Резьбовое соединение для стальных труб

Изобретение относится к резьбовому соединению для стальных труб, в котором поверхностное повреждение не происходит легко на любой из внутренних или внешних резьб. Резьбовое соединение для стальных труб 1 включает в себя ниппель 10 и муфту 20. Ниппель 10 включает в себя: носовую часть 12; сужающуюся внутреннюю наружную резьбу 14; сужающуюся внешнюю наружную резьбу 17; внутреннюю уплотняющую поверхность 13 ниппеля; поверхность 18 промежуточного заплечика ниппеля и промежуточную уплотняющую поверхность 16 ниппеля. Муфта 20 включает в себя: сужающуюся внутреннюю внутреннюю резьбу 24; сужающуюся внешнюю внутреннюю резьбу 27; внутреннюю уплотняющую поверхность 23 муфты; поверхность 28 промежуточного заплечика муфты; промежуточную уплотняющую поверхность 26 муфты. Каждая из внутренней наружной резьбы 14, внешней наружной резьбы 17, внутренней внутренней резьбы 24 и внешней внутренней резьбы 27 включает в себя участок 141, 171, 241, 271 полнопрофильной резьбы. Каждый участок полнопрофильной резьбы включает внутренний конец, расположенный относительно близко к кончику ниппеля 10, и внешний конец, расположенный относительно близко к концу ниппеля 10, противоположному его кончику. Резьбовое соединение для стальных труб 1 удовлетворяет математическим выражениям. 3 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к резьбовому соединению, используемому для соединения стальных труб.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] В нефтяной скважине, скважине природного газа и т.д. (далее совместно называемых как «нефтяная скважина»), для добычи подземных ресурсов используются трубы нефтяной скважины, такие как обсадная труба или трубопровод. Труба для нефтяной скважины состоит из ряда соединенных вместе стальных труб, причем для соединения таких труб используется резьбовое соединение.

[0003] Такие резьбовые соединения для стальных труб обычно классифицируются как муфтового типа и интегрального типа. Соединение муфтового типа соединяет пару труб, одна из которых является стальной трубой, а другая является муфтой. В этом случае наружная резьба предусмотрена на внешней периферии каждого из концов стальной трубы, тогда как внутренняя резьба предусмотрена на внутренней периферии каждого из концов муфты. Затем наружная резьба стальной трубы ввинчивается во внутреннюю резьбу муфты таким образом, что они свинчиваются и соединяются. Интегральное соединение соединяет пару труб, которые обе являются стальными трубами, и не использует отдельную муфту. В этом случае, наружная резьба предусмотрена на внешней периферии одного конца каждой стальной трубы, тогда как внутренняя резьба предусмотрена на внутренней периферии другого конца. Затем, наружная резьба одной стальной трубы ввинчивается во внутреннюю резьбу другой стальной трубы таким образом, что они свинчиваются и соединяются.

[0004] Соединительный участок конца трубы, на котором предусмотрена наружная резьба, включает элемент, который должен быть вставлен во внутреннюю резьбу, и таким образом, обычно называется ниппелем. Соединительный участок конца трубы, на котором предусмотрена внутренняя резьба, включает элемент для приема наружной резьбы, и таким образом, обычно называется муфтой. Ниппель и муфта составляют концы труб и, таким образом, являются трубчатыми по форме.

[0005] В последние годы разрабатывается все больше и больше глубоких скважин в суровых условиях с высокими температурами и высокими давлениями, и требуется, чтобы резьбовое соединение для нефтяной трубы, используемой в такой скважине, имело дополнительную улучшенную герметичность. В частности, поскольку глубокие скважины имеют более высокие растягивающие/сжимающие нагрузки и внешнее давление, герметичность против внешних давлений при растягивающих/сжимающих нагрузках должна быть улучшена.

[0006] Резьбовое соединение для трубы нефтяной скважины демонстрирует высокую герметичность на своем уплотнении. Обычно участок уплотнения ниппеля имеет больший диаметр, чем диаметр участка уплотнения муфты. Таким образом, когда соединение свинчено, эти участки уплотнения плотно прилегают друг к другу для обеспечения посадки с натягом, тем самым образуя уплотнение с использованием контакта металл-металл. Разница между диаметром участка уплотнения ниппеля и диаметром участка уплотнения муфты называется «уплотнением натяга». Чем больше уплотнение натяга, тем выше сила контакта уплотнения, что обеспечивает лучшую герметичность.

[0007] Чтобы улучшить герметичность против внешнего давления, эффективным является увеличение толщины стенки того участка уплотнения ниппеля, на который действует внешнее давление. Это увеличивает сопротивление обжатию участка уплотнения ниппеля при приложении внешнего давления к резьбовому соединению, тем самым уменьшая снижение эффективного уплотнения натяга и снижая уменьшение силы контакта уплотнения. Кроме того, резьбовые участки должны иметь определенную длину, а поверхности заплечиков должны иметь определенные площади, чтобы обеспечить стабильную герметичность соединения даже при высоких растягивающих/сжимающих нагрузках.

[0008] Публикация WO 2015/194160 (Патентный документ 1) раскрывает резьбовое соединение для стальных труб, которое улучшает герметичность против внутреннего и внешнего давления (см. абзац [0020]). Это резьбовое соединение включает, начиная с кончика ниппеля (то есть от конца трубы корпуса трубы нефтяной скважины): поверхности заплечика, первые уплотняющие поверхности, первую наружную/внутреннюю резьбы, поверхности вспомогательного заплечика, кольцевые участки, вторые уплотняющие поверхности и вторую наружную/внутреннюю резьбы (см. абзац [0063] и фиг.6).

[0009] Первая наружная резьба в дальнейшем будет называться как «внутренняя наружная резьба», первая внутренняя резьба как «внутренняя внутренняя резьба», вторая наружная резьба как «внешняя наружная резьба», вторая внутренняя резьба как «внешняя внутренняя резьба», внутренняя наружная и внутренняя резьбы вместе как «внутренние резьбы», внешняя наружная и внутренняя резьбы вместе как «внешние резьбы», а резьбовое соединение, включающее внутреннюю и внешнюю резьбы, как «двухступенчатое резьбовое соединение».

[0010] JP Hei10 (1998) -89554 A (Патентный документ 2) раскрывает резьбовое соединение тонкого типа для трубы нефтяной скважины, в котором только упорные заплечики имеют высокую прочность, и которое обеспечивает хорошее сопротивление сжатию и коррозионную стойкость (см. абзац [0016]). Это резьбовое соединение представляет собой интегральное резьбовое соединение для трубы нефтяной скважины, включающее резьбы, которые обеспечивают резьбовое стягивание ниппеля и муфты, уплотнение для обеспечения достаточной герметичности против внутреннего или внешнего давления или против обоих видов давлений на трубу нефтяной скважины, а также крутящий момент заплечиков, который позволяет контролировать крутящий момент свинчивания, где сила крутящего момента заплечиков выше, чем у других участков соединения и корпуса трубы нефтяной скважины (см. абзац [0018] и фиг.1). Это соединение также представляет собой «двухступенчатое резьбовое соединение».

[0011] Публикация WO 2017/104282 (Патентный документ 3) раскрывает резьбовое соединение для стальных труб, которое обеспечивает хорошую герметичность и также предотвращает щелевую коррозию (см. абзац [0017]). Этот документ определяет такое взаимовлияние δ_shld между промежуточными заплечиками, при котором внутренние заплечики контактируют друг с другом в то же время, когда промежуточные заплечики контактируют друг с другом (см. Параграфы с [0050] по [0057] и фиг.3). Это соединение также представляет собой «двухступенчатое резьбовое соединение».

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[0012] [Патентный документ 1] публикация WO 2015/194160

[Патентный документ 2] JP Hei10(1998)-89554 A

[Патентный документ 3] публикация WO 2017/104282

[Патентный документ 4] PCT/JP2018/039964

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0013] Авторы изобретения вновь обнаружили, что при начале свинчивания двухступенчатого резьбового соединения может легко возникнуть повреждение поверхности как на внутренней, так и на внешней резьбах.

[0014] Задачей настоящего раскрытия является обеспечение резьбового соединения для стальных труб, в котором поверхностное повреждение не может легко возникнуть на какой-либо из внутренней и внешней резьб.

СРЕДСТВО РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

[0015] Авторы изобретения проанализировали поверхностное повреждение, которое возникает на любых внутренних резьбах или внешних резьбах при инициировании свинчивания двухступенчатого резьбового соединения для определения причин и получения следующих новых результатов исследования: Когда свинчивается двухступенчатое резьбовое соединение, внутренние резьбы контактируют друг с другом раньше, чем внешние резьбы контактируют друг с другом, или внешние резьбы контактируют друг с другом раньше, чем внутренние резьбы контактируют друг с другом. В начале свинчивания, резьбы не находится в полном зацеплении, что означает, что свинчивание продолжается, пока оси ниппеля и муфты не выровнены полностью, то есть в состоянии, называемом несоосностью. Таким образом, если внутренние резьбы контактируют первыми, внутренние резьбы принимают чрезмерные нагрузки; если внешние резьбы контактируют первыми, внешние резьбы принимает чрезмерные нагрузки. Внутренние или внешние резьбы, которые принимают чрезмерные нагрузки, испытывают локально высокие поверхностные давления, так что может легко возникнуть поверхностное повреждение.

[0016] Резьбовое соединение для стальных труб согласно настоящему изобретению включает: трубчатый ниппель; и трубчатую муфту, при этом ниппель ввинчен в муфту, так что ниппель и муфта свинчены. Ниппель включает в себя: сужающуюся внутреннюю наружную резьбу; сужающуюся внешнюю наружная резьба; и поверхность промежуточного заплечика ниппеля. Внутренняя наружная резьба предусмотрена на внешней периферии ниппеля и расположена относительно близко к кончику ниппеля. Внешняя наружная резьба предусмотрена на внешней периферии ниппеля и расположена относительно близко к концу ниппеля, противоположному к кончику. Поверхность промежуточного заплечика ниппеля расположена между внутренней наружной резьбой и внешней наружной резьбой. Муфта включает в себя: сужающуюся внутреннюю внутреннюю резьбу; сужающуюся внешнюю внутреннюю резьбу; и поверхность промежуточного заплечика муфты. Внутренняя внутренняя резьба предусмотрена на внутренней периферии муфты с тем, чтобы соответствовать внутренней наружной резьбе. Внешняя внутренняя резьба предусмотрена на внутренней периферии муфты с тем, чтобы соответствовать внешней наружной резьбе. Поверхность промежуточного заплечика муфты обращена к поверхности промежуточного заплечика ниппеля, при этом поверхность промежуточного заплечика муфты контактирует с поверхностью промежуточного заплечика ниппеля, когда ниппель и муфта свинчены.

[0017] Каждая из внутренней наружной резьбы, внешней наружной резьбы, внутренней внутренней резьбы и внешней внутренней резьбы включает в себя участок полнопрофильной резьбы, и при этом каждый из участков полнопрофильной резьбы включает в себя внутренний конец, расположенный относительно близко к кончику ниппеля и внешний конец, расположенный относительно близко к концу ниппеля, противоположному кончику. Ниппель и муфта, когда свинчиваются, имеют продольное сечение, содержащее ось стальной трубы. Ортогональная система координат, введенная в продольное сечение, имеет ось x, представленную осью стальной трубы, ось y, представленную радиусом стальной трубы, и начало (0,0) координат, представленное пересечением плоскости, содержащей поверхность промежуточного заплечика ниппеля и поверхность промежуточного заплечика муфты, с одной стороны, и ось стальной трубы, с другой стороны.

[0018] Резьбовое соединение для стальных труб удовлетворяет следующим выражениям, Выражения (1) и (2):

x₁+L₁<X₂ (1), и

u₁+L₂<U₂ (2).

[0019] Переменные в Выражениях (1) и (2) определены следующим образом:

[0020] (x₁, y₁) указывают координаты внутреннего конца полнопрофильного участка резьбы внутренней наружной резьбы. (x₂, y₂) указывают координаты внешнего конца полнопрофильного участка резьбы внутренней наружной резьбы. [(u₁,v₁)указывают координаты внутреннего конца полнопрофильного участка резьбы внешней наружной резьбы. [(u₂,v₂)указывают координаты внешнего конца полнопрофильного участка резьбы внешней наружной резьбы. (X₁,Y₁)указывают координаты внутреннего конца полнопрофильного участка резьбы внутренней внутренней резьбы. (X₂,Y₂)указывают координаты внешнего конца полнопрофильного участка резьбы внутренней внутренней резьбы. (U₁,V₁)указывают координаты внутреннего конца полнопрофильного участка резьбы внешней внутренней резьбы. (U₂,V₂)указывают координаты внешнего конца полнопрофильного участка резьбы внешней внутренней резьбы.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0021] В резьбовом соединении для стальных труб, описанном выше, внутренние резьбы контактируют друг с другом, по существу, одновременно с контактированием внешних резьб друг с другом, тем самым предотвращая поверхностное повреждение внутренних и внешних резьб.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0022] [Фиг.1] Фиг.1 представляет собой вид продольного сечения резьбового соединения для стальных труб согласно варианту осуществления.

[Фиг.2] Фиг.2 представляет собой вид продольного сечения резьбового соединения, показанного на фиг.1, разделенного на ниппель и муфту, и показанного в ортогональной системе координат.

[Фиг.3] Фиг.3 представляет собой увеличенный вид примера участка III на фиг.2.

[Фиг.4]Фиг.4 представляет собой увеличенный вид другого примера участка III на фиг.2.

[Фиг.5] Фиг.5 представляет собой увеличенный вид участка V по фиг.4.

