RU2398153C1 - Sealed threaded connection of oil-field pipelines - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: sealed threaded connection of oil-field pipelines is formed with enveloped and enveloping pipes with buttress conic threads of 1:16 taper and profile angle from 12.5° to 13.5°. Profile of the buttress conic thread has a shape of a non-isosceles trapezium with a stop facet of a turn positioned at a big angle to load direction. Enveloped and enveloping pipes contact with their conic bearing surfaces correspondingly made on external and internal surfaces of pipes on the section between the conic thread and a pipe end and correspondingly between the conic thread and a pipe body in form of a conic bearing surface with taper 1:10 to the side of each pipe. Conic thrust surfaces are made correspondingly on the end of the enveloped pipe in form of conic thrust end surface with taper from 74.5° to 75.5° in the direction of the enveloped pipe and on internal surface of the enveloping pipe at the section of conic bearing surface transition to the pipe body in form of conic thrust surface of taper from 74.5° to 75.5° in the direction of the enveloping pipe. A cylinder boring parallel to axis of the said pipe is made on the enveloped pipe; while on the enveloping pipe there is made the cylinder boring parallel to axis of the said pipe. Cylinder borings create a cavity at assembly of the threaded connection; on one side the cavity is limited with the cylinder boring on the enveloped pipe, while on the other side it is limited with the cylinder boring on the enveloping pipe. Length of the cylinder borings are within specified intervals of dependence values.

EFFECT: raised pressure tightness of threaded connection of pipes and processability of its manufacture.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области резьбовых соединений труб и может быть использовано при строительстве нефтяных и газовых скважин. Наиболее эффективно использование предлагаемого изобретения для применения в высокогерметичных резьбовых соединениях обсадных, насосно-компрессорных и других видах труб при обустройстве горизонтальных и наклонных нефтяных и газовых скважин, эксплуатирующихся в сложных геологических условиях.The invention relates to the field of threaded pipe joints and can be used in the construction of oil and gas wells. The most effective use of the present invention for use in high-tight threaded joints of casing, tubing and other types of pipes when arranging horizontal and deviated oil and gas wells operating in difficult geological conditions.

В современных условиях происходит повышение требований к герметичности резьбового соединения обсадных труб, связанное с постоянным усложнением условий добычи. Недостаточная герметичность резьбового соединения зачастую приводит к преждевременному появлению коррозионного поражения металла в зоне резьбового соединения, течи и, в дальнейшем, к разрушению колон. Одним из путей повышения герметичности резьбового соединения является подбор оптимального соотношения геометрических параметров элементов резьбового соединения.In modern conditions, there is an increase in the requirements for tightness of the threaded connection of casing pipes, associated with the constant complication of production conditions. Insufficient tightness of the threaded connection often leads to premature corrosion damage of the metal in the area of the threaded connection, leakage and, further, to the destruction of the columns. One way to increase the tightness of a threaded connection is to select the optimal ratio of the geometric parameters of the elements of the threaded connection.

Из уровня техники известно герметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб, включающее охватываемую и охватывающую трубы с коническими резьбами и коническими опорными поверхностями, первые контактирующие между собой из которых выполнены соответственно на внешней поверхности торцевого участка охватываемой трубы в виде конической поверхности с конусностью в сторону оси этой трубы и на внутренней поверхности охватывающей трубы на участке между конической резьбой и телом трубы, а вторые контактирующие поверхности выполнены соответственно на охватываемой трубе в виде конической торцевой поверхности с углом конусности в направлении конической резьбы на этой трубе и ответной торцевой конической поверхности на охватывающей трубе, выполненной на участке перехода первой конической поверхности этой трубы к ее телу (FR №2798716 A1, F16L 15/00, опубл. 23.03.2001).The prior art knows a tight threaded connection of oilfield pipes, including male and female pipes with tapered threads and tapered abutment surfaces, the first contacting of which are respectively made on the outer surface of the end portion of the male pipe in the form of a conical surface with a taper towards the axis of this pipe and on the inner surface of the female pipe in the area between the tapered thread and the pipe body, and the second contacting surfaces are made with respectively, on the male pipe in the form of a conical end surface with a taper angle in the direction of the conical thread on this pipe and a mating end conical surface on the female pipe made in the transition area of the first conical surface of this pipe to its body (FR No. 2798716 A1, F16L 15/00 published on March 23, 2001).

Недостатком известного устройства является недостаточная герметичность резьбового соединения из-за выполнения его конструкции с малым углом конусности опорных конических поверхностей, что не позволяет получить заданную величину натяга при малых осевых перемещениях ниппеля, что увеличивает период от первого контакта уплотнительных поверхностей до обеспечения заданного натяга.A disadvantage of the known device is the lack of tightness of the threaded connection due to its design with a small taper angle of the support conical surfaces, which does not allow to obtain a predetermined amount of interference with small axial movements of the nipple, which increases the period from the first contact of the sealing surfaces to ensure a given interference.

