Резьбовое соединение для стальной трубы

Изобретение относится к резьбовому соединению для стальной трубы. Ниппель (10) включает в себя, в порядке от свободного конца ниппеля (10): плечевую поверхность (11), первую уплотнительную поверхность (12), первый участок (13) с внешней резьбой, вторую уплотнительную поверхность (14) и второй участок (15) с внешней резьбой. Муфта (20) включает в себя плечевую поверхность (21), первую уплотнительную поверхность (22), первый участок (23) с внутренней резьбой, вторую уплотнительную поверхность (24) и второй участок (25) с внутренней резьбой. Углы наклона нагружаемых сторон (13d и 23d) первого участка (13) с внешней резьбой и первого участка (23) с внутренней резьбой составляют менее 0°. Первый участок (13) с внешней резьбой состоит, в порядке от места вблизи второй уплотнительной поверхности (14), из: секции (31b) неполной резьбы и секции (31а) полной резьбы. Секция (31b) неполной резьбы имеет длину, по меньшей мере равную трехкратной величине шага ее резьбы, и имеет высоту резьбы, меньшую высоты резьбы секции (31а) полной резьбы. Секция (31b) неполной резьбы обеспечена зазорами между гребнями (13а и 23а) и впадинами (23b и 13b). Изобретение повышает надежность резьбового соединения. 5 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к резьбовому соединению для использования в соединяющихся стальных трубах или трубных модулях (далее также называемых как «стальные трубы»).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В нефтяных скважинах, скважинах природного газа и т.п. (далее также совместно называемых как «нефтяные скважины»), стальные трубы, называемые трубными изделиями нефтяного сортамента (OCTG) такие, как например, обсадные трубы и эксплуатационные трубы, используются для извлечения полезных ископаемых. Стальные трубы последовательно соединяются друг с другом, и для сочленения используются резьбовые соединения.

[0003] Резьбовые соединения для стальных труб подразделяются на два типа: соединения с муфтой и соединения объединенного типа. Резьбовое соединение с муфтой образуется парой трубных изделий, которые подлежат соединению друг с другом, одно из которых является стальной трубой, а другое - муфтой. В этом случае стальная труба включает в себя участки с внешней резьбой, образованные на внешних перифериях на обоих ее концах, а муфта включает в себя участки с внутренней резьбой, образованные на внутренних перифериях на обоих ее концах. Далее, стальная труба и муфта соединяются друг с другом. Резьбовое соединение объединенного типа образуется парой стальных труб как трубных изделий, которые подлежат соединению друг с другом, без использования отдельной муфты. В этом случае каждая стальная труба включает в себя участок с внешней резьбой, образованный на внешней периферии на одном ее конце, и участок с внутренней резьбой, образованный на внутренней периферии на другом ее конце. Далее, одна стальная труба и другая стальная труба соединяются друг с другом.

[0004] Обычно, участок соединения на трубном конце, где располагается участок с внешней резьбой, называется ниппелем, поскольку он содержит элемент, который вставляется в участок с внутренней резьбой. С другой стороны, участок соединения на трубном конце, где располагается участок с внутренней резьбой, называется муфтой, поскольку он содержит элемент, который принимает участок с внешней резьбой. Ниппели и муфты имеют трубную форму, так как они образованы концевыми участками трубных изделий.

[0005] В последние годы нефтяные скважины все чаще становятся расположенными глубоко под землей или становятся сверхглубоководными скважинами, и, соответственно, условия нефтяных скважин стали суровыми - с высокими температурами, высокими давлениями и высокой коррозионной активностью. Чтобы справиться с такими суровыми условиями, в качестве трубных изделий нефтяного сортамента широко используются толстостенные стальные трубы. Резьбовое соединение для соединения таких стальных труб требуется для обеспечения превосходных характеристик уплотнения от давления внутри них (далее также называемого как «внутреннее давление») и давления снаружи от них (далее также называемого как «внешнее давление»).

[0006] Ниже приводится традиционная методика для улучшения характеристик уплотнения для резьбовых соединений толстостенных труб. Международная публикация № WO01/029476 (патентный документ1) раскрывает резьбовое соединение, имеющее два уплотнительных участка типа поверхность-к-поверхности. В методике патентного документа 1, ниппель включает в себя, в порядке от свободного конца ниппеля к трубной основной части: плечевую поверхность, первую уплотнительную поверхность, первый участок с внешней резьбой, вторую уплотнительную поверхность и второй участок с внешней резьбой. Муфта включает в себя плечевую поверхность, первую уплотнительную поверхность, первый участок с внутренней резьбой, вторую уплотнительную поверхность и второй участок с внутренней резьбой, которые приведены в соответствие с вышеуказанными участками ниппеля, соответственно. Первый резьбовой участок, выполненный из первого участка с внешней резьбой и первого участка с внутренней резьбой, представляет собой конический резьбовой участок с трапециевидной резьбой. То же самое верно для второго резьбового участка, выполненного из второго участка с внешней резьбой и второго участка с внутренней резьбой.

[0007] Первый резьбовой участок и второй резьбовой участок сцепляются в плотном контакте друг с другом в скрепленном состоянии и имеют посадку с натягом. Первая уплотнительная поверхность и вторая уплотнительная поверхность приводятся соответствующим образом в контакт друг с другом посредством ввинчивания ниппеля, и в скрепленном состоянии они сцепляются в плотном контакте друг с другом и имеют посадку с натягом. Обе плечевые поверхности приводятся в контакт друг с другом посредством ввинчивания ниппеля и служат в качестве упора для ограничения ввинчивания ниппеля. Плечевые поверхности служат упором, а в скрепленном состоянии служат для прикладывания, так называемого, осевого усилия затягивания резьбы к нагружаемым сторонам соответствующих ниппелей первого резьбового участка и второго резьбового участка.

[0008] В случае первого резьбового участка и второго резьбового участка, раскрытых в патентном документе 1, в скрепленном состоянии обе нагружаемые стороны ниппеля и муфты находятся в контакте друг с другом, впадина ниппеля и гребень муфты находятся в контакте друг с другом, и, кроме того, гребень ниппеля и впадина муфты находятся в контакте друг с другом.

[0009] С помощью резьбового соединения, согласно патентной литературе 1, имеющего такую конфигурацию, обеспечивается надежное резьбовое соединение из-за сцепления и плотного контакта между первым резьбовым участком и вторым резьбовым участком. В дополнение к этому, благодаря сцеплению и плотному контакту между первыми уплотнительными поверхностями образуется участок уплотнения типа поверхность-к-поверхности, более близкий к внутреннему пространству, и обеспечивается, главным образом, характеристика уплотнения от внутреннего давления. Кроме того, благодаря сцеплению и плотному контакту между вторыми уплотнительными поверхностями образуется участок уплотнения типа поверхность-к-поверхности, более близкий к внешнему пространству, и обеспечивается, главным образом, характеристика уплотнения от внешнего давления.

СПИСОК ЦИТИРУЕМЫХ ДОКУМЕНТОВ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[0010] Патентный документ 1: Международная публикация № WO01/029476.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема.

[0011] Резьбовые соединения, которые используются в суровых средах последние годы, в частности, резьбовые соединения для толстостенных стальных труб, должны демонстрировать еще более улучшенные характеристики уплотнения от внутреннего и внешнего давления.

[0012] Задачей настоящего изобретения является создание резьбового соединения для стальных труб, имеющего следующие характеристики:

Улучшенная характеристика уплотнения от внешнего давления с сохранением характеристики уплотнения от внутреннего давления.

Решение для проблемы.

[0013] Резьбовое соединение для стальной трубы в одном варианте осуществления настоящего изобретения представляет собой резьбовое соединение, включающее в себя: трубный ниппель и трубную муфту, при этом ниппель и муфта, скрепляются посредством ввинчивания ниппеля в муфту.

Ниппель включает в себя, в порядке от его свободного конца: плечевую поверхность; первую уплотнительную поверхность; конический первый участок с внешней резьбой; вторую уплотнительную поверхность; а также конический второй участок с внешней резьбой.

Муфта включает в себя, в порядке от места, ближайшего к трубной основной части к ее свободному концу: плечевую поверхность; первую уплотнительную поверхность; конический первый участок с внутренней резьбой; вторую уплотнительную поверхность; а также конический первый участок с внутренней резьбой.

Первый участок с внешней резьбой включает в себя: гребни; впадины; заводящие стороны; и нагружаемые стороны.

Первый участок с внутренней резьбой включает в себя: впадины, обращенные к гребням первого участка с внешней резьбой; гребни, обращенные к впадинам первого участка с внешней резьбой; заводящие стороны, обращенные к заводящим сторонам первого участка с внешней резьбой; и нагружаемые стороны, обращенные к нагружаемым сторонам первого участка с внешней резьбой.

Нагружаемые стороны первого участка с внешней резьбой и первого участка с внутренней резьбой, имеют угол наклона менее 0 градусов.

Первый участок с внешней резьбой содержит, в порядке от близкой поверхности второго уплотнения: секцию неполной резьбы и секцию полной резьбы.

Секция неполной резьбы имеет длину вдоль оси трубы, причем длина по меньшей мере составляет трехкратную величину шага резьбы первого участка с внешней резьбой, и секция неполной резьбы имеет высоту резьбы, меньшую высоты резьбы секции полной резьбы.

В скрепленном состоянии,

в секции полной резьбы: гребни первого участка с внешней резьбой находятся в контакте с впадинами первого участка с внутренней резьбой; нагружаемые стороны первого участка с внешней резьбой находятся в контакте с нагружаемыми сторонами первого участка с внутренней резьбой; зазоры образованы между впадинами первого участка с внешней резьбой и гребнями первого участка с внутренней резьбой; и зазоры образованы между заводящими сторонами первого участка с внешней резьбой и заводящими сторонами первого участка с внутренней резьбой, и

в секции неполной резьбы: зазоры образованы между гребнями первого участка с внешней резьбой и впадинами первого участка с внутренней резьбой.

[0014] В вышеупомянутом резьбовом соединении, длина секции неполной резьбы вдоль оси трубы, предпочтительно, составляет не более восьмикратной величины шага резьбы первого участка с внешней резьбой.

[0015] В вышеупомянутом резьбовом соединении ниппель, предпочтительно, включает в себя между первым участком с внешней резьбой и второй уплотнительной поверхностью кольцевой участок, который в скрепленном состоянии не контактирует с муфтой, имеющей внутреннюю резьбу. В данном случае резьбового соединения, длина кольцевого участка вдоль оси трубы, предпочтительно, составляет не более трехкратной величины шага резьбы первого участка с внешней резьбой.

[0016] В вышеупомянутом резьбовом соединении зазоры между впадинами первого участка с внешней резьбой и гребнями первого участка с внутренней резьбой, предпочтительно, равны 0,05 мм или более.

[0017] В вышеупомянутом резьбовом соединении предпочтительно использовать следующую конфигурацию.

Второй участок с внешней резьбой включает в себя гребни, впадины, заводящие стороны и нагружаемые стороны.

Второй участок с внутренней резьбой включает в себя впадины, обращенные к гребням второго участка с внешней резьбой, гребни, обращенные к впадинам второго участка с внешней резьбой, заводящие стороны, обращенные к заводящим сторонам второго участка с внешней резьбой, а также нагружаемые стороны, обращенные к нагружаемым сторонам второго участка с внешней резьбой.

Угол наклона нагружаемых сторон второго участка с внешней резьбой и второго участка с внутренней резьбой составляет менее 0 градусов.

В скрепленном состоянии впадины второго участка с внешней резьбой и гребни второго участка с внутренней резьбой находятся в контакте друг с другом, и нагружаемые стороны второго участка с внешней резьбой и нагружаемые стороны второго участка с внутренней резьбой находятся в контакте друг с другом, при этом зазоры образованы между гребнями второго участка с внешней резьбой и впадинами второго участка с внутренней резьбой, и зазоры образованы между заводящими сторонами второго участка с внешней резьбой и заводящими сторонами второго участка с внутренней резьбой.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0018] Резьбовое соединение для стальных труб, согласно настоящему изобретению, имеет следующие существенные преимущества:

Возможность демонстрировать улучшенные характеристики уплотнения от внешнего давления при сохранении характеристик уплотнения от внутреннего давления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0019] [Фиг. 1] Фиг. 1 - вид с продольным сечением резьбового соединения для стальных труб, согласно первому варианту осуществления.

[Фиг. 2] Фиг. 2 - увеличенный вид с продольным сечением резьбового соединения для стальной трубы, показанного на фиг. 1, показывающий область вблизи его второго уплотнительного участка.

[Фиг. 3] фиг. 3 - вид с продольным сечением резьбового соединения для стальной трубы, согласно второму варианту осуществления.

[Фиг. 4] Фиг. 4 - вид с продольным сечением резьбового соединения для стальной трубы, показанного на фиг. 3, показывающий область вблизи его второго уплотнительного участка.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0020] Для того, чтобы достичь вышеуказанной цели, авторы настоящего изобретения обратили свое внимание на резьбовое соединение, имеющее два уплотнительных участка типа поверхность-к-поверхности, и они провели интенсивные исследования для поиска конфигурации, которая позволяет каждому уплотнительному участку обеспечивать характеристики уплотнения в наиболее полной степени. Основная конфигурация резьбового соединения следующая. Ниппель снабжается плечевой поверхностью на своем свободном конце. Резьбовой участок разделяется на два участка: первый резьбовой участок, ближайший к внутреннему пространству (далее также называемый как «внутренний резьбовой участок»), и второй резьбовой участок, ближайщий к внешнему пространству (далее также называемый как «внешний резьбовой участок»), и как первый резьбовой участок, так и второй резьбовой участок представляют собой конические резьбовые участки с трапециевидными резьбами. Между плечевой поверхностью и первым резьбовым участком образован первый уплотнительный участок типа поверхность-к-поверхности между первыми уплотнительными поверхностями (далее также называемый как «участок внутреннего уплотнения»). Между первым резьбовым участком и вторым резьбовым участком образован второй уплотнительный участок типа поверхность-к-поверхности между вторыми уплотнительными поверхностями (далее также называемый как «участок промежуточного уплотнения»). Участок внутреннего уплотнения в основном содействует характеристике уплотнения от внутреннего давления. Участок промежуточного уплотнения в основном содействует характеристике уплотнения от внешнего давления. В результате исследования авторы настоящего изобретения впервые обнаружили следующие результаты поисков.

[0021] В качестве методики для улучшения характеристик уплотнения от внешнего давления, следующие методики являются возможными. Первая методика заключается в увеличении запаса по сцеплению (запас натяга посадки) в участке промежуточного уплотнения. Это связано с тем фактом, что контактное межповерхностное давление между поверхностями уплотнения увеличивается в участке промежуточного уплотнения.

[0022] При первой методике, во время введения ниппеля в муфту необходимо избегать того, чтобы первый участок с внешней резьбой ниппеля и вторая уплотнительная поверхность муфты приводились в контакт, и избегать того, чтобы приводились в контакт вторая уплотнительная поверхность ниппеля и второй участок с внутренней резьбой муфты. По этой причине размеры ниппеля и муфты должны быть спроектированы таким образом, чтобы максимальный диаметр второй уплотнительной поверхности ниппеля был меньше минимального диаметра второго участка с внутренней резьбой муфты, а минимальный диаметр второй уплотнительной поверхности муфты был больше максимального диаметра первого участка с внешней резьбой ниппеля. Способ для увеличения запаса натяга посадки в участке промежуточного уплотнения состоит в том, чтобы сделать резьбовые конусы первого резьбового участка и второго резьбового участка крутыми. Другой способ состоит в том, чтобы предусмотреть неполную резьбу, имеющую высоту резьбы, меньшую, чем полная резьба, в области вблизи участка промежуточного уплотнения от областей в первом участке с внешней резьбой ниппеля и второго участка с внутренней резьбой муфты.

[0023] Однако, если резьбовые конусы изготавливаются слишком крутыми, площадь плечевой поверхности, предусмотренная на свободном конце ниппеля, уменьшается, и сопротивление сжимающим усилиям уменьшается. Кроме того, в этом случае длина зацепления резьбового участка укорачивается, что увеличивает риск возникновения выскакивания (явление, при котором ниппель невольно становится отцепленным от муфты). Исходя из этих проблем, существует предел на изготовление крутизны резьбовых конусов. Кроме того, в первой методике, когда запас натяга посадки чрезмерно увеличивается, существует риск возникновения механического повреждения поверхности (заедания) во время ввинчивания ниппеля в муфту. По этой причине существует предел для увеличения запаса натяга посадки.

[0024] Вторая методика заключается в увеличении толщины стенки в областях участка промежуточного уплотнения ниппеля. Причина этого заключается в следующем. При прикладывании внешнего давления к резьбовому соединению, ниппель деформируется внутрь в радиальном направлении, заставляя контакт между уплотнительными поверхностями участка промежуточного уплотнения ослабляться. В связи с этим, увеличение толщины стенки ниппеля увеличивает сопротивление радиальному сжатию. Однако внутренний диаметр ниппеля определяется стандартами API (American Petroleum Institute - Американский институт нефти), а увеличение внешнего диаметра ниппеля ограничивается из-за конструктивного ограничения нефтяной скважины. По этой причине существует предел увеличения толщины стенки в областях участка промежуточного уплотнения ниппеля.

[0025] Следовательно, только при использовании вышеуказанных первой и второй методик существует предел для улучшения характеристик уплотнения от внешнего давления.

[0026] Таким образом, авторы настоящего изобретения подумали, что, если области в участках промежуточного уплотнения муфты можно подвергать воздействию радиального сжатия, когда к резьбовому соединению прикладывается высокое внешнее давление, то контактное межповерхностное давление между уплотнительными поверхностями участка промежуточного уплотнения может быть увеличено. В результате интенсивных исследований авторы настоящего изобретения обнаружили, что является эффективной следующая конфигурация.

[0027] От внутреннего резьбового участка (первый резьбовой участок) и внешнего резьбового участка (второй резьбовой участок), которые помещают между собой участок промежуточного уплотнения (второй уплотнительный участок) во внутреннем резьбовом участке участка с внешней резьбой ниппеля и участка с внутренней резьбой муфты, которые сцепляются друг с другом, высота резьбы участка с внешней резьбой ниппеля уменьшается в области рядом с участком промежуточного уплотнения. При такой конфигурации, сцепление и плотный контакт резьбы ослабляется в секции неполной резьбы, имеющей низкую высоту резьбы. Это приводит к тому, что в муфте, секция неполной резьбы внутреннего резьбового участка и области участка промежуточного уплотнения, прилегающего к секции неполной резьбы, подвергаются радиальному сжатию, когда к резьбовому соединению прикладывается высокое внешнее давление. В результате контактное межповерхностное давление между уплотнительными поверхностями возрастает в участке промежуточного уплотнения, что приводит к улучшению характеристик уплотнения от внешнего давления.

[0028] Однако, следует обратить внимание на следующий момент. Во-первых, если угол наклона нагружаемых сторон внутреннего резьбового участка является положительным углом, который больше 0 градусов, то, хотя муфта должна подвергаться радиальному сжатию при прикладывании внешнего давления, от нагружаемых сторон ниппеля (участок с внешней резьбой) прикладывается сила противодействия, и, таким образом, создается помеха радиальному сжатию муфты. Следовательно, для того, чтобы допустить радиальное сжатие муфты, угол наклона нагружаемых сторон внутреннего резьбового участка должен быть отрицательным углом, который меньше 0 градусов.

[0029] Кроме того, в случае, когда применяется внутренний резьбовой участок, в котором впадины ниппеля и гребни муфты находятся в контакте друг с другом в скрепленном состоянии, подобно резьбовому соединению в упомянутой выше Патентном документе 1, даже если высота резьбы ниппеля (участок с внешней резьбой) уменьшается в областях вблизи участка промежуточного уплотнения, в секции неполной резьбы сохраняется состояние контакта впадин ниппеля с гребнями муфты. По этой причине радиальному сжатию муфты при прикладывании внешнего давления оказывается противодействие. Кроме того, в резьбовом соединении в вышеупомянутой Патентном документе 1, когда высота резьбы первого участка с внутренней резьбой муфты уменьшается в областях вблизи участка промежуточного уплотнения, площадь контакта между нагружаемыми сторонами уменьшается. В результате, когда растягивающая нагрузка и сжимающая нагрузка прикладываются к резьбовому соединению, напряжение, действующее на внутренний резьбовой участок, становится относительно высоким, что приводит к риску пластической деформации внутреннего резьбового участка. Кроме того, существует риск возникновения выскакивания. Поэтому, для того, чтобы допустить радиальное сжатие муфты, используется внутренний резьбовой участок, в котором гребни ниппеля и впадины муфты находятся в контакте друг с другом.

[0030] Резьбовое соединение для стальной трубы, согласно настоящему изобретению, полностью основывается на вышеуказанных результатах поисков. Далее будут описаны варианты осуществления резьбового соединения для стальной трубы, согласно настоящему изобретению.

[0031] Первый вариант осуществления.