[Фиг.6] Фиг.6 представляет собой вид продольного сечения внутренних резьб по фигурам 1 и 2, показывающий как они перемещаются, начиная с начала свинчивания до окончания свинчивания.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0023] [Устройство 1]

Резьбовое соединение для стальных труб согласно настоящему варианту осуществления включает: трубчатый ниппель; и трубчатую муфту, при этом ниппель ввинчен в муфту, так что ниппель и муфта свинчены. Ниппель включает в себя: сужающуюся внутреннюю наружную резьбу; сужающуюся внешнюю наружную резьбу; и поверхность промежуточного заплечика ниппеля. Внутренняя наружная резьба предусмотрена на внешней периферии ниппеля и расположена относительно близко к кончику ниппеля. Внешняя наружная резьба предусмотрена на внешней периферии ниппеля и расположена относительно близко к концу ниппеля, противоположному к кончику. Поверхность промежуточного заплечика ниппеля расположена между внутренней наружной резьбой и внешней наружной резьбой. Муфта включает в себя: сужающуюся внутреннюю внутреннюю резьбу; сужающуюся внешнюю внутреннюю резьбу; и поверхность промежуточного заплечика муфты. Внутренняя внутренняя резьба предусмотрена на внутренней периферии муфты с тем, чтобы соответствовать внутренней наружной резьбе. Внешняя внутренняя резьба предусмотрена на внутренней периферии муфты с тем, чтобы соответствовать внешней наружной резьбе. Поверхность промежуточного заплечика муфты обращена к поверхности промежуточного заплечика ниппеля, при этом поверхность промежуточного заплечика муфты контактирует с поверхностью промежуточного заплечика ниппеля, когда ниппель и муфта свинчены.

[0024] Каждая из внутренней наружной резьбы, внешней наружной резьбы, внутренней внутренней резьбы и внешней внутренней резьбы включает в себя участок полнопрофильной резьбы, и при этом каждый из участков полнопрофильной резьбы включает в себя внутренний конец, расположенный относительно близко к кончику ниппеля и внешний конец, расположенный относительно близко к концу ниппеля, противоположному кончику. Ниппель и муфта, когда свинчиваются, имеют продольное сечение, содержащее ось стальной трубы. Ортогональная система координат, введенная в продольное сечение, имеет ось x, представленную осью стальной трубы, ось y, представленную радиусом стальной трубы, и начало (0,0) координат, представленное пересечением плоскости, содержащей поверхность промежуточного заплечика ниппеля и поверхность промежуточного заплечика муфты, с одной стороны, и ось стальной трубы, с другой стороны.

[0025] Резьбовое соединение для стальных труб удовлетворяет следующим выражениям, Выражения (1) и (2):

x₁+L₁<X₂ (1), и

u₁+L₂<U₂ (2).

[0026] Переменные в Выражениях (1) и (2) определены следующим образом:

[0027] (x₁, y₁) указывают координаты внутреннего конца полнопрофильного участка резьбы внутренней наружной резьбы. (x₂, y₂) указывают координаты внешнего конца полнопрофильного участка резьбы внутренней наружной резьбы. [(u₁,v₁)указывают координаты внутреннего конца полнопрофильного участка резьбы внешней наружной резьбы. [(u₂,v₂)указывают координаты внешнего конца полнопрофильного участка резьбы внешней наружной резьбы. (X₁,Y₁)указывают координаты внутреннего конца полнопрофильного участка резьбы внутренней внутренней резьбы. (X₂,Y₂)указывают координаты внешнего конца полнопрофильного участка резьбы внутренней внутренней резьбы. (U₁,V₁)указывают координаты внутреннего конца полнопрофильного участка резьбы внешней внутренней резьбы. (U₂,V₂)указывают координаты внешнего конца полнопрофильного участка резьбы внешней внутренней резьбы.

[0028] В устройстве 1, внутренние резьбы контактируют друг с другом, по существу, одновременно с контактированием внешних резьб друг с другом, тем самым предотвращая поверхностное повреждение внутренних и внешних резьб.

[0029] [Устройство 2]

Начиная с резьбового соединения для стальных труб по Устройству 1, ниппель может дополнительно включать в себя: носовую часть, предусмотренную на кончике ниппеля; внутреннюю уплотняющую поверхность ниппеля, расположенную между носовой частью и внутренней наружной резьбой; и промежуточную уплотняющую поверхность ниппеля, предусмотренную между внешней наружной резьбой и поверхностью промежуточного заплечика ниппеля. Муфта может дополнительно включать: внутреннюю уплотняющую поверхность муфты, обращенную к внутренней уплотняющей поверхности ниппеля, при этом внутренняя уплотняющая поверхность муфты находится в контакте с внутренней уплотняющей поверхностью ниппеля, когда ниппель и муфта свинчены; и промежуточную уплотняющую поверхность муфты, обращенную к промежуточной уплотняющей поверхности ниппеля, причем промежуточная уплотняющая поверхность муфты находится в контакте с промежуточной уплотняющей поверхностью ниппеля, когда ниппель и муфта свинчены.

[0030] [Устройство 3]

Начиная с резьбового соединения для стальных труб по Устройству 1 или 2, промежуточная уплотняющая поверхность ниппеля может иметь меньший диаметр, чем огибающая линия вершины внешней внутренней резьбы.

[0031] Устройство 3 предотвращает внешнюю внутреннюю резьбу и промежуточную уплотняющую поверхности ниппеля от контакта друг с другом.

[0032] [Устройство 4]

Начиная с резьбового соединения для стальных труб по любому из Устройств с 1 по 3, резьбовое соединение может дополнительно удовлетворять следующим выражениям, Выражения (3) и (4):

X₂−(x₁+L₁)≥5 мм (3), и

U₂−(u₁+L₂)≥5 мм (4).

[0033] В Устройстве 4, внутренние резьбы могут контактировать друг с другом вдоль 5 мм или более, и внешние резьбы могут контактировать друг с другом вдоль 5 мм или более.

[0034] Теперь, настоящий вариант осуществления будет описан подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи. Одинаковые или соответствующие участки на чертежах обозначены одинаковыми ссылочными символами, и одно и то же описание не будет повторяться.

[0035] [Конфигурация резьбового соединения для стальных труб]

Ссылаясь на фиг.1, резьбовое соединение для стальных труб согласно настоящему варианту осуществления, обозначенное цифрой 1, представляет собой резьбовое соединение муфтового типа, которое включает трубчатый ниппель 10 и трубчатую муфту 20, которая должна быть навинчена на ниппель 10, когда ниппель 10 вкручивается внутрь.

[0036] Ниппель 10 включает в себя носовую часть 12, сужающуюся внутреннюю наружную резьбу 14, сужающуюся внешнюю наружную резьбу 17, внутреннюю уплотняющую поверхность 13 ниппеля, поверхность 18 промежуточного заплечика ниппеля, промежуточную уплотняющую поверхность 16 ниппеля и кольцевой участок 15а ниппеля.

[0037] Носовая часть 12 предусмотрена на кончике ниппеля 10. Внутренняя наружная резьба 14 предусмотрена на внешней периферии ниппеля 10 и расположена относительно близко к кончику ниппеля 10. Внешняя наружная резьба 17 предусмотрена на внешней периферии ниппеля 10 и расположена относительно близко к концу ниппеля 10, противоположному к кончику. Внутренняя уплотняющая поверхность 13 ниппеля расположена между носовой частью 12 и внутренней наружной резьбой 14. Поверхность 18 промежуточного заплечика ниппеля расположена между внутренней и внешней наружными резьбами 14 и 17. Промежуточная уплотняющая поверхность 16 ниппеля расположена между внешней наружной резьбой 17 и поверхностью 18 промежуточного заплечика ниппеля. Кольцевой участок 15а ниппеля расположен между поверхностью 18 промежуточного заплечика ниппеля и промежуточной уплотняющей поверхностью 16 ниппеля.

[0038] Муфта 20 включает в себя выточку 22, сужающуюся внутреннюю внутреннюю резьбу 24, сужающуюся внешнюю внутреннюю резьбу 27, внутреннюю уплотняющую поверхность 23 муфты, поверхность 28 промежуточного заплечика муфты, промежуточную уплотняющую поверхность 26 муфты, и кольцевой участок 25а муфты.

[0039] Выточка 22 соответствует носовой части 12. Внутренняя внутренняя резьба 24 предусмотрена на внутренней периферии муфты 20, чтобы соответствовать внутренней наружной резьбе 14. Внешняя внутренняя резьба 27 предусмотрена на внутренней периферии муфты 20, чтобы соответствовать внешней наружной резьбе 17. Внутренняя уплотняющая поверхность 23 муфты обращена к внутренней уплотняющей поверхности 13 ниппеля и находится в контакте с внутренней уплотняющей поверхностью 13 ниппеля, когда ниппель 10 и муфта 20 свинчены. Поверхность 28 промежуточного заплечика муфты обращена к поверхности 18 промежуточного заплечика ниппеля и находится в контакте с поверхностью 18 промежуточного заплечика ниппеля 10, когда ниппель 10 и муфта 20 свинчены. Промежуточная уплотняющая поверхность 26 муфты обращена к промежуточной уплотняющей поверхности 16 ниппеля и находится в контакте с промежуточной уплотняющей поверхностью 16 ниппеля, когда ниппель 10 и муфта 20 свинчены. Кольцевой участок 25а муфты обращен к кольцевому участку 15а ниппеля и находится на расстоянии от кольцевого участка 15а ниппеля, когда ниппель 10 и муфта 20 свинчены.

[0040] Внутренние наружная и внутренняя резьбы 14 и 24 в дальнейшем будут иногда вместе называться «внутренними резьбами 14 и 24». Внешние наружная и внутренняя резьбы 17 и 27 будут иногда вместе именоваться «внешними резьбами 17 и 27». Это резьбовое соединение 1 представляет собой двухступенчатое резьбовое соединение, включающее внутренние резьбы 14 и 24 и внешние резьбы 17 и 27.

[0041] Каждое из внутренней уплотняющей поверхности 13 ниппеля и промежуточной уплотняющей поверхности 16 ниппеля имеет форму поверхности, эквивалентную периферии усеченного конуса, уменьшающегося в диаметре к кончику, или форму, полученную путем объединения периферии такого усеченного конуса и поверхности, эквивалентной периферии тела вращения, полученной вращением кривой, такой как дуга, вокруг оси стальной трубы (в дальнейшем иногда просто называемой «осью трубы»).

[0042] Носовая часть 12 является трубчатой по форме и примыкает к внутренней уплотняющей поверхности 13 ниппеля в направлении оси CL трубы. Внешняя периферийная поверхность носовой части 12 может быть сужающейся поверхностью с таким же наклоном, как сужающаяся внутренняя уплотняющая поверхность 13 ниппеля, или с меньшим (т.е. более пологим) или большим (т.е. более крутым) наклоном. Более точно, если внешняя периферийная поверхность носовой части 12 является сужающейся поверхностью, эта внешняя периферийная поверхность имеет форму поверхности, эквивалентную периферии усеченного конуса, уменьшающегося в диаметре к кончику, или форму, полученную путем объединения периферии такого усеченного конуса и поверхности, эквивалентной периферии твердого тела вращения, полученной вращением кривой, такой как дуга вокруг оси CL трубы.

[0043] Ниппель 10 дополнительно включает в себя поверхность 11 вспомогательного заплечика ниппеля, предусмотренного на кончике ниппеля 10. Муфта 20 дополнительно включает в себя поверхность 21 вспомогательного заплечика муфты, приспособленную для обращения к поверхности 11 вспомогательного заплечика ниппеля. Поверхность 11 вспомогательного заплечика ниппеля может быть или не быть в контакте с поверхностью 21 вспомогательного заплечика муфты, когда ниппель 10 и муфта 20 свинчены.

[0044] Поверхность 11 вспомогательного заплечика ниппеля представляет собой кольцевую поверхность, в целом, перпендикулярную оси CL трубы. Более точно, поверхность 11 вспомогательного заплечика слегка наклонена, так что ее внешняя периферия расположена дальше к кончику ниппеля 10.

[0045] Поверхность 18 промежуточного заплечика расположена между внутренней наружной резьбой 14 и кольцевым участком 15а ниппеля. Поверхность 18 промежуточного заплечика примыкает к кольцевому участку 15а ниппеля. В настоящем варианте осуществления, поверхность 18 промежуточного заплечика представляет собой кольцевую поверхность, перпендикулярную оси CL трубы. В качестве альтернативы, аналогично поверхности 11 вспомогательного заплечика, поверхность 18 промежуточного заплечика может быть слегка наклонена, так что ее внешняя периферия расположена дальше к кончику ниппеля 10.

[0046] Кольцевой участок 15а ниппеля примыкает к передней части промежуточной уплотняющей поверхности 16 ниппеля в направлении оси CL трубы. Внутренняя наружная резьба 14 примыкает к кольцевому участку 15а ниппеля. Кольцевой участок 15b ниппеля примыкает к задней части промежуточной уплотняющей поверхности 16 ниппеля в направлении оси CL трубы. Внешняя наружная резьба 17 примыкает к кольцевому участку 15b ниппеля. Внешняя периферийная поверхность кольцевого участка 15а ниппеля может иметь любую форму, которая может обеспечить жесткость, и может быть цилиндрической поверхностью или сужающейся поверхностью с меньшим (или более пологим) наклоном, чем сужающаяся резьба внутренней наружной резьбы 14, или изогнутой поверхностью. То же самое относится к внешней периферийной поверхности кольцевого участка 15b ниппеля.

[0047] Внутренняя уплотняющая поверхность 23 муфты выступает к внутренней уплотняющей поверхности 13 ниппеля. В качестве альтернативы, внутренняя уплотняющая поверхность 23 муфты может не выступать. В таком исполнении, внутренняя уплотняющая поверхность 13 ниппеля выступает к внутренней уплотняющей поверхности 23 муфты.

[0048] Внутренняя наружная и внутренняя резьбы 14 и 24 представляют собой сужающиеся резьбы, которые могут входить в зацепление друг с другом, и являются трапецеидальными резьбами. Внешняя наружная и внутренняя резьбы 17 и 27 представляют собой сужающиеся резьбы, которые могут входить в зацепление друг с другом, и являются трапецеидальными резьбами.

[0049] Сужающиеся поверхности внутренних резьб 14 и 24 расположены ближе к оси CL трубы, чем сужающиеся поверхности внешних резьб 17 и 27. Это связано с тем, что поверхности 18 и 28 промежуточного заплечика предусмотрены между внутренними резьбами 14 и 24, с одной стороны, и внешними резьбами 17 и 27, с другой стороны. Таким образом, участки ниппеля 10, связанные с внутренней наружной резьбой 14 и внутренней уплотняющей поверхностью 13 ниппеля, имеют относительно малые внешние диаметры и, таким образом, имеют относительно небольшую толщину стенок. С другой стороны, участки ниппеля 10, связанные с внутренней уплотнительной поверхностью 16 ниппеля и внешней наружной резьбой 17, имеют относительно большие внешние диаметры и, таким образом, имеют относительно большую толщину стенок.

[0050] Внутренняя наружная и внутренняя резьбы 14 и 24 позволяют быть ввинченными друг в друга и, когда соединение свинчено, плотно контактировать друг с другом для обеспечения посадки с натягом. Точно так же, внешняя наружная и внутренняя резьбы 17 и 27 достигают посадки с натягом.

[0051] Когда ниппель 10 ввинчивается внутрь, внутренние уплотняющие поверхности 13 и 23 контактируют друг с другом, и промежуточные уплотняющие поверхности 16 и 26 контактируют друг с другом, и, когда соединение свинчено, каждая пара входит в тесный контакт в плотное прилегание для достижения посадки с натягом. Таким образом, внутренние уплотняющие поверхности 13 и 23 и промежуточные уплотняющие поверхности 16 и 26 образуют внутреннее уплотнение и промежуточное уплотнение, соответственно, с использованием контакта металл-металл.

[0052] Когда соединение свинчено, между носовой частью 12 ниппеля 10 и выточкой 22 муфты 20 образуется зазор. Между кольцевыми участками 15а и 25а ниппеля и муфты также образуется зазор. Между кольцевыми участками 15b и 25b ниппеля и муфты также образуется зазор.

[0053] Поверхности 18 и 28 промежуточного заплечика находятся в контакте друг с другом, когда соединение свинчено. Когда поверхности 18 и 28 промежуточного заплечика находятся в прессовом контакте, прикладывается осевое усилие затяжки, в основном, к опорной стороне внешней наружной резьбы 17.

[0054] Если предусмотрена поверхность 11 вспомогательного заплечика на кончике ниппеля 10, это снижает повреждение, вызванное сжимающими нагрузками; таким образом, можно ожидать дополнительного улучшения характеристики.

[0055] Ссылаясь к Фиг.2, внутренняя наружная резьба 14 включает в себя участок 141 полнопрофильной резьбы (в дальнейшем именуемый «участок внутренней полнопрофильной резьбы ниппеля»). Внешняя наружная резьба 17 включает в себя участок 171 полнопрофильной резьбы (в дальнейшем именуемый «участком внешней полнопрофильной резьбы ниппеля»). Внутренняя внутренняя резьба 24 включает в себя участок 241 полнопрофильной резьбы (в дальнейшем именуемый «участком внутренней полнопрофильной резьбы муфты»). Внешняя внутренняя резьба 27 включает в себя участок 271 полнопрофильной резьбы (в дальнейшем именуемый «участком внешней полнопрофильной резьбы муфты»).

[0056] Участок 141 внутренней полнопрофильной резьбы ниппеля включает внутренний конец 141i, расположенный относительно близко к кончику ниппеля 10, и внешний конец 141o, расположенный относительно близко к концу ниппеля 10, противоположному его кончику. Участок 171 внешней полнопрофильной резьбы ниппеля включает внутренний конец 171i, расположенный относительно близко к кончику ниппеля 10, и внешний конец 171o, расположенный относительно близко к концу ниппеля 10, противоположному его кончику. Участок 241 внутренней полнопрофильной резьбы муфты включает в себя внутренний конец 241i, расположенный относительно близко к кончику ниппеля 10 (то есть относительно близко к концу муфты 20, противоположному его кончику), и внешний конец 241o, расположенный относительно близко к концу ниппеля 10, противоположному его кончику (т.е. относительно близко к кончику муфты 20). Участок 271 внешней полнопрофильной резьбы муфты включает в себя внутренний конец 271i, расположенный относительно близко к кончику ниппеля 10 (то есть относительно близко к концу муфты 20, противоположному его кончику), и внешний конец 271o, расположенный относительно близко к концу ниппеля 10, противоположному его кончику (т.е. относительно близко к кончику муфты 20).

[0057] Внутренняя наружная резьба 14 дополнительно включает скос 142 (далее именуемый «внутренний скос ниппеля»). Внешняя наружная резьба 17 дополнительно включает в себя участок 172 с неполной резьбой (в дальнейшем именуемый «участком внешней неполной резьбы ниппеля») и скос 173 (далее именуемый «внешний скос ниппеля»). Внутренняя внутренняя резьба 24 дополнительно включает скосы 243 (далее именуемые «внутренние скосы муфты»). Внешняя внутренняя резьба 27 включает в себя участок 272 неполной резьбы (в дальнейшем именуемый «участком внешней неполной резьбы муфты»).

[0058] В участке полнопрофильной резьбы, как вершина (то есть выступ резьбы), так и впадина (то есть канавка резьбы) имеют идеальную заданную форму. В участке неполной резьбы, вершина (то есть выступ резьбы) или впадина (то есть канавка резьбы) имеют несовершенную форму. Скос также называется «наклонной поверхностью» и является разновидностью участка неполной резьбы.

[0059] Таблица 1 показывает комбинации участка полнопрофильной резьбы и участка неполной резьбы, совмещенных вместе.

[Таблица 1]

Ниппель	Муфта	Вершина наружной резьбы (впадина внутренней резьбы)	Впадина наружной резьбы (вершина внутренней резьбы)
участок полнопрофильной резьбы	участок полнопрофильной резьбы	нет контакта	контакт
участок полнопрофильной резьбы	участок неполной резьбы	нет контакта	нет контакта
участок неполной резьбы	участок полнопрофильной резьбы	нет контакта	контакт
участок неполной резьбы	участок неполной резьбы	нет контакта	нет контакта

[0060] Как показано в Таблице 1, согласно настоящему варианту осуществления, вершины 144 и 176 наружных резьб 14 и 17 не всегда контактируют с впадинами 247 и 276 внутренних резьб 24 и 27. Однако, что касается участков 241 и 271 полнопрофильной резьбы муфты 20, впадины наружных резьб 14 и 17 находятся в контакте с вершинами 244 и 274 внутренних резьб 24 и 27.

[0061] Внутренний конец 141i участка 141 внутренней полнопрофильной резьбы ниппеля расположен на пересечении огибающей линии 141e вершин 144 участка 141 внутренней полнопрофильной резьбы ниппеля и огибающей линии 142e вершин 145 внутреннего скоса 142 ниппеля. Внешний конец 141o участка 141 внутренней полнопрофильной резьбы ниппеля расположен на пересечении огибающей линии 141e вершин участка 141 внутренней полнопрофильной резьбы ниппеля и линии 143e продолжения внешней периферии 143 ниппеля 10. Внутренний конец 171i участка 171 внешней полнопрофильной резьбы ниппеля расположен на пересечении огибающей линии 171e вершин 174 участка 171 внешней полнопрофильной резьбы ниппеля и огибающей линии 172e вершин 175 внешнего скоса 173 ниппеля. Внешний конец 171o участка 171 внешней полнопрофильной резьбы ниппеля расположен на пересечении огибающей линии 171e вершин 174 участка 171 внешней полнопрофильной резьбы ниппеля и огибающей линии 172e вершин 176 участка 172 внешней неполной резьбы ниппеля (или линии продолжения внешней периферии 177 ниппеля 10, которая совпадает с вершинами 176).

[0062] Внутренний конец 241i участка 241 внутренней полнопрофильной резьбы муфты расположен на пересечении огибающей линии 241e вершин 244 участка 241 внутренней полнопрофильной резьбы муфты и огибающей линии 242e вершин 245 внутреннего скоса 242 муфты. Внешний конец 241o участка 241 внутренней полнопрофильной резьбы муфты расположен на пересечении огибающей линии 241e вершин 244 участка 241 внутренней полнопрофильной резьбы муфты и линии 243e продолжения вершин 246 внутреннего скоса 243 муфты. Внутренний конец 271i участка 271 внешней полнопрофильной резьбы муфты расположен на пересечении огибающей линии 271e вершин 274 участка 271 внешней полнопрофильной резьбы муфты и огибающей линии 272e вершин 275 участка 272 внешней неполной резьбы муфты. Внешний конец 271o участка 271 внешней полнопрофильной резьбы муфты расположен на пересечении огибающей линии 271e вершин 274 участка 271 внешней полнопрофильной резьбы муфты и линии 273e продолжения концевой поверхности 273 муфты 20.

[0063] Огибающие линии и линии продолжения представлены в виде линий на виде сечения; однако, поскольку ниппель 10 и муфта 20 являются трубчатыми по форме, в действительности они являются плоскостями. Соответственно, хотя внутренний и внешний концы представлены в виде точек в сечении, на самом деле они являются линиями.

[0064] Более конкретно, огибающие линии 141e, 171e, 241e и 271e вершин 144, 174, 244 и 274 определены следующим образом: Например, вершины 174 участка 171 внешней полнопрофильной резьбы ниппеля могут быть суженными, как показано на фиг.3, или могут иметь ступенчатую форму, как показано на фиг.4.

[0065] Если вершины 174 являются суженными, как показано на фиг.3, впадины 178 также являются суженными. Углы сужения вершин 174 и впадин 178 равны углу сужения внешней наружной резьбы 17. На виде сечения, вершины 174 расположены на одной и той же прямой линии. Эта прямая линия образует огибающую линию 171e вершин 174. Как обсуждалось выше, внешний конец 171o участка 171 внешней полнопрофильной резьбы ниппеля расположен на пересечении огибающей линии 171e вершин 174 участка 171 внешней полнопрофильной резьбы ниппеля и огибающей линии 172e вершин 176 участка 172 внешней неполной резьбы ниппеля т.е. линии 172е продолжения внешней периферии 177 ниппеля 10.

[0066] С другой стороны, если вершины 174 являются ступенчатыми, как показано на фиг.4, впадины 178 также являются ступенчатыми по форме. Вершины 174 и впадины 178 являются параллельными оси CL трубы. На виде сечения, вершины 174 не расположены на одной и той же прямой линии. Таким образом, в этом случае огибающая линия 171e определяется как прямая линия, проходящая через точку CP пересечения линии 174e продолжения вершин 174 и линии 179e продолжения закладной стороны 179, как показано на фиг.5. Закладная сторона 179 представляет собой одну из сторон внешней наружной резьбы 17, которая обращена к кончику ниппеля 10. Снова, как показано на фиг.4, внешний конец 171o участка 171 внешней полнопрофильной резьбы ниппеля расположен на пересечении огибающей линии 171e вершин 174 участка 171 внешней полнопрофильной резьбы ниппеля и огибающей линии 172e вершин 176 участка 172 внешней неполной резьбы ниппеля, то есть линии 172e продолжения внешней периферии 177 ниппеля 10.

[0067] Как показано на фиг.1, изготовленные ниппель 10 и муфта 20 имеют продольное сечение, содержащее ось CL трубы. Как показано на фиг.2, ортогональная система координат, представленная в продольном сечении, имеет ось x, представленную осью CL трубы, ось y, представленную радиусом стальной трубы, и начало координат (0,0), представленное пересечением CP плоскости SP, содержащей поверхность 18 промежуточного заплечика ниппеля и поверхность 28 промежуточного заплечика муфты, и ось CL трубы.

[0068] Это двухступенчатое резьбовое соединение удовлетворяет следующим выражениям, Выражения (1) и (2):

x₁+L₁<X₂ (1), и

u₁+L₂<U₂ (2).

[0069] Переменные в Выражениях (1) и (2) определены следующим образом:

[0070] Координаты на фиг. 2 определяются следующим образом:

(x₁, y₁): координаты внутреннего конца 141i внутреннего участка 141 полнопрофильной резьбы ниппеля;

(x₂, y₂): координаты внешнего конца 141o внутреннего участка 141 полнопрофильной резьбы ниппеля;

(u₁,v₁): координаты внутреннего конца 171i внешнего участка 171 полнопрофильной резьбы ниппеля;

(u₂,v₂): координаты внешнего конца 171o внешнего участка 171 полнопрофильной резьбы ниппеля;

(X₁,Y₁)): координаты внутреннего конца 241i внутреннего участка 241 полнопрофильной резьбы муфты;

(X₂,Y₂)): координаты внешнего конца 241o внутреннего участка 241 полнопрофильной резьбы муфты;

(U₁,V₁): координаты внутреннего конца 171i внешнего участка 271 полнопрофильной резьбы муфты;

(U₂,V₂): координаты внешнего конца 171o внешнего участка 271 полнопрофильной резьбы муфты;

[0071] В приведенных выше выражениях, L1 представляет собой расстояние, на которое ниппель 10 продвигается относительно муфты 20 в направлении оси CL трубы во время свинчивания внутренних резьб 14 и 24, начиная с начала свинчивания (т.е. когда огибающая линия 141e вершин 144 участка 141 внутренней полнопрофильной резьбы ниппеля достигает огибающей линии 241e вершин 244 участка 241 внутренней полнопрофильной резьбы муфты; в дальнейшем упоминается как "начало свинчивания внутренней резьбы") до завершения свинчивания (то есть, когда поверхность 18 промежуточного заплечика ниппеля достигнет поверхности 28 промежуточного заплечика муфты).

[0072] L2 представляет собой расстояние, на которое ниппель 10 продвигается относительно муфты 20 в направлении оси CL трубы во время свинчивания внешних резьб 17 и 27, начиная с начала свинчивания (т.е. когда огибающая линия 171е вершин 174 участка 171 внешней полнопрофильной резьбы ниппеля достигает огибающей линии 271e вершин 274 участка 271 внешней полнопрофильной резьбы муфты; в дальнейшем упоминается как "начало свинчивания внешней резьбы") до завершения свинчивания (то есть, когда поверхность 18 промежуточного заплечика ниппеля достигнет поверхности 28 промежуточного заплечика муфты).

[0073] α_pi указывает наклон (или уклон) огибающей линии 141e относительно оси x. α_po указывает наклон огибающей линии 171e относительно оси x. β_pi указывает точку пересечения огибающей линии 141e с осью y. β_po указывает точку пересечения огибающей линии 171e с осью y. β_bi указывает пересечение огибающей линии 241e с осью y. β_bo указывает точку пересечения огибающей линии 271e с осью y.

[0074] [Преимущества резьбового соединения для стальных труб]

В двухступенчатом резьбовом соединении 1, имеющем описанную выше конфигурацию, внутренние резьбы 14 и 24 контактируют друг с другом, в то время как внешние резьбы 17 и 27 контактируют друг с другом, тем самым предотвращая поверхностное повреждение внутренних резьб 14 и 24 и наружных резьб 17 и 27. Причина этого будет описана подробно ниже.

[0075] Огибающая линия 141e вершин 144 участка 141 внутренней полнопрофильной резьбы ниппеля представлена следующим выражением, Выражение (5):

[0076] Огибающая линия 171e вершин 174 участка 171 внешней полнопрофильной резьбы ниппеля представлена следующим выражением, Выражение (6):

[0077] Огибающая линия 241e вершин 244 участка 241 внутренней полнопрофильной резьбы ниппеля представлена следующим выражением, Выражение (7): В выражении (7) α_bi указывает наклон огибающей линии 241e относительно оси x:

[0078] Огибающая линия 271e вершин 274 участка 271 внешней полнопрофильной резьбы муфты представлена следующим выражением, Выражение (8): В выражении (8) α_bo указывает наклон огибающей линии 271e относительно оси x:

[0079] Ссылаясь к фиг.6, во время свинчивания внутренних резьб 14 и 24, ниппель 10 продвигается относительно муфты 20 на расстояние L1 в направлении оси CL трубы, начиная с начала свинчивания внутренней резьбы до завершения свинчивания внутренней резьбы. Расстояние L1 представлено следующими выражениями, Выражениями (9) и (10):

[0080] Аналогичным образом, во время свинчивания внешних резьб 17 и 27, ниппель 10 продвигается относительно муфты 20 на расстояние L2 в направлении оси CL трубы, начиная с начала свинчивания внешней резьбы до завершения свинчивания внешней резьбы. Расстояние L2 представлено следующими выражениями, Выражениями (11) и (12):

[0081] Поскольку углы сужения ниппеля 10 и муфты 20, по существу, равны, истиной является α_pi≈α_bi и α_po≈α_bo.

[0082] Для того, чтобы внутренние резьбы 14 и 24 начала контактировать одновременно с наружными резьбами 17 и 27, требуется только, чтобы в начале свинчивания внутренней резьбы координата x (x₁) внутреннего конца 141i участка 141 внутренней полнопрофильной резьбы ниппеля была меньше, чем координата x (X₂) внешнего конца 241o участка 241 внутренней полнопрофильной резьбы муфты, и в начале свинчивания внешней резьбы, координата x (u₁) внутреннего конца 171i участка 171 внешней полнопрофильной резьбы ниппеля была меньше, чем координата x (U₂) внешнего конца 271o участка 271 внешней полнопрофильной резьбы муфты, и, таким образом, требуется только, чтобы выражения (1) и (2) удовлетворялись:

x₁+L₁<X₂ (1), и

u₁+L₂<U₂ (2).

[0083] В вышеописанном двухступенчатом резьбовом соединении 1, промежуточная уплотняющая поверхность 16 ниппеля может иметь диаметр меньший, чем диаметр огибающей линии 271e вершин 274 внешней внутренней резьбы 27. Это позволит избежать контакта между внешней внутренней резьбой 27 и промежуточной уплотняющей поверхностью 18 ниппеля.

[0084] Вышеописанное двухступенчатое резьбовое соединение 1 может дополнительно удовлетворяет следующим выражениям, Выражения (3) и (4). В этом случае, внутренние резьбы 14 и 24 и внешние резьбы 17 и 27 будут иметь длину контакта 5 мм или более.

X₂−(x₁+L₁)≥5 мм (3), и

U₂−(u₁+L₂)≥5 мм (4).

[0085] Резьбовое соединение согласно описанному выше варианту осуществления может применяться не только к соединению муфтового типа, но также и к соединению интегрального типа.

[0086] В вышеописанном двухступенчатом резьбовом соединении 1 носовая часть 12, внутренняя уплотняющая поверхность 13 ниппеля, промежуточная уплотняющая поверхность 16 ниппеля, внутренняя уплотняющая поверхность 23 муфты и промежуточная уплотняющая поверхность 26 муфты могут не быть предусмотрены.

[0087] В противном случае, настоящее раскрытие не ограничено вышеописанными вариантами осуществления, и возможны различные модификации без отклонения от духа раскрытия.

ПРИМЕРЫ

[0088] Чтобы проверить преимущества резьбового соединения для стальных труб согласно настоящему варианту осуществления, были использованы реальные образцы для проведения оценочных испытаний сопротивления поверхностному повреждению.

[0089] <Условия испытания>

Множество образцов для испытаний с различными размерами использовалось для проведения повторных испытаний на свинчивание/развинчивание, как определено стандартом ISO 13679, чтобы определить, произошло ли поверхностное повреждение. Каждый образец представлял собой резьбовое соединение муфтового типа, имеющее базовую конфигурацию, показанную на фиг.1. Общие условия испытаний предусмотрены ниже:

[0090] (1) Размеры стальной трубы

7-5/8 [дюймов] × 1,06 [дюймов] (внешний диаметр: 193,7 [мм], толщина стенки: 27,0 [мм])

10-1/8 [дюймов] × 0,8 [дюймов] (внешний диаметр: 257,2 [мм], толщина стенки: 20,3 [мм])

(2) Марка стальной трубы

P110 в соответствии со стандартами API (углеродистая сталь с номинальным пределом текучести 110 [тыс. Фунтов/кв. дюйм])

[0091] <Способ вычисления>

[0092] Таблица 2 представляет собой сводку условий испытаний и вычислений для различных образцов для испытаний.

[Таблица 2]

Образец	Образец 1	Образец 2	Образец 3	Образец 4
Внешний диаметр стальной трубы	7-5/8 дюйма	7-5/8 дюйма	7-5/8 дюйма	10-1/8 дюйма
Расстояние запуска на начало свинчивания до завершения
	Внутренняя резьба	L1	60,0	40,0	33,3	53,6
Внешняя резьба	L2	69,7	40,0	33,3	53,6
Определение контакта внутренней резьбы
	Контакт если X2˃x1+L1	X1+L1	-6,1	-27,6	-37,6	-13,1
		X2	-19,7	-16,0	-15,2	-8,1
		определение	нет контакта	контакт	контакт	контакт
длина контакта		11,6	22,5	5,0
Определение контакта внешней резьбы
	Контакт если U2˃u1+L2	u1+L2	100,9	71,8	63,8	78,0
		U2	117,0	110,3	108,7	115,7
		определение	контакт	контакт	контакт	контакт
Длина контакта	16,1	38,6	44,9	37,7
Результат эксплуатационного испытания	Поверхностн.повреждение на внешних резьбах	пригодно	пригодно	пригодно
Прочее	сравнительный	По изобретению	По изобретению	По изобретению

[0093] <Результаты испытания>

В образце 1, в начале свинчивания, только внешние резьбы контактировали, а внутренние резьбы не контактировали, что привело к нестабильному контакту. Таким образом, в процессе свинчивания, к внешним резьбам прилагались избыточные нагрузки, так что при первом испытании на свинчивание/развинчивание на внешних резьбах возникало поверхностное повреждение.