Из уровня техники известно наиболее близкое по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату герметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб, образованное охватываемой и охватывающей трубами с упорными коническими резьбами с конусностью 1:16 и углом профиля от 12,5° до 13,5°, при этом профиль упорной конической резьбы имеет вид неравнобедренной трапеции с упорной гранью витка, расположенной под большим углом к направлению действия нагрузки, охватываемая и охватывающая трубы контактируют между собой коническими опорными поверхностями, выполненными соответственно на внешней поверхности охватываемой трубы на участке между конической резьбой и торцом трубы в виде конической опорной поверхности с конусностью 1:10 в сторону этой трубы и на внутренней поверхности охватывающей трубы на участке между конической резьбой и телом трубы в виде конической опорной поверхности с конусностью 1:10 в сторону этой трубы, и коническими упорными поверхностями, выполненными соответственно на торце охватываемой трубы в виде конической упорной торцевой поверхности с углом конусности от 74,5° до 75,5° в направлении охватываемой трубы и на внутренней поверхности охватывающей трубы на участке перехода конической опорной поверхности к телу трубы в виде конической упорной поверхности с углом конусности 74,5° до 75,5° в направлении охватывающей трубы /RU 2297512 С2 (Открытое акционерное общество "Таганрогский металлургический завод"), 20.04.2007/.From the prior art it is known the closest in combination of essential features and the technical result achieved, an airtight threaded connection of oilfield pipes formed by male and female pipes with persistent tapered threads with a taper of 1:16 and a profile angle of 12.5 ° to 13.5 °, the profile of the persistent tapered thread has the form of an isosceles trapezoid with a persistent face of the coil, located at a large angle to the direction of the load, the male and female pipes are in contact with each other supporting surfaces made respectively on the outer surface of the male pipe in the area between the conical thread and the pipe end in the form of a conical supporting surface with a taper of 1:10 towards this pipe and on the inner surface of the female pipe in the area between the conical thread and the pipe body in the form of a conical a supporting surface with a taper of 1:10 towards this pipe, and conical thrust surfaces made respectively at the end of the male pipe in the form of a conical thrust end Surfaces with a taper angle from 74.5 ° to 75.5 ° in the direction of the male pipe and on the inner surface of the female pipe at the transition section of the conical supporting surface to the pipe body in the form of a conical contact surface with a taper angle of 74.5 ° to 75.5 ° in the direction of the enclosing pipe / RU 2297512 C2 (Open Joint-Stock Company "Taganrog Metallurgical Plant"), 04/20/2007 /.

Недостатком известного устройства является недостаточная герметичность резьбового соединения и низкая технологичность при изготовлении уплотнительных элементов на охватывающей и охватываемой поверхностях.A disadvantage of the known device is the lack of tightness of the threaded connection and low manufacturability in the manufacture of sealing elements on female and male surfaces.

Недостаточная герметичность резьбового соединения обусловлена травмированием конической части уплотнительного элемента при сборке резьбового соединения как на заводе при изготовлении, так и при сборке обсадной колоны в процессе эксплуатации.Insufficient tightness of the threaded connection is caused by injury to the conical part of the sealing element when assembling the threaded connection both at the factory during manufacture and during assembly of the casing during operation.

Низкая технологичность при изготовлении уплотнительных элементов на охватывающей и охватываемой поверхностях обусловлена сложностью выполнения проточки на охватывающей поверхность и последующего контроля ее качества, что, в свою очередь, приводит к снижению герметичности в случае несоответствия геометрических параметров проточки.Low manufacturability in the manufacture of sealing elements on female and male surfaces is due to the difficulty of making a groove on the female surface and subsequent quality control, which, in turn, leads to a decrease in tightness in case of mismatch of the geometric parameters of the groove.

В основу настоящего изобретения оставлена задача создания такого герметичного резьбового соединения нефтепромысловых труб, использование которого позволило бы повысить герметичность резьбового соединения и технологичность изготовления за счет упрощения конструкции, которое, в свою очередь, исключает вероятность травмирования конической части уплотнительного элемента в момент сборки резьбового соединения при изготовлении или в процессе эксплуатации при сборке обсадных колонн.The basis of the present invention is the task of creating such a sealed threaded joint of oilfield pipes, the use of which would improve the tightness of the threaded joint and manufacturability by simplifying the design, which, in turn, eliminates the possibility of injury to the conical part of the sealing element at the time of assembly of the threaded joint in the manufacture or during operation when assembling casing strings.

