RU2440481C1 - Tight threaded connection of pipes in process string of geological exploration drilling device - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas industry. ^ SUBSTANCE: device includes a nipple, tool joint box with sealing devices, which are adjoined by means of conical thread. Structures of thread in the form of projections of nipple are provided at least with two grooves being the cavities for excess lubrication and/or sludge, which are located along common generatrix of cone surface of the thread, offset relative to each other in circumferential and axial direction and have the depth not exceeding the height of profile of threaded structures. Total length of grooves along the above generatrixes considering the width of thread bottoms does not exceed the length of threaded section of the nipple in the same direction. ^ EFFECT: increasing strength and stability of the connection and providing the tightness. ^ 3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области геологоразведки, в частности к герметичным резьбовым соединениям бурильных или обсадных труб в технологической колонне геологоразведочной бурильной установки.The invention relates to the field of geological exploration, in particular to sealed threaded joints of drill or casing pipes in the technological column of an exploration drilling installation.

Из уровня техники известно герметичное резьбовое соединение труб в технологической колонне геологоразведочной бурильной установки, включающее ниппель-наконечник и замковую муфту со средствами герметизации. Ниппель-наконечник и замковая муфта сопряжены посредством конической резьбы с профилем резьбовых структур, выполненным с положительным углом наклона свободных граней и отрицательным углом наклона опорных граней (US №5788401 C1).The prior art knows hermetic threaded connection of pipes in the technological column of an exploration drilling installation, including a nipple-tip and a locking sleeve with sealing means. The nipple-tip and the lock coupling are connected by means of a tapered thread to the profile of the threaded structures made with a positive angle of inclination of the free faces and a negative angle of inclination of the support faces (US No. 5788401 C1).

К недостаткам данного известного из уровня техники герметичного соединения труб следует отнести недостаточную прочность и устойчивость к боковым и осевым нагрузкам в процессе эксплуатации, а также нестабильность по регламентируемым параметрам герметичности соединения. Объясняется это тем, что при свинчивании между опорными поверхностями резьбовых структур может скапливаться избыточное количество смазки или проникающий шлам, препятствующие плотному контакту резьбовых структур ниппеля-наконечника и муфты по опорным поверхностям упомянутых структур.The disadvantages of this prior art hermetic pipe joint should include insufficient strength and resistance to lateral and axial loads during operation, as well as instability in the regulated parameters of the tightness of the connection. This is explained by the fact that when making up between the supporting surfaces of the threaded structures, an excessive amount of grease or penetrating sludge can accumulate, preventing tight contact between the threaded structures of the nipple-tip and the coupling on the supporting surfaces of the mentioned structures.

Недостатком прототипа является также то, что при свинчивании конической резьбы уплотнение и герметизация всех ниток резьбы происходит практически одновременно. После этого находящаяся в резьбе смазка или попавший туда шлам не могут перераспределиться между соседними нитками резьбы и, если хотя бы в одной из герметизирующихся ниток резьбы содержится избыток смазки или шлама, то этот избыток образует новый жидкостный упор, который не позволяет резьбе упереться в концевой упор и резьбовые упоры, что приводит к меньшей прочности резьбового соединения.The disadvantage of the prototype is also that when making up a tapered thread, the compaction and sealing of all threads occurs almost simultaneously. After that, the lubricant in the thread or the sludge that has got into it cannot be redistributed between adjacent threads of the thread and, if at least one of the sealing threads of the thread contains an excess of lubricant or sludge, this excess forms a new fluid stop that prevents the thread from abutting against the end stop and threaded stops, which leads to lower strength threaded connections.

