суммарная толщина покрытий на резьбовых поверхностях элементов, мкм;
δ - величина зазора между поверхностями резьбовых элементов при свинчивании и развинчивании, мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к буровой технике и касается резьбового соединения преимущественно бурильных и обсадных труб. Резьбовое соединение содержит две детали - ниппель и муфту, образующие один наружный или наружный и внутренний упорный стык и имеет выполненную по винтовой линии резьбы с нерабочей стороны ее профиля выемку с постоянной шириной и максимальной глубиной в начале первого к стыку витка.

Изобретение относится к станку для довертывания элементов (1) и (2) на концы трубы (3), например, из алюминиевых сплавов, имеющей муфтовое и ниппельное соединения. Техническим результатом является повышение качества свинчивания замковых соединений с трубой.

Изобретение относится к резьбовым соединениям труб. Соединение содержит ниппель и муфту, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях соответственно выполнены треугольные конические резьбы с конусностью 1:8 и шагом резьбы 8,467±0,05 мм.

Группа изобретений относится к резьбовым соединениям труб. Соединение содержит охватываемый и охватывающий элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены упорные трапецеидальные резьбы с конусностью 1:16, углом наклона опорной грани профиля витка 2-4° к нормали осевой линии резьбы и углом наклона закладной грани профиля витка 9-11° к нормали осевой линии резьбы.

Изобретение относится к области нефте - и газодобычи. Соединение содержит охватываемый и охватывающий элементы, на концах которых выполнены упорные конические трапецеидальные резьбы и конические уплотнительные и упорные торцевые поверхности.

Изобретение относится к изготовлению собираемой из отдельных частей детали с проходящим через нее каналом, при выполнении которого изготавливают деталь из трубчатой конструкции, имеющей начальный внутренний диаметр, который сохраняется после сборки детали из разрезанных частей.

Изобретение относится к изделиям из композиций полимеров ненасыщенных алифатических углеводородов, содержащих одну углерод-углеродную двойную связь, используемым в оборудовании при разработке и эксплуатации месторождений углеводородов.

Изобретение относится к конструктивным составляющим, используемым для бурения и разработки углеводородных скважин. .

Группа изобретений относится к резьбовым соединениям. Резьбовое соединение для труб содержит ниппель и муфту, причем ниппель имеет наружную резьбу, соответствующую внутренней резьбе муфты, внутренняя и наружная резьбы имеют форму профиля типа «ласточкин хвост» с закладными и опорными сторонами, а также плоскими впадинами и вершинами, в котором ширина нитей внутренней резьбы увеличивается в одном направлении на муфте, а ширина нитей наружной резьбы увеличивается в противоположном направлении на ниппеле. Вершины и стороны резьбы образуют уплотнения, препятствующие потоку текучей среды вытекать между ними. Резьбовое соединение также содержит фторполимерное покрытие, нанесенное на отдельные участки внутренней и наружной резьбы, и смоляное покрытие, нанесенное на участки внутренней и наружной резьбы, не содержащие фторполимерное покрытие. Фторполимерное покрытие и смоляное покрытие совместно создают слой практически одинаковой толщины на всей поверхности внутренней и наружной резьбы. Описан способ улучшения качества резьбовых поверхностей соединения. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к разъемным соединениям трубных и штанговых длинномеров, а именно для соединения длинномерных гибких труб (колтюбинга), длинномерной гибкой штанги, а также для бурильных, обсадных, насосно-компрессорных труб и разборных трубопроводов. Разъемное соединение гибких длинномерных труб состоит из резьбовых ниппелей, установленных на концах соединяемых труб, с выполненными на конце одного ниппеля выступами и ответными пазами на конце другого ниппеля, и резьбовой муфты, причем на обоих ниппелях резьба выполнена с разным шагом, а резьбовая муфта выполнена с двумя резьбовыми участками, причем шаг резьбы на каждом из них соответствует шагу резьбы ответного ниппеля для их взаимного соединения, а резьба на всех соединенных элементах соединения выполнена с одним направлением, при этом на ниппеле с большим шагом резьбы выполнен сбег в виде цилиндрической проточки или безрезьбовой части ниппеля, длина которого плюс расстояние сближения соединяемых труб до герметичного соединения больше, чем длина резьбы с большим шагом на муфте. В результате повышается надежность, прочность и герметичность соединения. 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

Группа изобретений относится к трубному резьбовому соединению. Резьбовое соединение содержит ниппель с наружной клиновидной резьбой и муфту с соответствующей внутренней клиновидной резьбой, на одну из которых или обе прикреплено постоянным образом твердосмазочное покрытие, которое содержит первый равномерный слой сухого антикоррозийного покрытия из эпоксидной смолы с частицами цинка и второй равномерный слой сухого смазочного материала, покрывающего первый равномерный слой. Изобретение сокращает зазоры в собранном соединении и повышает устойчивость смазки к приложению увеличенного крутящего момента. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к резьбовому соединению. Охватывающий компонент для трубчатой рабочей колонны для выработки углеводородов, подвергаемой динамическому изгибающему напряжению, содержит коническую охватывающую резьбу для взаимодействия с охватываемой резьбой для образования жесткого взаимного соединения трубчатых элементов. Свободный конец и охватывающая уплотняющая поверхность расположены между свободным концом и охватывающей резьбой. Охватывающая уплотняющая поверхность предназначена для вхождения в свинченном состоянии в контакт с охватываемой уплотняющей поверхностью для образования уплотнения типа металл-металл. Имеется кольцевой паз расположенный между свободным концом и охватывающей уплотняющей поверхностью, оставляя осевое расстояние, которое больше нуля, между свободным концом и переходной областью снаружи охватывающей уплотняющей поверхности, и радиальное расстояние, которое больше нуля, между охватывающей уплотняющей поверхностью и скошенной кромкой свободного конца. Паз содержит границу, образованную скошенной кромкой, и границу, образованную частью переходной области, для защиты охватывающей уплотняющей поверхности перед свинчиванием. Изобретение повышает надежность соединения. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к резьбовым соединениям. Резьбовое соединение содержит фланец, гайку и гибкий уплотнительный элемент, имеющие на внутренних поверхностях резьбу, форма которой является взаимодополняющей по отношению к резьбе на наружной поверхности штока. Фланец позволяет штоку при вращении перемещаться через него. Гайка и гибкий уплотнительный элемент могут перемещаться при вращении относительно штока. Фланец имеет зенкованное отверстие, а гайка имеет выемку. Гибкий уплотнительный элемент имеет первую часть для заполнения зенкованного отверстия во фланце и вторую часть для заполнения выемки в гайке. Изобретение повышает надежность соединения. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх