RU160214U1

RU160214U1 - HIGH SEALED THRESHOLD THREADED COUPLING CONNECTION

Info

Publication number: RU160214U1
Application number: RU2015145173/03U
Authority: RU
Inventors: Ришат Ринатович Хабибуллин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Зеленодольский завод бурового оборудования" (ООО "ЗЗБО")
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2016-03-10

Abstract

Высокогерметичное упорное резьбовое соединение труб, состоящее из муфты и трубы (ниппеля) с уплотнительным пояском, соединенных между собой конической трапецеидальной резьбой, шаг которой - 6,35 мм, конусность - 1/12, выполненной под одним углом φ от уплотнительного пояска до конца схода с наружной поверхности трубы; угол уклона грани витка резьбы, воспринимающей осевую растягивающую нагрузку, относительно перпендикуляра к оси трубы равен 3°, угол уклона противоположной грани витка равен 25°-35°; по вершинам витков резьбы имеются зазоры, герметичность резьбы обеспечивается сопряжением с натягом уплотнительного пояска и конической расточки в муфте, при этом конические упорные поверхности, ограничивающие осевое перемещение ниппеля в муфте, выполнены под углом уклона 7,5°-15° относительно перпендикуляра к оси трубы, вогнутая упорная поверхность муфты и выступающий конус упорного пояска ниппеля имеют радиальное закругление, отличающееся тем, что герметизирующая поверхность уплотнительного пояска ниппеля выполнена в виде тора для обсадных труб (ОТ) диаметром более 127 мм или в виде сферы для ОТ диаметром менее 127 мм; радиус закругления вогнутой упорной конической поверхности муфты равен 0,2 мм, соответствующий радиус закругления выступающего конуса уплотнительного пояска ниппеля равен 0,6 мм, при этом за счет небольшого различия в углах упорных поверхностей ниппеля и муфты и различных размеров указанных радиусов закругления (0,2 мм и 0,6 мм) в момент начала контакта упорных поверхностей образуется замкнутое пространство для смазки, которая при окончательном докреплении резьбового соединения с натягом перемещается вдоль скользящих поверхностей, предотвраHighly sealed threaded threaded pipe connection, consisting of a sleeve and pipe (nipple) with a sealing girdle, interconnected by a tapered trapezoidal thread, the pitch of which is 6.35 mm, taper is 1/12, made at the same angle φ from the sealing girdle to the end of the runoff from the outer surface of the pipe; the angle of the slope of the edge of the thread, perceiving the axial tensile load, relative to the perpendicular to the axis of the pipe is 3 °, the angle of inclination of the opposite face of the thread is 25 ° -35 °; There are gaps on the tops of the thread turns, the tightness of the thread is ensured by interfacing with the tightness of the sealing strip and the conical bore in the coupling, while the conical thrust surfaces limiting the axial movement of the nipple in the coupling are made at a slope of 7.5 ° -15 ° relative to the perpendicular to the pipe axis , the concave thrust surface of the coupling and the protruding cone of the thrust belt of the nipple have a radial rounding, characterized in that the sealing surface of the sealing belt of the nipple is made in the form of a torus for bsadnyh pipes (RT) with a diameter greater than 127 mm or in the form of spheres for RT diameter of less than 127 mm; the radius of curvature of the concave thrust conical surface of the coupling is 0.2 mm, the corresponding radius of curvature of the protruding cone of the sealing strip of the nipple is 0.6 mm, while due to a slight difference in the angles of the thrust surfaces of the nipple and the coupling and various sizes of the indicated radii of curvature (0.2 mm and 0.6 mm) at the moment the contact surfaces begin to contact, an enclosed lubricant space is formed, which, when the threaded connection is finally tightened with an interference fit, moves along sliding surfaces, preventing the vra

Description

Заявленная полезная модель (ПМ) относится к обсадным трубам (ОТ), применяемым при креплении скважин, а также при добыче нефти и газа. Известна конструкция обсадных высокогерметичных труб с трапецеидальной резьбой типа Батресс с коническим уплотнением «металл по металлу» (ГОСТ 632-80 «Трубы обсадные и муфты к ним. Технические условия. Высокогерметичное соединение труб и муфты к ним - ОТТГ», п. 2.15, чертеж 8 и чертеж 12, таблицы 16 и 19 соответственно). В данной конструкции конический уплотнительный поясок, расположенный на конце трубы, с натягом входит в соответствующую коническую расточку в муфте, обеспечивая герметичность соединения. С целью предотвращения чрезмерного осевого перемещения контактирующих конических поверхностей внутри муфты предусмотрен уступ, а на конце трубы - ответный упорный торец. Контактирующие упорные плоскости муфты и ниппеля расположены перпендикулярно к оси трубы. Высота профиля нитки наружной трапецеидальной резьбы ниппеля и внутренней резьбы в муфте равна 1,6 мм, шаг резьбы - 5,08 мм, конусность резьбы, уплотнительного пояска ниппеля и соответствующей расточки в муфте - 1/16, угол уклона грани нитки резьбы относительно перпендикуляра к оси соединения для стороны, воспринимающей растягивающую нагрузку, равен 3°, для стороны (противоположной), воспринимающей сжимающую нагрузку - 10°.The claimed utility model (PM) relates to casing (OT), used in fixing wells, as well as in oil and gas production. A well-known design of casing high-pressure pipes with trapezoidal thread type Batress with a tapered seal "metal for metal" (GOST 632-80 "Casing pipes and couplings to them. Technical conditions. High-tight connection of pipes and couplings to them - OTTG", paragraph 2.15, drawing 8 and drawing 12, tables 16 and 19, respectively). In this design, the conical sealing girdle located at the end of the pipe, with an interference fit into the corresponding conical bore in the coupling, ensuring the tightness of the connection. In order to prevent excessive axial movement of the contacting conical surfaces, a step is provided inside the coupling, and a counter thrust end is provided at the end of the pipe. The contact thrust planes of the coupling and the nipple are perpendicular to the axis of the pipe. The thread profile height of the external trapezoidal thread of the nipple and the internal thread in the coupling is 1.6 mm, the thread pitch is 5.08 mm, the taper of the thread, the sealing strip of the nipple and the corresponding bore in the coupling is 1/16, the slope of the thread thread relative to the perpendicular to the connection axis for the side receiving the tensile load is 3 °, for the side (opposite) receiving the compressive load - 10 °.

Также известна конструкция насосно-компрессорных высокогерметичных труб с трапецеидальной резьбой и с аналогичным вышеописанному коническим уплотнением «металл по металлу» (ГОСТ 633 «Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия. Соединение гладких высокогерметичных труб и муфт к ним - НКМ», п. 2.14, чертеж 8 и чертеж 10, таблицы 13 и 14 (15) соответственно). В этом соединении высота профиля ниток наружной резьбы равна 1,2 мм, внутренней резьбы - 1,3 мм, угол наклона грани резьбы, воспринимающей растягивающую нагрузку, равен 3°, противоположной грани - 30°, конусность резьбы, уплотнительного пояска ниппеля и соответствующей расточки в муфте - 1/12. Наличие зазора по вершинам и боковым граням ниток, увеличенный угол (30°) противоположной грани нитки резьбы соответствуют повышению надежности соединения при передаче сжимающих нагрузок и искривлении труб НКМ.Also known is the design of tubing for high-pressure pipes with trapezoidal thread and with a similar metal-to-metal conical seal described above (GOST 633 "Tubing pipes and couplings for them. Specifications. Connection of smooth high-tight pipes and couplings for them - NKM", paragraph 2.14, drawing 8 and drawing 10, tables 13 and 14 (15), respectively). In this connection, the profile height of the threads of the external thread is 1.2 mm, the internal thread is 1.3 mm, the angle of inclination of the face of the thread that accepts the tensile load is 3 °, of the opposite side is 30 °, the taper of the thread, the sealing strip of the nipple and the corresponding bore in the coupling - 1/12. The presence of a gap at the tops and side faces of the threads, an increased angle (30 °) of the opposite side of the thread of the thread corresponds to an increase in the reliability of the connection when transmitting compressive loads and bending of NKM pipes.

К недостаткам вышеуказанных резьбовых соединений труб ОТТГ и НКМ следует отнести:The disadvantages of the above threaded joints of the pipes OTTG and NKM should include:

- перпендикулярное расположение относительно оси трубы упорных плоскостей, что может приводить к деформации и загибу внутрь канала трубы торцовой части ниппеля;- perpendicular arrangement relative to the axis of the pipe of the thrust planes, which can lead to deformation and bending into the pipe channel of the end part of the nipple;

- небольшой угол уклона уплотнительного пояска ниппеля и соответствующей расточки в муфте, что приводит к их значительному взаимному перемещению и, как следствие, - к задирам.- a small angle of inclination of the sealing strip of the nipple and the corresponding bore in the coupling, which leads to their significant mutual displacement and, as a consequence, to scoring.

Из уровня техники известны конструкции ОТ с коническим радиальным уплотнением «металл по металлу», упорным уступом внутри муфты и соответствующим ответным упорным торцом на конце трубы, контактные поверхности, которых расположены под углом 15° к перпендикуляру, направленному к оси резьбы (проспект VAM Catalogue 11/3 - jan. 1977, проспект VOEST - ALPINE STAHLOHP KIND-BERG GMBH&CoKG). В указанных проспектах приведены конструктивно одинаковые ОТ, в которых применена трапецеидальная резьба Батресс: шаг 0 5,08 мм, конусность - 1,575 мм, угол несущей поверхности витка резьбы - 3°, угол противоположной упорной поверхности 10°; конусность радиальной уплотняющей поверхности на трубе и в муфте 1/10; угол уклона вогнутой упорной плоскости в муфте и ответной поверхности в ниппеле равен 15°.From the prior art, OT constructions are known with a metal-to-metal conical radial seal, a thrust shoulder inside the coupling and a corresponding counter thrust end at the pipe end, contact surfaces of which are located at an angle of 15 ° to the perpendicular directed to the thread axis (VAM Catalog 11 prospectus / 3 - jan. 1977, VOEST prospectus - ALPINE STAHLOHP KIND-BERG GMBH & CoKG). The indicated prospectuses show structurally identical OTs in which the Butress trapezoidal thread is used: pitch 0 5.08 mm, taper - 1.575 mm, the angle of the bearing surface of the thread turn - 3 °, the angle of the opposite thrust surface 10 °; the taper of the radial sealing surface on the pipe and in the coupling 1/10; the slope angle of the concave thrust plane in the coupling and the counter surface in the nipple is 15 °.

Известны конструкции ОТ с идентичным коническим уплотнением «металл по металлу» (патент РФ №2297512, МПК E21B 17/042, опубл. 20.04.2007; патент РФ №52968, МПК F16L 15/00, опубл. 27.04.2006), у которых в муфте на участке перехода внутренней конической резьбы к уплотнительной расточке выполнена окружная канавка (карман), для сохранения смазки. Недостатком конструкции ОТ с окружной канавкой в муфте является то, что смазка из кармана выдавливается в сторону большого основания конуса резьбы и практически не попадает в высоконагруженные конусные уплотняющие поверхности.There are known OT designs with the identical metal-to-metal conical seal (RF patent No. 2297512, IPC E21B 17/042, publ. 04/20/2007; RF patent No. 52968, IPC F16L 15/00, publ. 04/27/2006), in which in the coupling at the transition section of the internal tapered thread to the sealing bore, a circumferential groove (pocket) is made to maintain lubrication. A drawback of the OT design with a circumferential groove in the coupling is that the grease is squeezed out of the pocket towards the large base of the thread cone and practically does not fall into the highly loaded conical sealing surfaces.

Известно равнопроходное резьбовое соединение ОТ типа ST-L фирмы Grant Prideco (Atlas Bradford, Houston, Texas 77060-2409, 2000), в которой сторона витка, воспринимающая растягивающую осевую нагрузку имеет отрицательный угол, равный -9°, а угол противоположной стороны витка, воспринимающей нагрузку на сжатие, равен 45°. За счет отрицательного угла возрастает нагрузка вырова резьбы, а за счет опорного угла в 45° облегчается посадка трубы в муфту. Конструкция не находит широкого применения из-за сложной технологии изготовления и трудностей при эксплуатации.Grant Prideco type ST-L threaded joint from Atlas Bradford, Houston, Texas 77060-2409, 2000, in which the side of the turn receiving the tensile axial load has a negative angle of -9 ° and the angle of the opposite side of the turn, is known. perceiving compression load, equal to 45 °. Due to the negative angle, the load of the groove of the thread increases, and due to the reference angle of 45 °, the fit of the pipe into the coupling is facilitated. The design is not widely used due to the complex manufacturing technology and difficulties in operation.

В проспекте "TenarisHydril / Premium Connections / Blue® / Version 04, July, 2013" дана конструкция ОТ, имеющая некоторые отличительные элементы в резьбовом соединении и в узле уплотнения «металл по металлу». Например, угол уклона грани витка трапецеидальной резьбы, воспринимающей растягивающую осевую нагрузку, равен 3°, а угол уклона противоположной упорной грани витка резьбы равен 25°; как и в соединении НКМ по ГОСТ 633, конусность резьбы равна 1/12, конусность уплотняющей расточки в муфте - 1/6,4, ответная уплотняющая поверхность на пояске ниппеля выполнена в виде тора (кольца), что способствует сохранению герметичности соединения при значительном изгибе. Недостатком конструкции этих ОТ является расположение кольцевой выточки (кармана) для смазки над элементами конического уплотнения, что не способствует (практически исключает) ее поступлению в сопрягаемые уплотнительные плоскости.The prospectus "TenarisHydril / Premium Connections / Blue® / Version 04, July, 2013" gives an OT design that has some distinctive elements in a threaded connection and in a metal-to-metal seal assembly. For example, the angle of the slope of the face of the turn of the trapezoidal thread, perceiving the tensile axial load, is 3 °, and the angle of the slope of the opposite stop face of the thread of the thread is 25 °; as in the NKM connection according to GOST 633, the taper of the thread is 1/12, the taper of the sealing bore in the coupling is 1 / 6.4, the mating response surface on the nipple belt is made in the form of a torus (ring), which helps to maintain tightness of the connection with significant bending . The design drawback of these OTs is the location of the annular undercut (pocket) for lubrication over the elements of the conical seal, which does not contribute (practically eliminates) its entry into the mating sealing planes.

Наиболее близким к заявленной ПМ по технической сущности и достигаемому техническому результату является герметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб (патент РФ на изобретение №2310058, МПК E21B 17/042, опубл. 11.10.2007), включающее трубу и муфту с соответствующей конической резьбой, выполненной в виде неравномерной трапеции в сечении витка, сферический узел уплотнения, выполненный в виде конической расточки в муфте и сопрягаемого с ней сферообразного пояска ниппельной части трубы, и ограничителя осевого перемещения ниппеля в муфте, состоящего из конического упорного торца на трубе и соответствующего упорного уступа в муфте. При этом, как и во многих других известных конструкциях, конусность резьбовой части соединения равна 1/16, конической уплотняющей расточки в муфте - 1/10, угол между перпендикуляром к оси резьбы и плоскостью конического упора составляет 15°. Грань витка резьбы, воспринимающая растягивающую осевую нагрузку имеет отрицательный угол, равный -4°, а угол противоположной грани равен 24°. Таким образом, резьба имеет вид «крючкообразной» формы, что должно препятствовать срыву ниток. За счет угла уклона в упорной грани витка, равного 24°, повышается надежность при передаче сжимающих нагрузок. Сопряжение конической расточки в муфте со сферической (сферообразной) поверхностью пояска ниппеля и наличие определенных зазоров по вершинам и опорным граням витков позволяют соединению выдерживать более высокие изгибающие нагрузки.The closest to the claimed PM in technical essence and the technical result achieved is a tight threaded connection of oilfield pipes (RF patent for the invention No. 2310058, IPC E21B 17/042, publ. 11.10.2007), including a pipe and a sleeve with the corresponding tapered thread, made in in the form of an uneven trapezoid in the coil section, a spherical seal assembly made in the form of a conical bore in the coupling and a sphere-shaped girdle of the nipple part of the pipe mating with it, and a limiter of axial displacement of the nipple in the coupling, co oyaschego conical bearing end of the trumpet and the respective thrust shoulder in the sleeve. Moreover, as in many other known designs, the taper of the threaded part of the joint is 1/16, the conical sealing bore in the coupling is 1/10, the angle between the perpendicular to the axis of the thread and the plane of the conical stop is 15 °. The thread side of the thread perceiving the tensile axial load has a negative angle of -4 °, and the angle of the opposite side is 24 °. Thus, the thread has the form of a “hook-shaped” shape, which should prevent thread breakage. Due to the slope angle in the thrust face of the turn equal to 24 °, the reliability during transmission of compressive loads increases. The conjugation of the conical bore in the coupling with the spherical (sphere-shaped) surface of the nipple belt and the presence of certain gaps along the tops and supporting faces of the turns allow the joint to withstand higher bending loads.

Недостатком указанного прототипа резьбового соединения являются:The disadvantage of this prototype threaded connections are:

- размещение ранее известной окружной канавки для выдавливания смазки вне узлов уплотнения, что затрудняет поступление смазки во взаимно перемещаемые поверхности, контактирующие с высоким напряжением;- the placement of the previously known circumferential grooves for squeezing the grease outside the seal nodes, which makes it difficult for the grease to enter mutually moving surfaces in contact with high voltage;

- применение резьбы с отрицательным углом несущей грани витка создает трудности при изготовлении и эксплуатации соединения. Резьба ОТ с небольшим положительным углом несущей грани (до 3°, - что меньше угла трения граней витка), практически не приводит к снижению грузоподъемности. Как показывают экспериментальные разрушения и работа на скважинах, грузоподъемность трапецеидальных резьбовых соединений с углом несущей грани, равным 3°, и без принудительного сбега резьбы соответствует грузоподъемности тела трубы;- the use of threads with a negative angle of the bearing face of the coil creates difficulties in the manufacture and operation of the connection. Thread OT with a small positive angle of the bearing face (up to 3 °, which is less than the angle of friction of the faces of the coil), practically does not lead to a decrease in load capacity. As experimental fractures and work in wells show, the carrying capacity of trapezoidal threaded joints with a bearing face angle of 3 °, and without a forced thread run, corresponds to the carrying capacity of the pipe body;

- применение «сферического узла уплотнения» к различным типоразмерам труб, т.к. при герметизации зазора в резьбовом соединении ОТ большого диаметра нормальная кривизна сферической поверхности принимает значения близкие к нулю. И при сопряжении с натягом сферической поверхности ОТ определенного диаметра и уплотнительного конуса возникает контакт практически двух конических поверхностей;- application of the “spherical seal assembly” to various pipe sizes, as when sealing the gap in the threaded connection FROM a large diameter, the normal curvature of the spherical surface takes values close to zero. And when interfaced with an interference fit of a spherical surface from a certain diameter and a sealing cone, a contact of almost two conical surfaces occurs;

- отсутствие обоснования значений шага резьбы, радиусного сопряжения торцовой части уплотнительного пояска (ниппеля) и вогнутой части упорного уступа в муфте. В зависимости от сочетания шага, конусности, диаметра, высоты витка резьбы и толщины стенки под резьбой могут быть случаи невозможной реализации предлагаемого соединения;- lack of justification of the values of the thread pitch, the radial mating of the end part of the sealing girdle (nipple) and the concave part of the thrust ledge in the coupling. Depending on the combination of pitch, conicity, diameter, height of the thread and wall thickness under the thread, there may be cases of impossible implementation of the proposed connection;

- отсутствие обоснования захода резьбы ниппеля в резьбу муфты без вращения с целью самоцентрирования при сборке.- lack of justification for the nipple thread entering the coupling thread without rotation for the purpose of self-centering during assembly.

Настоящая ПМ решает технические задачи, направленные на создание ОТ с высокогерметичным и высокопрочным резьбовым соединением в скважинах с радиусом искривления, равным 190 м. При этом резьбовое соединение должно легко и многократно свинчивается при наклоне муфты и трубы под углом 45° к горизонту. Осевая растягивающая и сжимающая нагрузки должны соответствовать нагрузкам, которые выдерживает тело трубы.This PM solves technical problems aimed at creating an OT with a high-tight and high-strength threaded joint in wells with a radius of curvature equal to 190 m.In this case, the threaded joint should be easily and repeatedly screwed up when the coupling and pipe are tilted at an angle of 45 ° to the horizontal. The axial tensile and compressive loads must correspond to the loads that the pipe body can withstand.

Указанные требования к резьбовому соединению решаются:The specified requirements for the threaded connection are solved:

- за счет применения тороидально-конического или сфероконического уплотнения «металл по металлу» с небольшим осевым перемещением контактирующих поверхностей;- due to the use of a toroidal conical or spherical conical metal-to-metal seal with a small axial movement of the contacting surfaces;

- за счет размещения запаса смазки под контактирующими уплотнительными элементами;- by placing a supply of lubricant under the contacting sealing elements;

- за счет применения трапецеидальной резьбы с конусностью 1/12 и с увеличенным шагом, равным 6,35 (4 витка на длине 25,4 мм), угол граней витков которой, воспринимающих осевую растягивающую нагрузку, равен 3°, а угол противоположных граней витка равен 25°-35°, при этом по вершинам ниппельных витков и в сопрягаемых боковых гранях, угол которых 25°-35°, имеются небольшие зазоры;- due to the use of trapezoidal threads with a taper of 1/12 and with an increased pitch equal to 6.35 (4 turns on a length of 25.4 mm), the angle of the faces of the turns of which perceiving the axial tensile load is 3 °, and the angle of the opposite faces of the turn equal to 25 ° -35 °, while there are small gaps along the tops of the nipple turns and in the mating lateral faces, the angle of which is 25 ° -35 °;

- за счет оптимизации кинематических размеров резьбового соединения, обеспечивающей свободный заход без вращения резьбы ниппеля в резьбу муфты минимум на 12 витков.- due to the optimization of the kinematic dimensions of the threaded connection, ensuring a free entry of at least 12 turns at least 12 turns into the coupling thread without rotation of the nipple thread.

Сущность ПМ поясняется следующим чертежом. На фиг. 1 изображено резьбовое соединение ОТ с упорной трапецеидальной резьбой типа F-6,35 в сборе с муфтой и узлом уплотнения, состоящее из трубы 1, муфты 2, соединенных между собой конической трапецеидальной резьбой 3 с шагом Р, равным 6,35 мм, и конусностью 1/12, выполненной от уплотнительного пояска 4 до конца схода с наружной поверхности трубы под одним углом уклона φ. Угол уклона α₁ грани витка резьбы, воспринимающей осевую растягивающую нагрузку, относительно перпендикуляра к оси трубы равен 3°, угол уклона противоположной грани α₂ равен 25°-35°, фиг. 1, выноска I.The essence of the PM is illustrated by the following drawing. In FIG. 1 shows a threaded connection OT with a persistent trapezoidal thread of type F-6.35, assembled with a sleeve and a seal assembly, consisting of pipe 1, sleeve 2 connected to each other by a tapered trapezoidal thread 3 with a pitch P equal to 6.35 mm and taper 1/12, made from the sealing girdle 4 to the end of the descent from the outer surface of the pipe at the same slope angle φ. The slope angle α _{1 of the} thread winding perceiving the axial tensile load relative to the perpendicular to the pipe axis is 3 °, the slope angle of the opposite face α ₂ is 25 ° -35 °, FIG. 1, callout I.

Узел уплотнения резьбового соединения состоит из внутренней конической расточки 5, конусность которой варьирует в пределах от 1/5 до 1/10, и уплотнительного пояска 4, поверхность 6 которого выполнена в виде тора для ОТ диаметром более 127 мм или в виде сферы для ОТ диаметром менее 127 мм. Контактирующие упорные поверхности 7 муфты и 8 уплотнительного пояска, ограничивающие осевое перемещение при сборке, выполнены конического вида с углом уклона относительно перпендикуляра к оси трубы, равным от 7,5° до 15°. При этом угол уклона α₃ конуса в торце уплотнительного пояска 4 на 0,5° меньше угла уклона α₄ в упорном уступе муфты 2. Закругление вогнутой упорной поверхности в муфте 2 выполнено радиусом R_M, равном 0,2 мм, закругление выступающего конуса уплотнительного пояска 4 выполнено радиусом R_H, равным 0,6 мм.The seal assembly of a threaded connection consists of an internal conical bore 5, the taper of which varies from 1/5 to 1/10, and a sealing girdle 4, the surface of which 6 is made in the form of a torus for an OT with a diameter of more than 127 mm or in the form of a sphere for an OT with a diameter less than 127 mm. The contact thrust surfaces 7 of the coupling and 8 of the sealing girdle that limit axial movement during assembly are conical in shape with a slope angle relative to the perpendicular to the pipe axis, from 7.5 ° to 15 °. The angle of inclination α _{3 of the} cone in the end of the sealing girdle 4 is 0.5 ° less than the angle of inclination α ₄ in the thrust ledge of the coupling 2. The concave stop surface in the coupling 2 is rounded with a radius R _M equal to 0.2 mm, the protrusion of the sealing cone is rounded the belt 4 is made with a radius R _H equal to 0.6 mm

Положение «a» - при машинном свинчивании резьбы с номинальным моментом до упора конического торца 8 пояска 4 в конический уступ 7 в муфте 2, фиг. 1, выноска II. Полость «В», фиг. 1, выноска II, образована поверхностями с радиусами R_M и R_H.Position " a " - when threading the machine with a nominal moment to the stop of the tapered end 8 of the belt 4 into the tapered ledge 7 in the sleeve 2, FIG. 1, callout II. Cavity B, FIG. 1, leader II, is formed by surfaces with radii R _M and R _H.

Положение «б» - при ручном свинчивании резьбы до соприкасания выступающей части уплотнительного пояска 4 с конической расточкой муфты в точке «С».Position "b" - when manually screwing up the thread until the protruding part of the sealing girdle 4 comes into contact with the conical bore of the coupling at point "C".

В процессе машинного докрепления резьбы ниппеля с резьбой муфты происходит перемещение выступающей части уплотнительного пояска (точка «С») в направлении малого диаметра конической расточки 5 в муфте, при этом за счет сжатия пояска увеличивается контактное напряжение соприкасающихся поверхностей. В конце довинчивания упорные конические плоскости 7 и 8 первоначально соприкоснутся точками d и I, замыкая пространство «Б». За счет докрепления резьбы с натягом смазка из полости «В» будет выдавливаться вдоль конической поверхности 5 и по плоскости соприкосновения упорных поверхностей 7 и 8, предотвращая задиры и сваривание.In the process of machine attachment of the nipple thread with the coupling thread, the protruding part of the sealing girdle (point “C”) is moved in the direction of the small diameter of the conical bore 5 in the coupling, and due to the compression of the girdle, the contact stress of the contacting surfaces increases. At the end of the screwing, the thrust conical planes 7 and 8 are initially contacted by points d and I, closing the space “B”. Due to the tightening of the thread with an interference fit, the lubricant from the “B” cavity will be extruded along the conical surface 5 and along the contact plane of the contact surfaces 7 and 8, preventing scoring and welding.

Центрирование резьбы ниппеля в муфте ОТ, которые собираются в вертикальном или наклонном положении, значительно облегчается, если имеется свободный заход (без вращения) ниток резьбы ниппеля в нитки резьбы муфты на определенную величину. Проверка на стендах и на скважинах показала, что при заходе ниппеля в муфту ОТ без вращения на 5-6 витков снижается вероятность заедания резьбы и свинчивания на перекос. При этом нагрузка от веса навинчиваемой трубы распределяется на несколько ниток, что предотвращает их деформацию.The centering of the thread of the nipple in the OT coupling, which are assembled in a vertical or inclined position, is greatly facilitated if there is a free entry (without rotation) of the threads of the nipple into the threads of the coupling thread by a certain amount. Testing at the stands and at the wells showed that when the nipple enters the OT clutch without rotation by 5-6 turns, the likelihood of thread sticking and screwing to skew is reduced. In this case, the load from the weight of the screwed pipe is distributed over several threads, which prevents their deformation.

На фиг. 2 (фотография) показан свободный заход на 12 ниток трапецеидальной резьбы ниппеля в соответствующую резьбу муфты ОТ-244,5 мм, которые по конструкции соответствует ПМ. Общее количество ниток в этой резьбе составляет 18,5. Таким образом, полное свинчивание резьбы согласно ПМ осуществляется за 6,5 (18,5-12) оборотов трубы, что существенно ускоряет спуск ОТ в скважину. Например, полное свинчивание резьбы ОТ с аналогичным профилем витков при конусности 1/16, шаге резьбы - 5,08 мм осуществляется за 16,5 оборотов трубы.In FIG. 2 (photo) shows a free entry on 12 threads of the trapezoidal thread of the nipple into the corresponding thread of the OT-244.5 mm coupling, which design corresponds to PM. The total number of threads in this thread is 18.5. Thus, the full screwing of the thread according to PM is carried out for 6.5 (18.5-12) pipe revolutions, which significantly speeds up the descent of the OT into the well. For example, a full screwing of an OT thread with a similar thread profile with 1/16 taper, a thread pitch of 5.08 mm is carried out for 16.5 pipe turns.

Поскольку резьба ниппеля нарезана под одним углом φ от уплотнительного пояска 4 до полного схода с наружной поверхности трубы, то последние нитки ниппеля неполного профиля на участке схода при сопряжении с полными нитками муфты также воспринимают осевую нагрузку, которая постепенно увеличивается по мере увеличения высоты нитки резьбы ниппеля при перемещении от конца сбега до торца трубы. Эксперименты на растяжение показали, что нагрузка разрушения резьбового соединения (соответствующего ПМ) практически равна нагрузке разрушения гладкой части трубы.Since the thread of the nipple is cut at the same angle φ from the sealing girdle 4 to completely disappear from the outer surface of the pipe, the last threads of the nipple of incomplete profile in the vanishing section, when mated with full threads of the coupling, also absorb axial load, which gradually increases as the height of the thread of the nipple thread when moving from the end of the run to the end of the pipe. Tensile experiments showed that the fracture load of a threaded joint (corresponding to PM) is almost equal to the fracture load of a smooth part of a pipe.

По способу изготовления заявленное высокогерметичное резьбовое соединение ОТ не отличается от способа изготовления аналогичных существующих резьбовых соединений.According to the manufacturing method, the claimed high-sealed threaded connection OT does not differ from the manufacturing method of similar existing threaded connections.

Анализом уровня техники по патентным и научно-техническим источникам, содержащим сведения об аналогах, заявителем не выявлена конструкция высокогерметичного упорного резьбового соединения ОТ, тождественного всем существенным признакам заявленной ПМ.The analysis of the prior art by patent and scientific and technical sources containing information about analogues, the applicant has not identified the design of a tight seal threaded connection OT, identical to all the essential features of the claimed PM.

Преимуществами заявленного резьбового соединения по сравнению с известными аналогами являются повышение надежности и герметичности, увеличение прочности соединения при эксплуатации и сокращение времени при сборке-разборке при креплении скважин.The advantages of the claimed threaded connection in comparison with the known analogues are to increase the reliability and tightness, increase the strength of the connection during operation and reduce the time during assembly-disassembly when attaching wells.

Claims

Высокогерметичное упорное резьбовое соединение труб, состоящее из муфты и трубы (ниппеля) с уплотнительным пояском, соединенных между собой конической трапецеидальной резьбой, шаг которой - 6,35 мм, конусность - 1/12, выполненной под одним углом φ от уплотнительного пояска до конца схода с наружной поверхности трубы; угол уклона грани витка резьбы, воспринимающей осевую растягивающую нагрузку, относительно перпендикуляра к оси трубы равен 3°, угол уклона противоположной грани витка равен 25°-35°; по вершинам витков резьбы имеются зазоры, герметичность резьбы обеспечивается сопряжением с натягом уплотнительного пояска и конической расточки в муфте, при этом конические упорные поверхности, ограничивающие осевое перемещение ниппеля в муфте, выполнены под углом уклона 7,5°-15° относительно перпендикуляра к оси трубы, вогнутая упорная поверхность муфты и выступающий конус упорного пояска ниппеля имеют радиальное закругление, отличающееся тем, что герметизирующая поверхность уплотнительного пояска ниппеля выполнена в виде тора для обсадных труб (ОТ) диаметром более 127 мм или в виде сферы для ОТ диаметром менее 127 мм; радиус закругления вогнутой упорной конической поверхности муфты равен 0,2 мм, соответствующий радиус закругления выступающего конуса уплотнительного пояска ниппеля равен 0,6 мм, при этом за счет небольшого различия в углах упорных поверхностей ниппеля и муфты и различных размеров указанных радиусов закругления (0,2 мм и 0,6 мм) в момент начала контакта упорных поверхностей образуется замкнутое пространство для смазки, которая при окончательном докреплении резьбового соединения с натягом перемещается вдоль скользящих поверхностей, предотвращая задиры, при этом свободный заход ниппеля в муфту (без вращения) составляет минимум 12 витков.

Highly sealed threaded threaded pipe connection, consisting of a sleeve and pipe (nipple) with a sealing girdle, interconnected by a tapered trapezoidal thread, the pitch of which is 6.35 mm, taper is 1/12, made at the same angle φ from the sealing girdle to the end of the runoff from the outer surface of the pipe; the angle of the slope of the edge of the thread, perceiving the axial tensile load, relative to the perpendicular to the axis of the pipe is 3 °, the angle of inclination of the opposite face of the thread is 25 ° -35 °; There are gaps on the tops of the thread turns, the tightness of the thread is ensured by interfacing with the tightness of the sealing strip and the conical bore in the coupling, while the conical thrust surfaces limiting the axial movement of the nipple in the coupling are made at a slope of 7.5 ° -15 ° relative to the perpendicular to the pipe axis , the concave thrust surface of the coupling and the protruding cone of the thrust belt of the nipple have a radial rounding, characterized in that the sealing surface of the sealing belt of the nipple is made in the form of a torus for bsadnyh pipes (RT) with a diameter greater than 127 mm or in the form of spheres for RT diameter of less than 127 mm; the radius of curvature of the concave thrust conical surface of the coupling is 0.2 mm, the corresponding radius of curvature of the protruding cone of the sealing strip of the nipple is 0.6 mm, while due to a slight difference in the angles of the thrust surfaces of the nipple and the coupling and various sizes of the indicated radii of curvature (0.2 mm and 0.6 mm) at the moment the contact surfaces begin to contact, an enclosed lubricant space is formed, which, when the threaded connection is finally tightened with an interference fit, moves along sliding surfaces, preventing rotating the seizures, while the free entry of the nipple into the coupling (without rotation) is at least 12 turns.