Фиг. 1 представляет собой вид с продольным сечением резьбового соединения для стальной трубы, согласно первому варианту осуществления. Фиг. 2 представляет собой увеличенный вид с продольным сечением резьбового соединения для стальной трубы, показывающий область вблизи его второго уплотнительного участка. Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, резьбовое соединение, согласно настоящему варианту осуществления, представляет собой резьбовое соединение с муфтой и состоит из ниппеля 10 и муфты 20.

[0032] Ниппель 10 включает в себя, в порядке от свободного конца ниппеля 10 в направлении к трубной основной части: плечевую поверхность 11, первую уплотнительную поверхность 12, первый участок 13 с внешней резьбой, вторую уплотнительную поверхность 14 и второй участок 15 с внешней резьбой. Как первая уплотнитнительная поверхность 12, так и вторая уплотнительная поверхность 14, является коническими поверхностями. Точнее, первая уплотнительная поверхность 12 и вторая уплотнительная поверхность 14, каждая из них, представляют собой поверхность, образованную периферийной поверхностью усеченного конуса, имеющего диаметр, уменьшающийся в направлении к свободному концу ниппеля 10, или поверхность, образованную сочетанием периферийной поверхности усеченного конуса и периферийной поверхности твердого тела вращения, которая получается путем вращения изогнутой линии, такой как дуга вокруг оси CL трубы.

[0033] Плечевая поверхность 11 представляет собой кольцевую поверхность, по существу перпендикулярную оси CL трубы. Точнее, плечевая поверхность 11 представляет собой кольцевую поверхность, наклоненную от плоскости, перпендикулярной оси CL трубы, в направлении завинчивания ниппеля 10 и наклоненную к свободному концу ниппеля 10, как бы удлиняя его внешнюю периферию.

[0034] С другой стороны, муфта 20 включает в себя, в порядке от места, ближайшего к трубной основной части в направлении к свободному концу муфты 20: плечевую поверхность 21, первую уплотнительную поверхность 22, первый участок 23 с внутренней резьбой, вторую уплотнительную поверхность 24, и второй участок 25 с внутренней резьбой. Плечевая поверхность 21, первая уплотнительная поверхность 22, первый участок 23 с внутренней резьбой, вторая уплотнительная поверхность 24 и второй участок 25 с внутренней резьбой муфты 20 располагаются так, чтобы соответствовать плечевой поверхности 11, первой уплотнительной поверхности 12, первому участку 13 с внешней резьбой, второй уплотнительной поверхности 14 и второму участку 15 с внешней резьбой ниппеля 10.

[0035] Первый участок 13 с внешней резьбой ниппеля 10 и первый участок 23 с внутренней резьбой муфты 20 представляют собой конические резьбовые участки с трапециевидными резьбами, которые входят в зацепление друг с другом и образуют первый резьбой участок, более близкий к внутреннему пространству (внутренний резьбовой участок). Второй участок 15 с внешней резьбой ниппеля 10 и второй участок 25 с внутренней резьбой муфты 20 также являются коническими резьбовыми участками с трапециевидными резьбами, которые входят в зацепление друг с другом и образуют второй резьбовой участок, более близкий к внешнему пространству (внешний резьбовой участок). В случае резьбового соединения в первом варианте осуществления, коническая поверхность первого резьбового участка и коническая поверхность второго резьбового участка совпадают друг с другом, поскольку вторые уплотнительные поверхности 14 и 24 просто добавляются между первым резьбовым участком и вторым резьбовым участком.

[0036] Как показано на фиг. 2, что касается внутреннего резьбового участка, первый участок 13 с внешней резьбой ниппеля 10 включает в себя гребни 13а, впадины 13b, заводящие стороны 13с и нагружаемые стороны 13d, причем заводящие стороны 13с находятся в передней позиции при завинчивании, а нагружаемые стороны 13d располагаются напротив заводящих сторон 13с. С другой стороны, первый участок 23 с внутренней резьбой муфты 20 включает в себя гребни 23а, обращенные к впадинам 13b первого участка 13 с внешней резьбой, впадины 23b, обращенные к гребням 13а первого участка 13 с внешней резьбой, заводящие стороны 23с обращенные к заводящим сторонам 13с первого участка 13 с внешней резьбой и нагружаемые стороны 23d, обращенные к нагружаемым сторонам 13d первого участка 13 с внешней резьбой.

[0037] Что касается внешнего резьбового участка, второй участок 15 с внешней резьбой ниппеля 10 включает в себя гребни 15а, впадины 15b, заводящие стороны 15с и нагружаемые стороны 15d, причем заводящие стороны 15с, располагаются в передней позиции при завинчивании, а нагружаемые стороны 15d располагаются напротив заводящих сторон 15с. С другой стороны, второй участок 25 с внутренней резьбой муфты 20 включает в себя гребни 25а, обращенные к впадинам 15b второго участка 15 с внешней резьбой, впадины 25b, обращенные к гребням 15а второго участка 15 с внешней резьбой, заводящие стороны 25с, обращенные к заводящим сторонам 15с второго участка 15 с внешней резьбой и нагружаемые стороны 25d, обращенные к нагружаемым сторонам 15d второго участка 15 с внешней резьбой.

[0038] Конические резьбы первого резьбового участка в настоящем варианте осуществления представляют собой трапециевидные, конические резьбы, а угол наклона каждой из нагружаемых сторон 13d и 23d представляет собой отрицательный угол, который составляет менее 0 градусов. Угол наклона, как обозначается в данном документе, представляет собой угол, образованный плоскостью, перпендикулярной к оси CL трубы и стороной, и в данном документе, углы по часовой стрелке обозначаются как положительные углы (см. фиг. 2). То же самое верно для конических резьб второго резьбового участка.

[0039] Следует отметить, что в отношении внутреннего резьбового участка, первый участок 13 с внешней резьбой ниппеля 10 состоит, в порядке от ближней второй уплотнительной поверхности 14, из: секции 31b неполной резьбы и секции 31a полной резьбы. Секция 31b неполной резьбы имеет длину вдоль оси CL трубы, причем длина по меньшей мере составляет трехкратную величину шага резьбы первого участка 13 с внешней резьбой. Кроме того, в первом участке 13 с внешней резьбой секция 31b неполной резьбы имеет высоту резьбы ниже высоты резьбы секции 31a полной резьбы. Впадины 13b в секции 31b неполной резьбы первого участка 13 с внешней резьбой и впадины 13b в секции 31a полной резьбы находятся на одном уровне с единой конической поверхностью. Гребни 13а в секции 31b неполной резьбы первого участка 13 с внешней резьбой, начиная с границы между секцией 31а полной резьбы и секцией 31b неполной резьбы, находятся на одном уровне с цилиндрической периферией, которая параллельна оси CL трубы.

[0040] Что касается внешнего резьбового участка, второй участок 25 с внутренней резьбой муфты 20 состоит, в порядке от ближней второй уплотнительной поверхности 24, из: секции 32b неполной резьбы и секции 32а полной резьбы. Длина секции 32b неполной резьбы вдоль оси CL трубы составляет практически, примерно, от трехкратной до восьмикратной величины шага резьбы второго участка 25 с внутренней резьбой, хотя длина не имеет особого значения. Кроме того, в секции 32b неполной резьбы высота резьбы второго участка 25 с внутренней резьбой ниже, чем высота резьбы секции 32a полной резьбы. Впадины 25b в секции 32b неполной резьбы второго участка 25 с внутренней резьбой и впадины 25b в секции 32а полной резьбы находятся на одном уровне с единой конической поверхностью.

[0041] Впадины 13b первого участка 13 с внешней резьбой находятся на продолжающихся конических поверхностях впадин 15b второго участка 15 с внешней резьбой.

[0042] Первый участок 13 с внешней резьбой и первый участок 23 с внутренней резьбой (внутренний резьбовой участок), а также второй участок 15 с внешней резьбой и второй участок 25 с внутренней резьбой (внешний резьбовой участок) способны сцепляться с помощью резьбы друг с другом, соответственно, и в скрепленном состоянии, сцепляются в плотном контакте друг с другом и имеют посадку с натягом. Первые уплотнительные поверхности 12 и 22 и вторые уплотнительные поверхности 14 и 24 приводятся в контакт друг с другом посредством ввинчивания ниппеля 10, соответственно, и в скрепленном состоянии, сцепляются в плотном контакте друг с другом и имеют посадку с натягом так, чтобы сформировать первый уплотнительный участок (участок внутреннего уплотнения) и второй уплотнительный участок (участок промежуточного уплотнения) посредством контакта типа поверхность-к-поверхности. Плечевые поверхности 11 и 21 приводятся в контакт и прижимаются друг к другу посредством ввинчивания ниппеля 10 и в скрепленном состоянии прикладывают затягивающее осевое усилие к нагружаемым сторонам 13d и 15d ниппеля 10.

[0043] Что касается внутреннего резьбового участка в скрепленном состоянии, то секция 31a полной резьбы и секция 31b неполной резьбы приводятся в следующее состояние. Нагружаемые стороны 13d первого участка 13 с внешней резьбой и нагружаемые стороны 23d первого участка 23 с внутренней резьбой находятся в контакте друг с другом. Между впадинами 13b первого участка 13 с внешней резьбой и гребнями 23а первого участка 23 с внутренней резьбой образованы зазоры. Зазоры образованы между заводящими сторонами 13с первого участка 13 с внешней резьбой и заводящими сторонами 23с первого участка 23 с внутренней резьбой. Однако в секции 31a полной резьбы гребни 13а первого участка 13 с внешней резьбой и впадины 23b первого участка 23 с внутренней резьбой контактируют друг с другом. Напротив, в секции 31b неполной резьбы вблизи вторых уплотнительных поверхностей 14 и 24 (участок промежуточного уплотнения) между гребнями 13а первого участка 13 с внешней резьбой и впадинами 23b первого участка 23 с внутренней резьбой образованы зазоры для того, чтобы облегчить сцепление и плотный контакт первого резьбового участка.

[0044] Что касается внешнего резьбового участка в скрепленном состоянии, то и секция 32а полной резьбы, и секция 32b неполной резьбы приводятся в следующее состояние. Нагружаемые стороны 15d второго участка 15 с внешней резьбой и нагружаемые стороны 25d второго участка 25 с внутренней резьбой находятся в контакте друг с другом. Между гребнями 15а второго участка 15 с внешней резьбой и впадинами 25b второго участка 25 с внутренней резьбой образованы зазоры. Зазоры образованы между заводящими сторонами 15с второго участка 15 с внешней резьбой и заводящими сторонами 25с второго участка 25 с внутренней резьбой. Однако в секции 32а полной резьбы впадины 15b второго участка 15 с внешней резьбой и гребни 25а второго участка 25 с внутренней резьбой находятся в контакте друг с другом. Напротив, в секции 32b неполной резьбы вблизи вторых уплотнительных поверхностей 14 и 24 (участок промежуточного уплотнения) между впадинами 15b второго участка 15 с внешней резьбой и гребнями 25а второго участка 25 с внутренней резьбой образованы зазоры для того, чтобы облегчить сцепление и плотный контакт второго резьбового участка.

[0045] Опционально, что касается внешнего резьбового участка в скрепленном состоянии, в противоположность вышеописанному варианту осуществления, то в секции 32а полной резьбы и в секции 32b неполной резьбы, гребни 15а второго участка 15 с внешней резьбой и впадины 25b второго участка 25 с внутренней резьбой могут быть в контакте друг с другом. В этом случае впадины 15b второго участка 15 с внешней резьбой и гребни 25а второго участка 25 с внутренней резьбой не находятся в контакте друг с другом ни в секции 32а полной резьбы, ни в секции 32b неполной резьбы, и между ними образованы зазоры.

[0046] При использовании резьбового соединения в первом варианте осуществления, имеющем такую конфигурацию, угол наклона нагружаемых сторон 13d и 23d в первом резьбовом участке (внутренний резьбовой участок) составляет менее 0 градусов. В секции 31b неполной резьбы в первом резьбовом участке, сцепление и плотный контакт в первом резьбовом участке ослабляется. В результате, когда высокое внешнее давление прикладывается к резьбовому соединению, в муфте 20, секция 31b неполной резьбы первого резьбового участка и области вторых уплотнительных поверхностей 24, которые являются участком промежуточного уплотнения, прилегающим к секции 31b неполной резьбы, подвергается радиальному сжатию. В результате контактное межповерхностное давление между вторыми уплотнительными поверхностями 14 и 24 увеличивается, улучшая характеристики уплотнения от внешнего давления.

[0047] Характеристика уплотнения от внутреннего давления поддерживается контактом типа поверхность-к-поверхности между первыми уплотнительными поверхностями 12 и 22, являющимися участком внутреннего уплотнения.

[0048] Следует отметить, что в секции 31b неполной резьбы в первом резьбовом участке только нагружаемые стороны 13d и 23d являются контактными областями между первым участком 13 с внешней резьбой и первым участком 23 с внутренней резьбой. В этом случае скрепленное состояние может стать неустойчивым, поскольку на первый взгляд общая площадь сцепления первого резьбового участка уменьшается. Однако на самом деле, поскольку второй резьбовой участок располагается снаружи от первого резьбового участка, скрепленное состояние стабилизируется сцеплением второго резьбового участка.

[0049] Ниже приведены дополнительные описания предпочтительных вариантов осуществления основных деталей.

[0050] В секции 31b неполной резьбы и в секции 31a полной резьбы первого резьбового участка, зазоры устанавливаются между впадинами 13b первого участка 13 с внешней резьбой и гребнями 23а первого участка 23 с внутренней резьбой так, чтобы гарантировать отсутствие помех радиальному сжатию муфты 20 при приложении внешнего давления. Например, зазоры составляют, предпочтительно, 0,05 мм или более. Верхний предел зазоров особо не указывается, но если зазоры слишком велики, уменьшение общей площади сцепления в первом резьбовом участке становится значительным. В результате, когда растягивающая нагрузка и сжимающая нагрузка прикладываются к резьбовому соединению, напряжение, действующее на первый резьбовой участок, становится относительно высоким, приводя к риску пластической деформации первого резьбового участка. Кроме того, существует риск возникновения явления, при котором ниппель 10 невольно становится отсоединенным от муфты 20 (выскакивание). Поэтому, с точки зрения практичности, верхний предел зазоров предпочтительно устанавливается равным примерно 0,25 мм.

[0051] Если длина секции 31b неполной резьбы в первом резьбовом участке слишком короткая, муфта 20 не подвергается радиальному сжатию эффективным образом во время прикладывания внешнего давления. Следовательно, нижний предел длины секции 31b неполной резьбы составляет трехкратную величину шага резьбы первого участка 13 с внешней резьбой. Более предпочтительный нижний предел длины секции 31b неполной резьбы составляет четырехкратную величину шага резьбы первого участка 13 с внешней резьбой.

[0052] С другой стороны, если длина секции 31b неполной резьбы в первом резьбовом участке слишком большая, возникает следующий недостаток. Эффекты улучшения характеристик уплотнения при радиальном сжатии муфты 20 из-за прикладывания внешнего давления будут подавляться. Кроме того, уменьшение общей площади сцепления в первом резьбовом участке становится значительным. Это ведет к пластической деформации первого резьбового участка или к возникновению выскакивания, когда растягивающая нагрузка и сжимающая нагрузка прикладываются к резьбовому соединению. Поэтому является предпочтительным, чтобы верхний предел длины секции 31b неполной резьбы был равен восьмикратной величине шага резьбы первого участка 13 с внешней резьбой. Более предпочтительный верхний предел длины секции 31b неполной резьбы составляет семикратную величину шага резьбы первого участка 13 с внешней резьбой.

[0053] Нижний предел угла наклона нагружаемых сторон 13d и 23d в первом резьбовом участке (внутренний резьбовой участок) конкретно не указывается. Это связано с тем, что если угол наклона нагружаемых сторон 13d и 23d является отрицательным углом, который меньше 0 градусов, то радиальное сжатие муфты 20 не имеет препятствий во время прикладывания внешнего давления. Однако нижний предел угла наклона нагружаемых сторон 13d и 23d с точки зрения удобства механической обработки при нарезке резьбы, предпочтительно устанавливается в размере -15 градусов. Более предпочтительный нижний предел угла наклона составляет -10 градусов.

[0054] Второй вариант осуществления

Фиг. 3 представляет собой вид с продольным сечением резьбового соединения для стальной трубы, согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 4 представляет собой увеличенный вид с продольным сечением резьбового соединения для стальной трубы, показывающий область вблизи его второго уплотнительного участка. Резьбовое соединение во втором варианте осуществления, показанное на фиг. 3 и фиг. 4 является разновидностью резьбового соединения, соответвующего первому варианту осуществления, показанному на фиг. 1 и фиг. 2, и поэтому описания, избыточные в отношении тех, что даны в первом варианте осуществления, не будут повторяться там, где это обосновано.

[0055] Как показано на фиг. 3 и фиг. 4, ниппель 10 включает в себя между первым участком 13 с внешней резьбой и второй уплотнительной поверхностью 14, кольцевой участок 16. С другой стороны, муфта 20 снабжается кольцевой канавкой между первым участком 23 с внутренней резьбой и второй уплотнительной поверхностью 24, и включает в себя кольцевой участок 26, который образуется посредством обеспечения кольцевой канавки. Кольцевой участок 26 муфты 20 предусматривается соответствующим кольцевому участку 16 ниппеля 10, и в скрепленном состоянии не контактирует с кольцевым участком 16 ниппеля 10. То есть в скрепленном состоянии образован зазор между кольцевым участком 16 ниппеля 10 и кольцевым участком 26 муфты 20 с внутренней резьбой. Поскольку излишняя смазка (далее также называемая как паста), которая была применена во время скрепления резьбы, может быть помещена в зазоре, можно избежать контактного давления между вторыми уплотнительными поверхностями 14 и 24, которое невольно уменьшается благодаря увеличению давления пасты.

[0056] Следует отметить, что если длина кольцевого участка 16 ниппеля 10 вдоль оси CL трубы слишком велика, возникает следующий недостаток. В случае, когда общая длина резьбового соединения стандартизуется, общая длина первого резьбового участка и второго резьбового участка существенно укорачивается. В результате, когда растягивающая нагрузка и сжимающая нагрузка прикладываются к резьбовому соединению, напряжение, действующее на первый резьбовой участок и второй резьбовой участок, становится относительно высоким, приводя к риску пластической деформации первого резьбового участка и второго резьбового участка. Кроме того, существует риск возникновения выскакивания. Следовательно, длина кольцевого участка 16 составляет, предпочтительно, не более трехкратной величины шага резьбы первого участка 13 с внешней резьбой.

[0057] Резьбовое соединение, согласно второму варианту осуществления, также создает выгодные эффекты, аналогичные эффектам первого варианта осуществления, описанного выше.

[0058] Настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами осуществления, и могут быть сделаны различные модификации без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения. Например, в вариантах осуществления, описанных выше, гребни 13а в секции 31b неполной резьбы первого участка 13 с внешней резьбой располагаются на одном уровне с цилиндрической поверхностью, параллельной оси CL трубы, но могут быть на одном уровне с конической поверхностью, которая наклоняется в направлении к оси трубы CL. Кроме того, в описанных выше вариантах осуществления, впадины 13b первого участка 13 с внешней резьбой располагаются на одном уровне с продленной конической поверхностью впадин 15b второго участка 15 с внешней резьбой, но могут быть расположены между продленной поверхностью и конической поверхностью, имеющей внешний диаметр, меньший, чем продленная поверхность, вдвое от высоты резьбы второго участка 15 с внешней резьбой.

[0059] Резьбовые соединения вариантов осуществления, описанных выше, могут быть использованы либо как резьбовое соединение объединенного типа, либо как резьбовое соединение с муфтой.

ПРИМЕР

[0060] Чтобы подтвердить преимущества настоящего изобретения, было проведено численное моделирование и анализ с использованием метода конечных элементов для упругопластических деформаций.

[0061] Условия испытания.

В анализе методом конечных элементов были подготовлены модели резьбового соединения с муфтой для трубных изделий нефтяного сортамента. Для данных моделей изменяются: угол наклона нагружаемых сторон первого резьбового участка, местоположения формирования зазоров и размеры зазоров в первом резьбовом участке, местоположения формирования зазоров во втором резьбовом участке, длина секции неполной резьбы в первом резьбовом участке, и длина кольцевого участка.

[0062] Общие условия были следующими.

- Размер стальной трубы: 10-1/8 дюйм * 0,8 дюйм (внешний диаметр 257,2 мм и толщина стенки 20,3 мм), внешний диаметр муфты: 276,6 мм.

- Класс стальной трубы и муфты: стандарт Q125 Американского Института нефти (API) (углеродистая сталь с пределом текучести 125 тысяч фунтов/кв. дюйм).

- Форма резьбы (первый резьбовой участок и второй резьбовой участок): конусность - 1/10, высота резьбы (секция полной резьбы) - 1,575 мм, шаг резьбы - 5,08 мм, угол заводящей стороны - 10 градусов и зазор между заводящими сторонами - 0,15 мм.