Поставленная задача решается тем, что в герметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб, образованное охватываемой и охватывающей трубами с упорными коническими резьбами с конусностью 1:16 и углом профиля от 12,5° до 13,5°, при этом профиль упорной конической резьбы имеет вид неравнобедренной трапеции с упорной гранью витка, расположенной под большим углом к направлению действия нагрузки, охватываемая и охватывающая трубы контактируют между собой коническими опорными поверхностями, выполненными соответственно на внешней поверхности охватываемой трубы на участке между конической резьбой и торцом трубы в виде конической опорной поверхности с конусностью 1:10 в сторону этой трубы и на внутренней поверхности охватывающей трубы на участке между конической резьбой и телом трубы в виде конической опорной поверхности с конусностью 1:10 в сторону этой трубы, и коническими упорными поверхностями, выполненными соответственно на торце охватываемой трубы в виде конической упорной торцевой поверхности с углом конусности от 74,5° до 75,5° в направлении охватываемой трубы и на внутренней поверхности охватывающей трубы на участке перехода конической опорной поверхности к телу трубы в виде конической упорной поверхности с углом конусности 74,5°до 75,5° в направлении охватывающей трубы, согласно изобретению на охватываемой трубе выполнена цилиндрическая расточка, параллельная оси указанной трубы, а на охватывающей трубе выполнена цилиндрическая расточка, параллельная оси указанной трубы, при этом цилиндрические расточки выполнены таким образом, что при сборке резьбового соединения образуют полость, которая с одной стороны ограничена цилиндрической расточкой на охватываемой трубе, а с другой стороны цилиндрической расточкой на охватывающей трубе, причем длина цилиндрической расточки на охватываемой поверхности находится в интервале отThe problem is solved in that in a sealed threaded connection of oilfield pipes formed by male and female pipes with persistent tapered threads with a taper of 1:16 and a profile angle of 12.5 ° to 13.5 °, while the profile of the persistent conical thread has the form of unequal trapezoid with a persistent face of the coil, located at a large angle to the direction of the load, the male and female pipes are in contact with each other by conical supporting surfaces, respectively made on the outer surface the male pipe in the section between the conical thread and the pipe end in the form of a conical supporting surface with a taper of 1:10 towards this pipe and on the inner surface of the female pipe in the section between the conical thread and the pipe body in the form of a conical supporting surface with a taper of 1:10 the side of this pipe, and conical thrust surfaces made respectively on the end of the male pipe in the form of a conical thrust end surface with a taper angle of 74.5 ° to 75.5 ° in the direction of the male pipe and on the inside the lower surface of the enclosing pipe at the transition section of the conical abutment surface to the pipe body in the form of a conical abutting surface with a taper angle of 74.5 ° to 75.5 ° in the direction of the enclosing pipe, according to the invention, a cylindrical bore is made on the male pipe parallel to the axis of the pipe, and a cylindrical bore is made on the female pipe parallel to the axis of the pipe, while the cylindrical bores are made in such a way that, when assembling the threaded connection, they form a cavity that torons is limited by a cylindrical bore on the male pipe, and on the other hand by a cylindrical bore on the female pipe, the length of the cylindrical bore on the male surface being in the range from

L_1.max=(L₅+1)-((⌀F+0,25)-⌀ C)×0,1+(L₉-1)L _1.max = (L ₅ +1) - ((⌀F + 0.25) -⌀ C) × 0.1 + (L ₉ -1)

доbefore

L_1.min=L₅-((⌀F-0,15)-⌀C)×0,l+(L₉+0,5),L _1.min = L ₅ - ((⌀F-0.15) -⌀C) × 0, l + (L ₉ +0.5),

а длина цилиндрической расточки на охватывающей трубе находится в интервале от and the length of the cylindrical bore on the enclosing pipe is in the range from

L_2.max=L₃-(((В-1,25)+((⌀E-1,607)-(⌀A+0,5))×0,0625)L _2.max = L ₃ - (((B-1.25) + ((⌀E-1.607) - (⌀A + 0.5)) × 0.0625)

доbefore

L_2.min=(L₃-0,5)-(((В+1,75)+((⌀E-1,533)-(⌀A-0,25))×0,0625),L _2.min = (L ₃ -0.5) - (((B + 1.75) + ((⌀ E -1.533) - (⌀ A -0.25)) × 0.0625),

где L_1.max и L_1.min - максимальная и минимальная длины цилиндрической расточки на охватываемой трубе; where L _1.max and L _1.min - the maximum and minimum lengths of the cylindrical bore on the male pipe;