Кроме того, поскольку жидкость может передавать давление лишь изотропно, то заложенные в конструкцию оптимальные углы закоса (отрицательные углы) опорных поверхностей резьбы (необходимые для создания в завинченной резьбе продольных напряжений, необходимых для увеличения жесткости и прочности резьбового соединения) в полной мере не реализуют свое техническое назначение.In addition, since the fluid can transmit pressure only isotropically, the optimal angles of inclination (negative angles) of the bearing surfaces of the thread (necessary to create longitudinal stresses in the screwed thread necessary to increase the rigidity and strength of the threaded joint) are not fully realized technical purpose.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение прочности и устойчивости заявленного резьбового соединения к боковым и осевым нагрузкам, а также гарантированное обеспечение герметичности резьбового соединения, за счет обеспечения возможности выдавливания (при свинчивании соединения) избыточной смазки и/или попавшего в резьбу шлама в специально выполненные (на профильных структурах в виде выступов резьбы ниппеля-наконечника) полости в виде канавок, с последующим распределением (преимущественно равномерным) смазки и/или шлама в зазорах между взаимообращенными поверхностями свободных граней упомянутых резьбовых структур.The technical result of the present invention is to increase the strength and stability of the claimed threaded connections to lateral and axial loads, as well as guaranteed to ensure the tightness of the threaded connection, by allowing extrusion (when making the connection) of excess lubricant and / or sludge that got into the thread into specially made (on profile structures in the form of protrusions of the thread of the nipple-tip) of the cavity in the form of grooves, with the subsequent distribution (mainly uniform) of the lubricant and / or sludge in the gaps between the mutually inverted surfaces of the free faces of said threaded structures.

Вследствие этого гарантированно обеспечивается плотное свинчивание соединения как при первой сборке, так и при последующих повторных сборках-разборках заявленного соединения.As a result, a tight make-up of the joint is guaranteed both during the first assembly and during subsequent reassemblies-disassemblies of the claimed compound.

Поставленный технический результат достигается посредством того, что в герметичном резьбовом соединении труб в технологической колонне геологоразведочной бурильной установки, включающем ниппель-наконечник и замковую муфту со средствами герметизации, сопряженные посредством конической резьбы с профилем резьбовых структур, выполненным с положительным углом наклона свободных граней и отрицательным углом наклона опорных граней, согласно изобретению профильные структуры резьбы в виде выступов ниппеля-наконечника оснащены, по меньшей мере, двумя канавками, функционально являющимися полостями для избыточной смазки или шлама, которые расположены вдоль образующих конусной поверхности резьбы, смещены одна относительно другой в окружном и осевом направлениях и выполнены с глубиной, не превышающей высоту профиля резьбовых структур, при этом суммарная длина канавок вдоль упомянутых образующих, с учетом ширины впадин резьбы, не превышает длину резьбового участка ниппеля-наконечника в этом же направлении.The technical result achieved is achieved by the fact that in a sealed threaded connection of pipes in the technological column of a geological exploration drilling rig, including a nipple-tip and a locking sleeve with sealing means, coupled by means of a conical thread with a profile of threaded structures made with a positive angle of inclination of free faces and a negative angle inclination of the support faces, according to the invention, the profile structure of the thread in the form of protrusions of the nipple-tip equipped with at least at least two grooves, functionally cavities for excess lubrication or sludge, which are located along the generatrices of the tapered surface of the thread, are displaced relative to each other in the circumferential and axial directions and are made with a depth not exceeding the height of the profile of the threaded structures, while the total length of the grooves along the aforementioned forming, taking into account the width of the hollows of the thread, does not exceed the length of the threaded portion of the nipple-tip in the same direction.

Канавки могут быть, например, смещены в окружном направлении на угол, близкий или равный 180°.The grooves can, for example, be offset circumferentially by an angle close to or equal to 180 °.

Оптимально, чтобы канавки были смещены в окружном направлении на угол, удовлетворяющий условию 360°/(n-1), где n - число витков резьбы, при этом на резьбовой структуре (в виде выступа) каждого полного витка должно быть выполнено по одной канавке.It is optimal for the grooves to be shifted in the circumferential direction by an angle satisfying the condition 360 ° / (n-1), where n is the number of threads of the thread, and one groove should be made on the thread structure (in the form of a protrusion) of each complete thread.

Заявленное изобретение иллюстрируется графическими материалами.The claimed invention is illustrated in graphic materials.

Фиг.1 - общий вид конструктивного выполнения соединения для реализации заявленного технического решения (продольный разрез).Figure 1 is a General view of the structural implementation of the connection for the implementation of the claimed technical solution (longitudinal section).

Фиг.2 - конструктивное выполнение резьбового участка ниппеля-наконечника (продольный разрез).Figure 2 - structural design of the threaded section of the nipple-tip (longitudinal section).

Фиг.3 - сечение А-А по фиг.2.Figure 3 - section aa in figure 2.

Фиг.4 - сечение Б-Б по фиг.2Figure 4 - section bB in figure 2

Фиг.5 - вид сверху по фиг.2.Figure 5 is a top view of figure 2.

Фиг.6 - вид снизу по фиг 2.6 is a bottom view of FIG. 2.

В графических материалах элементы соединения обозначены следующими позициями.In graphic materials, connection elements are indicated by the following positions.

1 - ниппель-наконечник;1 - nipple tip;

2 - муфта замковая;2 - lock clutch;

3 и 4 - канавки.3 and 4 - grooves.

Герметичное резьбовое соединение труб включает ниппель-наконечник 1 и замковую муфту 2 со средствами герметизации. Ниппель-наконечник 1 и замковая муфта 2 сопряжены посредством конической резьбы с профилем резьбовых структур, выполненным с положительным углом наклона свободных граней и отрицательным углом наклона опорных граней.The tight threaded pipe connection includes a nipple-tip 1 and a lock coupling 2 with sealing means. The nipple-tip 1 and the lock coupling 2 are conjugated by means of a tapered thread to the profile of the threaded structures made with a positive angle of inclination of the free faces and a negative angle of inclination of the support faces.

Отличительными особенностями является то, что профильные структуры в виде выступов резьбы ниппеля-наконечника 1 оснащены, по меньшей мере, двумя канавками 3 и 4, которые расположены вдоль образующих конусной поверхности резьбы, смещены одна относительно другой в окружном и осевом направлениях и выполнены с глубиной, не превышающей высоту профиля резьбовых структур. При этом суммарная длина канавок 3 и 4 вдоль упомянутых образующих не превышает длину резьбового участка ниппеля-наконечника 1 в этом же направлении.Distinctive features is that the profile structures in the form of thread protrusions of the nipple-tip 1 are equipped with at least two grooves 3 and 4, which are located along the generatrices of the tapered surface of the thread, are displaced relative to each other in the circumferential and axial directions, and are made with depth, not exceeding the height of the profile of the threaded structures. Moreover, the total length of the grooves 3 and 4 along the mentioned generators does not exceed the length of the threaded section of the nipple-tip 1 in the same direction.

Канавки 3 и 4 могут быть, например, смещены в окружном направлении на угол, близкий или равный 180°.Grooves 3 and 4 can, for example, be offset in the circumferential direction by an angle close to or equal to 180 °.

Наиболее оптимально, чтобы канавки 3 и 4 были смещены в окружном направлении на угол, удовлетворяющий условию 360°/(n-1), где n - число витков резьбы, при этом на резьбовой структуре каждого полного витка должно быть выполнено по одной канавке.It is most optimal for grooves 3 and 4 to be displaced in a circumferential direction by an angle satisfying the condition 360 ° / (n-1), where n is the number of threads of the thread, and each groove should have one groove in the thread structure.

Повышение прочности и устойчивости заявленного резьбового соединения к боковым и осевым нагрузкам, а также гарантированное обеспечение герметичности резьбового соединения, обеспечивается за счет реализации возможности выдавливания (при свинчивании соединения) избыточной смазки и/или попавшего в резьбу шлама в специально выполненные на профильных структурах (в виде выступов) резьбы ниппеля-наконечника 1 полостей в виде канавок 3 и 4 с последующим перераспределением (преимущественно равномерным) смазки и/или шлама в зазорах между взаимообращенными поверхностями свободных граней упомянутых резьбовых структур. Вследствие чего гарантированно обеспечивается плотное свинчивание соединения как при первой сборке, так и при последующих повторных сборках-разборках заявленного соединения.Improving the strength and stability of the claimed threaded joint to lateral and axial loads, as well as ensuring the tightness of the threaded joint, is ensured by the possibility of extruding (when screwing the joint) excess grease and / or sludge caught in the thread into specially made profile structures (in the form protrusions) of the thread of the nipple-tip 1 of the cavities in the form of grooves 3 and 4 with the subsequent redistribution (mainly uniform) of the lubricant and / or sludge in the gaps between facing surfaces of the free edges of said threaded structures. As a result, a tight make-up of the joint is guaranteed both during the first assembly and during subsequent reassemblies-disassemblies of the claimed compound.