[0063] В анализе методом конечных элементов, используемым материалом был изотропный, упрочненный эластомер, материал смоделирован таким образом, чтобы иметь коэффициент упругости 210 [ГПа] и номинальный предел текучести, выраженный как условный предел текучести при остаточной деформации 0,2% - 125 тысяч фунтов/кв. дюйм (=862 [МПа]). Затяжка была проведена до такой степени, что плечевые поверхности ниппеля и муфты были приведены в контакт друг с другом, и далее продолжалась до точки 1,5/100 оборотов.

[0064] Различные условия показываются в таблице 1 ниже.

Таблица 1

№	Угол нагружаемой стороны [°]	Зазор в секции полной резьбы	Длина кольцевого участка [мм]	Длина секции неполной резьбы [мм]	Усилие уплотнительного контакта (Относительно №1)	Оценка	Классификация
		1-й резьбовой участок (внутренний резьбовой участок)			2-й резьбовой участок (внешний резьбовой участок)
Место (относительно ниппеля)	Зазор [мм]	Место (относительно ниппеля)	Зазор [мм]	2-е уплотнение (проме-жуточное уплотнение)	1-е уплотнение (внутреннее уплотнение)
1	-3	Гребень*	0,20	Гребень	0,20	0,00	0,00 *	1,00	1,00	×	Сравнительный пример
2	-3	Впадина	0,20	Гребень	0,20	0,00	33,05	1,14	1,05		Пример изобретения
3	-3	Гребень*	0,20	Гребень	0,20	14,05	0,00 *	0,97	0,96	×	Сравнительный пример
4	3*	Впадина	0,20	Гребень	0,20	14,05	19,00	0,89	0,89	×	Сравнительный пример
5	-3	Впадина	0,20	Гребень	0,20	14,05	19,00	1,17	1,02		Пример изобретения
6	-3	Впадина	0,10	Гребень	0,20	14,05	19,00	1,13	1,07		Пример изобретения.
7	-3	Впадина	0,05	Гребень	0,20	14,05	19,00	1,15	1,08		Пример изобретения
8	-3	Впадина	0,20	Впадина	0,20	14,05	19,00	1,06	1,05		Пример изобретения
9	-3	Впадина	0,20	Гребень	0,20	14,05	13,36	1,19	1,03		Пример изобретения
10	-3	Впадина	0,20	Гребень	0,20	14,05	22,85	1,10	1,00		Пример изобретения
11	-3	Гребень*	0,20	Гребень	0,20	33,05	0,00 *	1,12	0,58		Сравнительный пример

Примечания: Символ «*» указывает на то, что это значение находится за пределами диапазона, оговоренного настоящим изобретением.

[0065] Модели с номерами 1, 3, 4 и 11 испытаний являются сравнительными примерами, которые не удовлетворяют условиям, оговоренным настоящим изобретением. Среди них, каждая из моделей с номерами 1, 3 и 11 испытаний предусматривают зазоры между гребнями резьбового участка с внешней резьбой (ниппеля) и впадинами резьбового участка с внутренней резьбой (муфты) в секции полной резьбы первого резьбового участка, и не имеют никакой секции неполной резьбы. Модель с номером 4 испытания имеет угол наклона нагружаемой стороны 3 градуса, который является положительным углом. С другой стороны, модели с номерами 2 и 5-10 испытаний являются примерами изобретения, которые удовлетворяют условиям, оговоренным настоящим изобретением. Среди них, модели с номером 2 испытания были подготовлены на основе резьбового соединения в первом варианте осуществления, как показано на фиг. 1 и фиг. 2. Модели с номерами 5-10 испытаний были подготовлены на основе резьбового соединения во втором варианте осуществления, показанном на фиг. 3 и фиг. 4.

[0066] Способ оценки.

В анализе методом конечных элементов последовательность нагружения, которая имитировала таковое в испытании серии A ISO 13679:2011 (International Organization for Standardization - Международная организация по стандартизации) была последовательно применена к каждой модели в закрепленном состоянии. Характеристика уплотнения от внешнего давления была оценена путем сравнения минимальных значений усилия уплотнительного контакта [Н/мм], т.е. «среднее контактное давление между поверхностями уплотнения» * «ширина контакта» второго уплотнительного участка (участок промежуточного уплотнения) при нагружении. Следует отметить, что чем выше значение усилия контакта, тем лучше характеристика уплотнения участка уплотнения. Аналогично, характеристика уплотнения от внутреннего давления первого уплотнительного участка (участка внутреннего уплотнения) была оценена путем сравнения усилий уплотнительного контакта. Оценки характеристик уплотнения были выполнены следующим образом: при условии, что и характеристики уплотнения от внутреннего давления, и характеристики уплотнения от внешнего давления модели с номером 1 испытания были представлены значением 1, оценки остальных моделей были выполнены путем определения значений по отношению к значениям испытания № 1 как показатели.

[0067] Оценки характеристики уплотнения были выполнены с использованием следующих четырех уровней.

- : Отлично. Характеристика уплотнения участка промежуточного уплотнения от внешнего давления - 1,15 или более, а характеристика уплотнения участка внутреннего уплотнения от внутреннего давления - 1,0 или более.

- : Хорошо. Характеристика уплотнения участка промежуточного уплотнения от внешнего давления - 1,10 или более, а характеристика уплотнения участка внутреннего уплотнения от внутреннего давления - 1,0 или более.

- : Приемлемо. Характеристика уплотнения участка промежуточного уплотнения от внешнего давления - 1,05 или более, а характеристика уплотнения участка внутреннего уплотнения от внутреннего давления - 1,0 или более.

- : Плохо. Характеристика уплотнения участка промежуточного уплотнения от внешнего давления - менее, чем 1,05, или характеристика уплотнения участка внутреннего уплотнения от внутреннего давления - менее, чем 1,0.

[0068] Результаты испытаний.

Результаты испытаний показываются выше, в таблице 1.

[0069] Модели с номерами 1 и 3 испытаний, которые являются сравнительными примерами, имели короткие длины секций неполной резьбы первых резьбовых участков, поэтому радиальное сжатие муфт было ограничено, и, следовательно, не было никакого улучшения в их характеристиках уплотнения от внешнего давления.

[0070] Модель с номером 4 испытания, которая является сравнительным примером, имела положительный угол нагружаемой стороны первого резьбового участка, радиальное сжатие муфты было ограничено, и, следовательно, не было никакого улучшения в ее характеристике уплотнения от внешнего давления.

[0071] Модель с номером 11 испытания, которая является сравнительным примером, имела короткую длину секции неполной резьбы первого резьбового участка, однако продемонстрировала улучшенную характеристику уплотнения от внешнего давления. Это связано с тем, что радиальное сжатие муфты было, по существу, допущено, благодаря обеспечению длинного кольцевого участка. Однако общая площадь сцепления в первом резьбовом участке была значительно уменьшена из-за обеспечения длинного кольцевого участка, и, следовательно, характеристика уплотнения от внутреннего давления была снижена.

[0072] Модели с номерами 2 и 5-10 испытаний, которые являются примерами изобретения, имели достаточно длинные секции неполной резьбы первых резьбовых участков, позволяя муфтам эффективно подвергаться радиальному сжатию и, таким образом, демонстрировали улучшенные характеристики уплотнения от внешнего давления и сохраненные характеристики уплотнения от внутреннего давления. Среди них, модели с номерами 5, 7 и 9 испытаний имели длины секций неполной резьбы, которые попадали в диапазон от четырехкратных до семикратных величин шага резьбы участков с внешней резьбой и демонстрировали замечательные, улучшенные характеристики уплотнения от внешнего давления.

[0073] Следует отметить, что модель с номером 8 испытания, которая является примером изобретения, имела низкий существенный запас натяга посадки участка промежуточного уплотнения, поскольку натяг посадки второго резьбового участка (участка с внешней резьбой) почти достигает участка промежуточного уплотнения, и, таким образом, степень улучшения характеристик уплотнения от внешнего давления была относительно небольшой.

[0074] Результаты, описанные выше, показывают, что применение резьбового соединения для стальных труб, согласно настоящему изобретению, позволяет улучшить характеристику уплотнения от внешнего давления, сохраняя при этом характеристику уплотнения от внутреннего давления.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[0075] Резьбовое соединение, согласно настоящему изобретению, способно эффективно использоваться в сочленении толстостенных стальных труб, которые используются в качестве трубных изделий нефтяного сортамента в суровых условиях.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

[0076] 10: ниппель,

11: плечевая поверхность,

12: первая уплотнительная поверхность,

13: первый участок с внешней резьбой,

13а: гребень первого участка с внешней резьбой,

13b: впадина первого участка с внешней резьбой,

13c: заводящая сторона первого участка с внешней резьбой,

13d: нагружаемая сторона первого участка с внешней резьбой,

14: вторая уплотнительная поверхность,

15: второй участок с внешней резьбой,

15а: гребень второго участка с внешней резьбой,

15b: впадина второго участка с внешней резьбой,

15с: заводящая сторона второго участка с внешней резьбой,

15d: нагружаемая сторона второго участка с внешней резьбой,

16: кольцевой участок,

20: муфта,

21: плечевая поверхность,

22: первая уплотнительная поверхность,

23: первый участок с внутренней резьбой,

23а: гребень первого участка с внутренней резьбой,

23b: впадина первого участка с внутренней резьбой,

23c: заводящая сторона первого участка с внутренней резьбой,

23d: нагружаемая сторона первого участка с внутренней резьбой,

24: вторая уплотнительная поверхность второго,

25: второй участок с внутренней резьбой,

25а: гребень второго участка с внутренней резьбой,

25b: впадина второго участка с внутренней резьбой,

25с: заводящая сторона второго участка с внутренней резьбой,

25d: нагружаемая сторона второго участка с внутренней резьбой,

26: кольцевой участок,

31a: секция полной резьбы первого резьбового участка,

31b: секция неполной резьбы первого резьбового участка,

32а: секция полной резьбы второго резьбового участка,

32b: секция неполной резьбы второго резьбового участка,

CL: ось трубы.

1. Резьбовое соединение для стальных труб, содержащее: трубный ниппель и трубную муфту, причем ниппель и муфта скреплены завинчиванием ниппеля на муфту, при этом

ниппель содержит, в порядке от его свободного конца: плечевую поверхность; первую уплотнительную поверхность; конический первый участок с внешней резьбой; вторую уплотнительную поверхность; и конический второй участок с внешней резьбой,

муфта содержит, в порядке от места, ближайшего к трубной основной части к ее свободному концу: плечевую поверхность; первую уплотнительную поверхность; конический первый участок с внутренней резьбой; вторую уплотнительную поверхность; и конический второй участок с внутренней резьбой,

причем первый участок с внешней резьбой включает в себя: гребни; впадины; заводящие стороны; и нагружаемые стороны,

первый участок с внутренней резьбой включает в себя: впадины, обращенные к гребням первого участка с внешней резьбой; гребни, обращенные к впадинам первого участка с внешней резьбой; заводящие стороны, обращенные к заводящим сторонам первого участка с внешней резьбой; и нагружаемые стороны, обращенные к нагружаемым сторонам первого участка с внешней резьбой,

нагружаемые стороны первого участка с внешней резьбой и первого участка с внутренней резьбой имеют угол наклона менее 0 градусов,

отличающееся тем, что

первый участок с внешней резьбой состоит, в порядке от места вблизи второй уплотнительной поверхности, из: секции неполной резьбы и секции полной резьбы,

секция неполной резьбы имеет длину вдоль оси трубы, причем длина по меньшей мере составляет трехкратную величину шага резьбы первого участка с внешней резьбой, и секция неполной резьбы имеет высоту резьбы, меньшую, чем высота резьбы секции полной резьбы, и

в скрепленном состоянии в секции полной резьбы: гребни первого участка с внешней резьбой находятся в контакте с впадинами первого участка с внутренней резьбой; нагружаемые стороны первого участка с внешней резьбой находятся в контакте с нагружаемыми сторонами первого участка с внутренней резьбой; зазоры образованы между впадинами первого участка с внешней резьбой и гребнями первого участка с внутренней резьбой; и зазоры образованы между заводящими сторонами первого участка с внешней резьбой и заводящими сторонами первого участка с внутренней резьбой, а в секции неполной резьбы: зазоры образованы между гребнями первого участка с внешней резьбой и впадинами первого участка с внутренней резьбой.

2. Резьбовое соединение для стальных труб по п. 1, отличающееся тем, что:

длина секции неполной резьбы вдоль оси трубы составляет не более восьмикратной величины шага резьбы первого участка с внешней резьбой.

3. Резьбовое соединение для стальных труб по п. 1, отличающееся тем, что:

ниппель включает между первым участком с внешней резьбой и второй уплотнительной поверхностью кольцевой участок, который в скрепленном состоянии не контактирует с муфтой.

4. Резьбовое соединение для стальных труб по п. 3, отличающееся тем, что:

длина кольцевого участка вдоль оси трубы составляет не более трехкратной величины шага резьбы первого участка с внешней резьбой.

5. Резьбовое соединение для стальных труб по п. 1, отличающееся тем, что:

зазоры между впадинами первого участка с внешней резьбой и гребнями первого участка с внутренней резьбой составляют 0,05 мм или более.

6. Резьбовое соединение для стальных труб по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что:

второй участок с внешней резьбой включает в себя гребни, впадины, заводящие стороны и нагружаемые стороны,

второй участок с внутренней резьбой включает в себя впадины, обращенные к гребням второго участка с внешней резьбой, гребни, обращенные к впадинам второго участка с внешней резьбой, заводящие стороны, обращенные к заводящим сторонам второго участка с внешней резьбой, и нагружаемые стороны, обращенные к нагружаемым сторонам второго участка с внешней резьбой,

угол наклона нагружаемых сторон второго участка с внешней резьбой и второго участка с внутренней резьбой составляет менее 0 градусов, и

в скрепленном состоянии впадины второго участка с внешней резьбой и гребни второго участка с внутренней резьбой находятся в контакте друг с другом, и нагружаемые стороны второго участка с внешней резьбой и нагружаемые стороны второго участка с внутренней резьбой находятся в контакте друг с другом, зазоры образованы между гребнями второго участка с внешней резьбой и впадинами второго участка с внутренней резьбой, и зазоры образованы между заводящими сторонами второго участка с внешней резьбой и заводящими сторонами второго участка с внутренней резьбой.