[0094] В образцах 2-4 внутренние резьбы начали контактировать, по существу, в то же время, что и внешние резьбы, что привело к стабильному контакту от начала свинчивания до завершения свинчивания. Таким образом, равномерные нагрузки были приложены как к внутренним, так и к внешним резьбам, и поверхностного повреждения не происходило, при этом три испытания на свинчивание/развинчивание были успешными.

РАСШИФРОВКА ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

[0095]

10: ниппель

12: носовая часть

13: внутренняя уплотняющая поверхность ниппеля

14: внутренняя наружная резьба

16: промежуточная уплотняющая поверхность ниппеля

17: внешняя наружная резьба

18: поверхность промежуточного заплечика ниппеля

20: муфта

22: выточка (резьбового конца трубы)

23: внутренняя уплотняющая поверхность муфты

24: внутренняя внутренняя резьба

26: промежуточная уплотняющая поверхность муфты

27: внешняя внутренняя резьба

28: поверхность промежуточного заплечика муфты

141: участок внутренней полнопрофильной резьбы ниппеля

171: участок внешней полнопрофильной резьбы ниппеля

241: участок внутренней полнопрофильной резьбы муфты

271: участок внешней полнопрофильной резьбы муфты

141i, 171i, 241i, 271i: внутренние концы

141o, 171o, 241o, 271o: внешние концы.

1. Резьбовое соединение для стальных труб, содержащее: трубчатый ниппель и трубчатую муфту, при этом ниппель вкручен в муфту таким образом, что ниппель и муфта свинчены, при этом ниппель включает: суженную внутреннюю наружную резьбу, предусмотренную на внешней периферии ниппеля и расположенную относительно близко к кончику ниппеля, суженную внешнюю наружную резьбу, предусмотренную на внешней периферии ниппеля и расположенную относительно близко к концу ниппеля, противоположному к кончику, и поверхность промежуточного заплечика ниппеля, расположенную между внутренней наружной резьбой и внешней наружной резьбой, причем муфта включает: суженную внутреннюю внутреннюю резьбу, предусмотренную на внутренней периферии муфты с тем, чтобы соответствовать внутренней наружной резьбе, суженную внешнюю внутреннюю резьбу, предусмотренную на внутренней периферии муфты с тем, чтобы соответствовать внешней наружной резьбе, и поверхность промежуточного заплечика муфты, обращенную к поверхности промежуточного заплечика ниппеля, при этом поверхность промежуточного заплечика муфты контактирует с поверхностью промежуточного заплечика ниппеля, когда ниппель и муфта свинчены, при этом каждая из внутренней наружной резьбы, внешней наружной резьбы, внутренней внутренней резьбы и внешней внутренней резьбы включает участок полнопрофильной резьбы, и при этом каждый из участков полнопрофильной резьбы включает внутренний конец, расположенный относительно близко к кончику ниппеля, и внешний конец, расположенный относительно близко к концу ниппеля, противоположному кончику, причем ниппель и муфта, когда свинчены, имеют продольное сечение, содержащее ось стальной трубы, а ортогональная система координат, введенная в продольное сечение, имеет ось x, представленную осью стальной трубы, ось y, представленную радиусом стальной трубы, и начало (0,0) координат, представленное пересечением плоскости, содержащей поверхность промежуточного заплечика ниппеля и поверхность промежуточного заплечика муфты, с одной стороны, и ось стальной трубы, с другой стороны, и при этом резьбовое соединение удовлетворяет следующим выражениям:

x₁+L₁<X₂ (1), и

u₁+L₂<U₂ (2),

где в Выражениях (1) и (2),

L₁ представляет собой расстояние, на которое ниппель 10 продвигается относительно муфты 20 в направлении оси CL трубы во время свинчивания внутренних резьб 14 и 24, начиная с начала свинчивания;

L₂ представляет собой расстояние, на которое ниппель 10 продвигается относительно муфты 20 в направлении оси CL трубы во время свинчивания внешних резьб 17 и 27, начиная с начала свинчивания;

α_pi указывает наклон (или уклон) огибающей линии 141e относительно оси x;

α_po указывает наклон огибающей линии 171e относительно оси x;

β_pi указывает точку пересечения огибающей линии 141e с осью y;

β_po указывает точку пересечения огибающей линии 171e с осью y;

β_bi указывает пересечение огибающей линии 241e с осью y;

β_bo указывает точку пересечения огибающей линии 271e с осью y;

(x₁, y₁) указывают координаты внутреннего конца участка полнопрофильной резьбы внутренней наружной резьбы;

(x₂, y₂) указывают координаты внешнего конца участка полнопрофильной резьбы внутренней наружной резьбы;

(u₁,v₁) указывают координаты внутреннего конца участка полнопрофильной резьбы внешней наружной резьбы;

(u₂,v₂) указывают координаты внешнего конца участка полнопрофильной резьбы внешней наружной резьбы;

(X₁,Y₁) указывают координаты внутреннего конца участка полнопрофильной резьбы внутренней наружной резьбы;

(X₂,Y₂) указывают координаты внешнего конца участка полнопрофильной резьбы внутренней внутренней резьбы;

(U₁,V₁) указывают координаты внутреннего конца участка полнопрофильной резьбы внешней внутренней резьбы; и

(U₂,V₂) указывают координаты внешнего конца участка полнопрофильной резьбы внешней наружной резьбы.

2. Резьбовое соединение для стальных труб по п. 1, в котором ниппель дополнительно включает: носовую часть, предусмотренную на кончике ниппеля, внутреннюю уплотняющую поверхность ниппеля, расположенную между носовой частью и внутренней наружной резьбой, и промежуточную уплотняющую поверхность, расположенную между внешней наружной резьбой и поверхностью промежуточного заплечика, и при этом муфта включает: внутреннюю уплотняющую поверхность муфты, обращенную к внутренней уплотняющей поверхности ниппеля, при этом внутренняя уплотняющая поверхность муфты находится в контакте с внутренней уплотняющей поверхностью ниппеля, когда ниппель и муфта свинчены, и промежуточную уплотняющую поверхность муфты, обращенную к промежуточной уплотняющей поверхности ниппеля, при этом промежуточная уплотняющая поверхность муфты находится в контакте с промежуточной уплотняющей поверхностью ниппеля, когда ниппель и муфта свинчены.

3. Резьбовое соединение для стальных труб по п. 1 или 2, в котором промежуточная уплотняющая поверхность ниппеля имеет меньший диаметр, чем огибающая линия вершины внешней внутренней резьбы.

4. Резьбовое соединение для стальных труб по любому одному из пп. 1-3, дополнительно удовлетворяющее следующим выражениям (3) и (4):

X₂−(x₁+L₁)≥5 мм (3), и

U₂−(u₁+L₂)≥5 мм (4).