В заявленном конструктивном варианте исполнения соединения обеспечивается наиболее равномерное распределение нагрузки (контактных напряжений) по опорным поверхностям выступов профильных структур резьбы.In the claimed constructive embodiment, the connection provides the most uniform distribution of the load (contact stress) on the supporting surfaces of the protrusions of the profile structures of the thread.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:The above information indicates the following conditions are met when using the claimed technical solution:

- объекты, воплощающие заявленное техническое решение, при их осуществлении, предназначены для герметичного резьбового соединения бурильных или обсадных труб в технологической колонне геологоразведочной бурильной установки;- objects that embody the claimed technical solution, when implemented, are designed for tight threaded connection of drill or casing pipes in the casing of a prospecting drilling installation;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники средств и методов;- for the claimed object in the form as described in the independent clause of the formula below, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application or known from the prior art is confirmed;

- объекты, воплощающие заявленное техническое решение, при их осуществлении, способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- objects that embody the claimed technical solution, when implemented, are able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленный объект соответствует требованию условия патентоспособности «промышленная применимость».Therefore, the claimed object meets the requirement of the patentability condition "industrial applicability".

Claims (3)

1. Герметичное резьбовое соединение труб в технологической колонне геологоразведочной бурильной установки, включающее ниппель-наконечник и замковую муфту со средствами герметизации, сопряженные посредством конической резьбы с профилем резьбовых структур, выполненным с положительным углом наклона свободных граней и отрицательным углом наклона опорных граней, отличающееся тем, что профильные структуры резьбы в виде выступов ниппеля-наконечника оснащены, по меньшей мере, двумя канавками, функционально являющимися полостями для избыточной смазки и/или шлама, которые расположены вдоль общей образующей конусной поверхности резьбы, смещены одна относительно другой в окружном и осевом направлениях и выполнены глубиной, не превышающей высоту профиля резьбовых структур, при этом суммарная длина канавок вдоль упомянутых образующих, с учетом ширины впадин резьбы, не превышает длину резьбового участка ниппеля-наконечника в этом же направлении.1. A tight threaded pipe connection in the technological column of a geological exploration drilling rig, including a nipple-tip and a locking sleeve with sealing means, coupled by means of a tapered thread with a profile of threaded structures made with a positive angle of inclination of the free faces and a negative angle of inclination of the support faces, characterized in that the profile structures of the thread in the form of protrusions of the nipple-tip are equipped with at least two grooves that are functionally cavities for excess grease and / or sludge, which are located along the common generatrix of the conical surface of the thread, are displaced relative to each other in the circumferential and axial directions and are made with a depth not exceeding the height of the profile of the threaded structures, while the total length of the grooves along the mentioned generators, taking into account the width of the troughs of the thread does not exceed the length of the threaded portion of the nipple-tip in the same direction. 2. Герметичное резьбовое соединение по п.1, отличающееся тем, что канавки смещены в окружном направлении на угол, близкий или равный 180°.2. The tight threaded connection according to claim 1, characterized in that the grooves are offset in the circumferential direction by an angle close to or equal to 180 °. 3. Герметичное резьбовое соединение по п.1, отличающееся тем, что канавки смещены в окружном направлении на угол, удовлетворяющий условию 360°/(n-1), где n - число витков резьбы, при этом на резьбовой структуре в виде выступа каждого полного витка выполнено по одной канавке. 3. The tight threaded connection according to claim 1, characterized in that the grooves are shifted in the circumferential direction by an angle satisfying the condition 360 ° / (n-1), where n is the number of threads of the thread, while on the threaded structure in the form of a protrusion of each complete a turn is made along one groove.

Images