L_2.max и L_2.min - максимальная и минимальная длины цилиндрической расточки на охватывающей трубе; L _2.max and L _2.min - the maximum and minimum lengths of the cylindrical bore on the enclosing pipe;

А - диаметр цилиндрической расточки в охватывающей трубе; A is the diameter of the cylindrical bore in the enclosing pipe;

В - расстояние от торца охватывающей трубы до основной плоскости; B is the distance from the end of the enclosing pipe to the main plane;

F - диаметр уплотнительной расточки в охватываемой трубе; F is the diameter of the sealing bore in the male pipe;

С - диаметр конусной части уплотнительного элемента; C is the diameter of the conical part of the sealing element;

Е - средний диаметр конической резьбы в основной плоскости; E is the average diameter of the conical thread in the main plane;

L₃ - расстояние от торца охватывающей трубы до конца цилиндрической расточки;L ₃ is the distance from the end of the enclosing pipe to the end of the cylindrical bore;

L₅ - общая длина уплотнительного элемента охватываемой трубы; L ₅ is the total length of the sealing element of the male pipe;

L₉ - расстояние от торца охватываемой трубы до измерительной плоскости диаметра ее уплотнительного элемента.L ₉ - the distance from the end of the covered pipe to the measuring plane of the diameter of its sealing element.

Выполнение герметичного резьбового соединения нефтепромысловых труб таким образом, что на охватываемой трубе выполнена цилиндрическая расточка, параллельная оси указанной трубы, а на охватывающей трубе выполнена цилиндрическая расточка, параллельная оси указанной трубы, при этом цилиндрические расточки выполнены таким образом, что при сборке резьбового соединения образуют полость, которая с одной стороны ограничена цилиндрической расточкой на охватываемой трубе, а с другой стороны цилиндрической расточкой на охватывающей трубе, причем длина цилиндрической расточки на охватываемой и охватывающей трубах определяется вышеуказанной зависимостью, обеспечивает повышение герметичности резьбового соединения и технологичности изготовления за счет упрощения конструкции, что, в свою очередь, исключает вероятность травмирования конической части уплотнительного элемента в момент сборки резьбового соединения при изготовлении или в процессе эксплуатации при сборке обсадных колонн.Performing a tight threaded connection of oilfield pipes in such a way that a cylindrical bore parallel to the axis of the specified pipe is made on the male pipe, and a cylindrical bore parallel to the axis of the specified pipe is made on the female pipe, while the cylindrical bores are made so that they form a cavity when assembling the threaded connection which, on the one hand, is limited by a cylindrical bore on the male pipe, and on the other hand, by a cylindrical bore on the female pipe, what is the length of the cylindrical bore on the male and female pipes is determined by the above dependence, provides an increase in the tightness of the threaded joint and manufacturability by simplifying the design, which, in turn, eliminates the possibility of injury to the conical part of the sealing element at the time of assembly of the threaded joint during manufacture or during operation when assembling casing strings.

В дальнейшем изобретение поясняется подробным описанием его выполнения со ссылками на чертежи, на которых изображено:The invention is further explained in the detailed description of its implementation with reference to the drawings, which depict:

на фиг.1 - схема элементов охватываемой трубы; figure 1 - diagram of the elements of the male pipe;

на фиг.2 - схема элементов охватывающей трубы;figure 2 is a diagram of the elements of the enclosing pipe;

на фиг.3 - схема заявляемого герметичного резьбового соединения нефтепромысловых труб в сборе (вырез);figure 3 is a diagram of the inventive sealed threaded connection of oil field pipes assembly (cut);

на фиг.4 - схема профиля трапециевидной резьбы.figure 4 - diagram of the profile of the trapezoidal thread.

Герметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб (фиг.1-4) образовано охватываемой 1 (фиг.1) и охватывающей 2 трубами с упорными коническими резьбами 3 с конусностью 1:16 и углом профиля от 12,5° до 13,5°. Профиль упорной конической резьбы 3 имеет вид неравнобедренной трапеции с опорной гранью витка 4 (фиг.4), расположенной под большим углом к направлению действия нагрузки.The hermetic threaded connection of oilfield pipes (Figs. 1-4) is formed by male 1 (Fig. 1) and female 2 with persistent tapered threads 3 with a taper of 1:16 and a profile angle of 12.5 ° to 13.5 °. The profile of the thrust conical thread 3 has the form of an isosceles trapezoid with the support face of the turn 4 (figure 4), located at a large angle to the direction of the load.

Контактирующие между собой конические опорные поверхности выполнены на внешней поверхности охватываемой трубы 1 (фиг.1) на участке между конической резьбой 3 и торцом трубы 1 в виде конической опорной поверхности 5 с конусностью 1:10 в сторону этой трубы и на внутренней поверхности охватывающей трубы 2 на участке между конической резьбой 3 и телом охватывающей трубы 2 в виде конической опорной поверхности 6 с конусностью 1:10 в сторону этой трубы.The conical supporting surfaces contacting each other are made on the outer surface of the male pipe 1 (Fig. 1) in the area between the conical thread 3 and the pipe end 1 in the form of a conical supporting surface 5 with a taper of 1:10 towards this pipe and on the inner surface of the female pipe 2 in the area between the conical thread 3 and the body of the enclosing pipe 2 in the form of a conical supporting surface 6 with a taper of 1:10 towards this pipe.

Контактирующие между собой конические упорные поверхности выполнены соответственно на торце охватываемой трубы 1 в виде конической упорной торцевой поверхности 7 с углом конусности от 74,5° до 75,5° в направлении охватывающей трубы 1 и на внутренней поверхности охватывающей трубы 2 на участке перехода опорной конической поверхности 6 к телу охватывающей трубы 2 в виде конической упорной поверхности 8 с углом конусности от 74,5° до 75,5° в направлении охватывающей трубы 2.The conical contact surfaces contacting each other are respectively made at the end of the male pipe 1 in the form of a conical contact end surface 7 with a taper angle of 74.5 ° to 75.5 ° in the direction of the female pipe 1 and on the inner surface of the female pipe 2 at the transition section of the support conical surface 6 to the body of the female pipe 2 in the form of a conical thrust surface 8 with a taper angle of 74.5 ° to 75.5 ° in the direction of the female pipe 2.

На охватывающей 1 и охватываемой 2 трубах выполняется цилиндрические расточки 9 и 10, параллельные оси трубы 1 и 2, которые при сборке резьбового соединения образуют полость 11, которая с одной стороны ограничена цилиндрической расточкой 9 на охватываемой трубе 1, и с другой стороны - цилиндрической расточкой 10 на охватывающей трубе 2.On the female pipe 1 and the female pipe 2, cylindrical bores 9 and 10 are made parallel to the axis of the pipe 1 and 2, which, when assembling the threaded joint, form a cavity 11, which on one side is bounded by a cylindrical bore 9 on the male pipe 1, and on the other hand, a cylindrical bore 10 on the female pipe 2.

Цилиндрическая расточка 9 и коническая опорная поверхность 5 образуют уплотнительный элемент на охватываемой трубе 1.The cylindrical bore 9 and the conical abutment surface 5 form a sealing element on the male pipe 1.

Цилиндрическая расточка 10 и коническая опорная поверхность 6 образуют уплотнительный элемент на охватывающей трубе 2.The cylindrical bore 10 and the conical abutment surface 6 form a sealing element on the enclosing pipe 2.

Длинна L₁ цилиндрической расточки 9 на охватываемой трубе 1 находится в интервале отThe length L _{1 of the} cylindrical bore 9 on the male pipe 1 is in the range from

L_1.max=(L₅+l)-((⌀F+0,25)-⌀C)×0,1+(L₉-1)L _1.max = (L ₅ + l) - ((⌀F + 0.25) -⌀C) × 0.1 + (L ₉ -1)

доbefore

L_1.min=L₅-((⌀F-0,15)-⌀C)×0,1+(L₉+0,5),L _1.min = L ₅ - ((⌀F-0.15) -⌀C) × 0.1 + (L ₉ +0.5),

а длина L₂ цилиндрической расточки 10 на охватывающей трубе 2 находится в интервале отand the length L _{2 of the} cylindrical bore 10 on the enclosing pipe 2 is in the range from

L_2.max=L₃-(((В-1,25)+((⌀E-1,607)-(⌀A+0,5))×0,0625)L _2.max = L ₃ - (((B-1.25) + ((⌀ E -1.607) - (⌀ A +0.5)) × 0.0625)

доbefore

L_2.min=(L₃-0,5)-(((В+1,75)+((⌀E-1,533)-(⌀A-0,25))×0,0625).L _2.min = (L ₃ -0.5) - (((B + 1.75) + ((⌀ E -1.533) - (⌀ A -0.25)) × 0.0625).

Диаметр А цилиндрической расточки охватывающей трубы 2 зависит от диаметра соединяемых труб и может находится в интервале от 0.9 до 0,996 диаметра соединяемых труб.The diameter A of the cylindrical bore of the female pipe 2 depends on the diameter of the pipes to be connected and can range from 0.9 to 0.996 of the diameter of the pipes to be connected.

Расстояние В от торца охватывающей трубы 2 до основной плоскости (на чертеже не указана) определяется в интервале от 40 до 50 мм.The distance B from the end of the enclosing pipe 2 to the main plane (not shown in the drawing) is determined in the range from 40 to 50 mm.

Диаметр F цилиндрической расточки 9 в охватываемой трубе зависит от диаметра соединяемых труб и может находиться в интервале от 0.9 до 0,996 диаметра соединяемых труб.The diameter F of the cylindrical bore 9 in the male pipe depends on the diameter of the connected pipes and can be in the range from 0.9 to 0.996 diameter of the connected pipes.

Диаметр С конусной части уплотнительного элемента охватываемой трубы 1 определяется на расстоянии L₉ от торца, образованного условным пересечением конической упорной торцевой поверхности 7 с опорной поверхность 5.The diameter C of the conical part of the sealing element of the male pipe 1 is determined at a distance L ₉ from the end formed by the conditional intersection of the conical thrust end surface 7 with the supporting surface 5.

Средний диаметр Е конической резьбы 3 в основной плоскости определяется на расстоянии В от торца охватывающей трубы 2.The average diameter E of the tapered thread 3 in the main plane is determined at a distance B from the end of the female pipe 2.

Расстояние L₃ от торца охватывающей трубы 2 до конца цилиндрической расточки 10 может находиться в интервале от 90 до 12 мм.The distance L ₃ from the end of the enclosing pipe 2 to the end of the cylindrical bore 10 may be in the range from 90 to 12 mm.

Общая длинна L₅ уплотнительного элемента охватываемой трубы 1 может находиться в интервале от 8 до 20 мм.The total length L _{5 of the} sealing element of the male pipe 1 may be in the range from 8 to 20 mm.

Расстояние L₉ от торца охватываемой трубы 1 до измерительной плоскости диаметра С ее уплотнительного элемента определяют на расстоянии 2,5-5,5 мм от условного торца, образованного условным пересечением конической упорной торцевой поверхности 7 с конической опорной поверхностью 5.The distance L ₉ from the end of the male pipe 1 to the measuring plane of diameter C of its sealing element is determined at a distance of 2.5-5.5 mm from the conditional end formed by the conditional intersection of the conical thrust end surface 7 with the conical supporting surface 5.

Охватывающая труба 2 может быть выполнена как в виде трубы с раструбным элементом (на чертеже не показан), так и в виде муфты.The female pipe 2 can be made both in the form of a pipe with a bell-shaped element (not shown in the drawing), and in the form of a sleeve.

Работа герметичного резьбового соединения нефтепромысловых труб осуществляется следующим образом.The operation of the tight threaded connection of oilfield pipes is as follows.

При выполнении операций свинчивания соединения первоначально осуществляется взаимодействием охватываемой 1 и охватывающей 2 труб с помощью конической резьбы 3. В процессе свинчивания происходит продвижение конической опорной поверхности 5 охватываемой трубы 1 вдоль конической опорной поверхности 6 охватывающей трубы 2 с одновременным образованием полости 11. Затем коническая опорная поверхность 6 взаимодействует с конической опорной поверхностью 5, при этом за счет возникающих диаметральных деформаций этих поверхностей создается уплотнительный узел "металл-металл".When performing screwing operations, the connection is initially carried out by the interaction of male 1 and female 2 with a conical thread 3. During the screwing process, the conical supporting surface 5 of male pipe 1 is advanced along the conical supporting surface 6 of female pipe 2 with the simultaneous formation of cavity 11. Then, the conical supporting surface 6 interacts with a conical supporting surface 5, while due to the occurring diametrical deformations of these surfaces, a hollow tional node "metal to metal".

При относительном перемещении труб 1 и 2 осуществляется силовой контакт конической упорной торцевой поверхности 7 охватываемой трубы 1 и конической упорной торцевой поверхности 8 охватывающей трубы, в результате чего на их поверхностях возникают контактные напряжения, величина которых должна находиться в области упругих деформаций. Уровень контактных напряжений, при всех равных условиях, определяется величиной контактирующих площадей конических упорных поверхностей 7 и 8.With the relative movement of the pipes 1 and 2, the force contact of the conical thrust end surface 7 of the male pipe 1 and the conical thrust end surface 8 of the female pipe occurs, as a result of which contact stresses arise on their surfaces, the magnitude of which should be in the region of elastic deformations. The level of contact stress, under all equal conditions, is determined by the value of the contacting areas of the conical thrust surfaces 7 and 8.

Конические упорные поверхности 7 и 8 выполнены таким образом, что при действии на них осевого усилия, возникающего при свинчивании резьб, поперечная составляющая этого усилия направлена к оси соединения. Это исключает так называемое явление "разворачивания", т.е. поперечную деформацию с увеличением диаметра в области упорных торцов, что делает соединение менее критичным к превышению крутящего момента свинчивания и увеличивает его эксплуатационную надежность.Conical thrust surfaces 7 and 8 are made in such a way that when they are subjected to axial forces arising from the screwing of threads, the transverse component of this force is directed to the axis of the joint. This eliminates the so-called "unfolding" phenomenon, i.e. lateral deformation with increasing diameter in the area of the thrust ends, which makes the connection less critical to exceeding the make-up torque and increases its operational reliability.

Высокогерметичное соединение может быть свинчено с использованием полимеризирующейся смазки, отвердевающей после сборки соединения резьбовой.A tight seal may be screwed using a polymerizable lubricant that hardens after assembly of the threaded joint.

Кроме этого, выполнение на охватываемой 1 и охватывающей 2 трубах цилиндрических расточек 9 и 10 позволяет исключить влияние заусенец, которые возникают в процессе нарезания резьбы при отводе резьбообразующего инструмента на участке сбега резьбы, на кромках ее вершин, по ее внутреннему диаметру на охватывающей детали, которые выступают в сторону оси соединения и являются препятствием, нарушают зацепление и влияют на режим уплотнения.In addition, the execution on the male 1 and female 2 cylindrical bores 9 and 10 eliminates the influence of burrs that occur during thread cutting during removal of the thread forming tool at the thread run-off section, at the edges of its vertices, along its inner diameter on the female part, which protrude towards the connection axis and are an obstacle, disrupt engagement and affect the compaction mode.

Таким образом, при свинчивании резьбового соединения участки схода резьбы всегда располагаются в зоне проточек, что исключает влияние поверхности резьбы на участке схода и на точность взаимодействия поверхностей охватываемой и охватывающей труб.Thus, when screwing a threaded connection, the sections of the thread exit are always located in the groove zone, which excludes the influence of the thread surface on the exit section and on the accuracy of the interaction of the surfaces of the male and female pipes.

Преимуществом заявляемого резьбового соединения по сравнению с известным является также повышение надежности герметичности, увеличение прочности соединения при его сборке-разборке и эксплуатации, а также повышение степени его контролепригодности, что позволит использовать данное соединение труб как для жидких, так и для газообразных сред.The advantage of the inventive threaded connection in comparison with the known one is also an increase in the tightness of reliability, an increase in the strength of the joint during its assembly, disassembly and operation, as well as an increase in the degree of its control suitability, which will make it possible to use this pipe connection for both liquid and gaseous media.

Заявляемое герметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб может быть изготовлено в условиях промышленного производства на стандартном оборудовании. Наибольший экономический эффект от использования заявляемой полезной модели достигается при его использовании в обсадных трубах.The inventive sealed threaded connection of oilfield pipes can be manufactured in industrial production using standard equipment. The greatest economic effect from the use of the claimed utility model is achieved when it is used in casing pipes.

Claims (1)

Герметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб, образованное охватываемой (1) и охватывающей (2) трубами с упорными коническими резьбами (3) с конусностью 1:16 и углом профиля от 12,5° до 13,5°, при этом профиль упорной конической резьбы (3) имеет вид неравнобедренной трапеции с упорной гранью витка (4), расположенной под большим углом к направлению действия нагрузки, охватываемая (1) и охватывающая (2) трубы контактируют между собой коническими опорными поверхностями, выполненными соответственно на внешней поверхности охватываемой трубы (1) на участке между конической резьбой (3) и торцом трубы (1) в виде конической опорной поверхности (5) с конусностью 1:10 в сторону этой трубы и на внутренней поверхности охватывающей трубы (2) на участке между конической резьбой (3) и телом трубы (2) в виде конической опорной поверхности (6) с конусностью 1:10 в сторону этой трубы, и коническими упорными поверхностями, выполненными соответственно на торце охватываемой трубы (1) в виде конической упорной торцевой поверхности (7) с углом конусности от 74,5 до 75,5° в направлении охватываемой трубы (1) и на внутренней поверхности охватывающей трубы (2) на участке перехода конической опорной поверхности (6) к телу трубы (2) в виде конической упорной поверхности (8) с углом конусности 74,5 до 75,5° в направлении охватывающей трубы (2), отличающееся тем, что на охватываемой трубе (1) выполнена цилиндрическая расточка (9), параллельная оси указанной трубы (1), а на охватывающей трубе (2) выполнена цилиндрическая расточка (10), параллельная оси указанной трубы (2), при этом цилиндрические расточки (9 и 10) выполнены таким образом, что при сборке резьбового соединения образуют полость (11), которая с одной стороны ограничена цилиндрической расточкой (9) на охватываемой трубе (1), а с другой стороны цилиндрической расточкой (10) на охватывающей трубе (2), причем длина цилиндрической расточки (9) на охватываемой поверхности (1) находится в интервале от
L_1.max=(L₅+1)-((⌀F+0,25)-⌀C)·0,1+(L₉-1)
до
L_1.min=L₅-((⌀F-0,15)-⌀C)·0,1+(L₉+0,5),
а длина цилиндрической расточки (10) на охватывающей трубе (2) находится в интервале от
L_2.max=L₃-(((B-1,25)+((⌀E-1,607)-(⌀A+0,5))·0,0625),
до
L_2.min=(L₃-0,5)-(((В+1,75)+((⌀Е-1,533)-(⌀А-0,25))·0,0625),
где L_1.max и L_1.min - максимальная и минимальная длины цилиндрической расточки на охватываемой трубе (1);
L_2.max и L_2.min - максимальная и минимальная длины цилиндрической расточки на охватывающей трубе (2);
А - диаметр цилиндрической расточки в охватывающей трубе (2);
В - расстояние от торца охватывающей трубы до основной плоскости;
F - диаметр уплотнительной расточки в охватываемой трубе (1);
С - диаметр конусной части уплотнительного элемента;
Е - средний диаметр конической резьбы (3) в основной плоскости;
L₃ - расстояние от торца охватывающей трубы (2) до конца цилиндрической расточки (10);
L₅ - общая длина уплотнительного элемента охватываемой трубы (1);
L₉ - расстояние от торца охватываемой трубы (1) до измерительной плоскости диаметра ее уплотнительного элемента. A tight threaded connection of oilfield pipes formed by male (1) and female (2) pipes with persistent tapered threads (3) with a taper of 1:16 and a profile angle of 12.5 ° to 13.5 °, while the profile of the resistant conical thread ( 3) has the form of an isosceles trapezoid with a thrust face of the turn (4), located at a large angle to the direction of the load, the male (1) and female (2) pipes contact each other with conical supporting surfaces made respectively on the outer surface of the male pipe (1) in the section between the conical thread (3) and the pipe end (1) in the form of a conical supporting surface (5) with a taper of 1:10 towards this pipe and on the inner surface of the female pipe (2) in the section between the conical thread (3) and the body pipe (2) in the form of a conical abutment surface (6) with a taper of 1:10 towards this pipe, and conical thrust surfaces made respectively at the end of the male pipe (1) in the form of a conical abutting end surface (7) with a taper angle of 74 , 5 to 75.5 ° in the direction of the male pipe (1) and on the inside the surface of the enclosing pipe (2) at the transition section of the conical supporting surface (6) to the pipe body (2) in the form of a conical abutting surface (8) with a taper angle of 74.5 to 75.5 ° in the direction of the enclosing pipe (2), characterized the fact that on the male pipe (1) a cylindrical bore (9) is made parallel to the axis of the pipe (1), and on the female pipe (2) a cylindrical bore (10) is made parallel to the axis of the pipe (2), while the cylindrical bores (9 and 10) are designed so that when assembling a threaded connection t cavity (11), which on one side is bounded by a cylindrical bore (9) on the male pipe (1), and on the other hand by a cylindrical bore (10) on the female pipe (2), the length of the cylindrical bore (9) on the male surface ( 1) is in the range from
L _1.max = (L ₅ +1) - ((⌀F + 0.25) -⌀C) 0.1 + (L ₉ -1)
before
L _1.min = L ₅ - ((⌀F-0.15) -⌀C) 0.1 + (L ₉ +0.5),
and the length of the cylindrical bore (10) on the enclosing pipe (2) is in the range from
L _2.max = L ₃ - (((B-1,25) + ((⌀E-1,607) - (⌀A + 0,5)) · 0,0625),
before
L _2.min = (L ₃ -0.5) - (((B + 1.75) + ((⌀Е-1.533) - (⌀А-0.25)) · 0.0625),
where L _1.max and L _1.min are the maximum and minimum lengths of the cylindrical bore on the male pipe (1);
L _2.max and L _2.min - the maximum and minimum lengths of the cylindrical bore on the enclosing pipe (2);
A is the diameter of the cylindrical bore in the enclosing pipe (2);
B is the distance from the end of the enclosing pipe to the main plane;
F is the diameter of the sealing bore in the male pipe (1);
C is the diameter of the conical part of the sealing element;
E is the average diameter of the tapered thread (3) in the main plane;
L ₃ is the distance from the end of the enclosing pipe (2) to the end of the cylindrical bore (10);
L ₅ - the total length of the sealing element of the male pipe (1);
L ₉ is the distance from the end of the male pipe (1) to the measuring plane of the diameter of its sealing element.

Images