RU2665941C1 - Tubing joint - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas industry.SUBSTANCE: invention relates to the oil-producing industry, namely, namely to the tubing joint (tubing), and can be used for the installation of a tubing in oil and gas wells. Tubing joint includes pipes with external tapered threads at the ends, a tapered-threaded coupling on both sides and a sealing collar placed between the ends of the pipes. Sealing collar is made with equally spaced screw rows of through slits providing a change in its size in the axial direction when the thread is tightened.EFFECT: high reliability, thread protection against abrasive solids.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к соединению насосно-компрессорных труб (НКТ), и может быть использовано при монтаже колонны НКТ в нефтяных и газовых скважинах.The invention relates to the oil industry, namely to the connection of tubing (tubing), and can be used when installing the tubing string in oil and gas wells.

В колонне НКТ резьбовое соединение является наиболее слабым местом из-за наличия между торцами насосно-компрессорных труб промежутка, в котором наблюдаются повышенный абразивный и эрозионный износ и усиленная коррозия вследствие образующегося в нем завихрения потока откачиваемой жидкости. В результате происходит промыв НКТ по резьбе, который может привести к обрыву колонны [Князькин С.А., Иоффе А.В., Выбойщик М.А., Зырянов А.О. Особенности коррозионного разрушения насосно - компрессорных труб при эксплуатации в средах с повышенным содержанием углекислого газа // Металловедение и термическая обработка металлов. 2012. №10. С. 10-14].In the tubing string, the threaded joint is the weakest point due to the gap between the ends of the tubing, in which increased abrasive and erosive wear and increased corrosion are observed due to the turbulence of the pumped liquid flow. The result is a flushing of the tubing along the thread, which can lead to a break in the column [Knyazkin S.A., Ioffe A.V., Vyboyshchik M.A., Zyryanov A.O. Features of corrosion failure of tubing during operation in environments with a high content of carbon dioxide // Metallurgy and heat treatment of metals. 2012. No. 10. S. 10-14].

Известно соединение НКТ, включающее трубы с винтовыми канавками и наружной цилиндрической резьбой по концам, муфту с внутренним буртиком посередине и цилиндрической поверхностью, цилиндрической резьбой и кольцевой канавкой по обеим сторонам от буртика, упругие кольца, зажатые между буртиком, торцами труб и цилиндрическими поверхностями муфты, и упругие втулки между кольцевыми канавками муфты и винтовыми канавками труб [Пат. №2264523 РФ, E21B 17/042, 2005].A tubing connection is known, including pipes with screw grooves and an external cylindrical thread at the ends, a sleeve with an inner collar in the middle and a cylindrical surface, a cylindrical thread and an annular groove on both sides of the collar, elastic rings sandwiched between the collar, the pipe ends and the cylindrical surfaces of the coupling, and elastic bushings between the annular grooves of the coupling and the helical grooves of the pipes [US Pat. No. 2264523 RF, E21B 17/042, 2005].

Недостаток описанного соединения состоит в наличии чрезмерного числа упругих колец и втулок, применяемых для устранения промежутка между торцами труб и буртиком, что усложняет монтаж НКТ на скважине. Кроме того, соединение НКТ имеет ограниченное применение из-за специфической конструкции муфты с внутренним буртиком.The disadvantage of the described connection is the presence of an excessive number of elastic rings and bushings used to bridge the gap between the ends of the pipes and the shoulder, which complicates the installation of tubing in the well. In addition, the tubing connection has limited application due to the specific design of the sleeve with an inner collar.

Известно соединение НКТ, включающее трубы с наружной конической резьбой и скошенными торцами, муфту с внутренней конической резьбой и полимерную манжету трапецеидальной формы в сечении, которая размещена между торцами труб с зазором относительно муфты [Пат. №2186284 РФ, F16L 15/04, 2002].A tubing connection is known, including pipes with an external tapered thread and beveled ends, a sleeve with an internal tapered thread, and a trapezoidal polymeric cuff in cross section that is placed between the pipe ends with a gap relative to the coupling [Pat. No. 2186284 of the Russian Federation, F16L 15/04, 2002].

Недостатком соединения НКТ является то, что полимерная манжета имеет постоянный размер в осевом направлении, тогда как расстояние между торцами вкрученных в муфту труб зависит от качества резьбы, и значения этих параметров могут не совпадать. В результате между торцами полимерной манжеты и торцами НКТ появляется зазор, являющийся причиной последующего разрушения труб.The disadvantage of connecting the tubing is that the polymer sleeve has a constant size in the axial direction, while the distance between the ends of the pipes screwed into the sleeve depends on the quality of the thread, and the values of these parameters may not coincide. As a result, a gap appears between the ends of the polymer cuff and the ends of the tubing, which is the cause of the subsequent destruction of the pipes.

Известно соединение НКТ, включающее трубы с конической резьбой, муфту с проточкой посередине и конической резьбой с обеих сторон и полимерную составную манжету, состоящую из наружной втулки с внутренним буртиком и вставленную в нее с натягом и возможностью осевого перемещения внутреннюю втулку с наружным буртиком с противоположной стороны [Пат. №2478865 РФ, F16L 47/06, 2013].A tubing connection is known, including pipes with a tapered thread, a sleeve with a groove in the middle and a tapered thread on both sides, and a polymer composite sleeve consisting of an outer sleeve with an inner collar and inserted into it with interference and axial movement of the inner sleeve with an outer collar on the opposite side [Pat. No. 2478865 of the Russian Federation, F16L 47/06, 2013].

В рассмотренном соединении составная манжета выполнена с возможностью уменьшения длины при затяжке резьбового соединения, благодаря чему ее торцы постоянно примыкают к торцам труб, что исключает эрозионный износ и замедляет коррозию резьбы. Недостатком соединения НКТ является то, что его монтаж должен производиться непосредственно на скважине, при этом требуется специальный инструмент для размещения составной манжеты в муфте.In the connection considered, the composite sleeve is configured to reduce the length when tightening the threaded connection, so that its ends are constantly adjacent to the ends of the pipes, which eliminates erosion wear and slows down thread corrosion. The disadvantage of connecting the tubing is that it must be installed directly at the well, and a special tool is required to place the composite sleeve in the sleeve.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является соединение НКТ, включающее трубы с наружной конической резьбой и торцевыми проточками на внутренней стороне, муфту с внутренней конической резьбой и уплотнительную манжету с вогнутой внутрь поверхностью [Пат. №2167358 РФ, F16L 15/04, 2012].Closest to the claimed technical essence is the tubing connection, including pipes with an external tapered thread and end grooves on the inside, a sleeve with an internal tapered thread and a sealing sleeve with an inwardly concave surface [Pat. No. 2167358 of the Russian Federation, F16L 15/04, 2012].

В принятом за прототип соединении НКТ уплотнительная манжета сжимается между торцами труб при затяжке резьбы за счет пониженной жесткости вогнутых стенок. Недостатками соединения НКТ являются необходимость монтажа непосредственно на скважине, потребность в специальных проточках на торцах труб, а также выпирание уплотнительной манжеты внутрь труб, сопровождающееся уменьшением их проходного сечения.In the tubing connection adopted for the prototype, the sealing collar is compressed between the ends of the pipes while tightening the thread due to the reduced rigidity of the concave walls. The disadvantages of the tubing connection are the need to install directly on the well, the need for special grooves at the ends of the pipes, as well as the bulging of the sealing sleeve inside the pipes, accompanied by a decrease in their bore.

Предлагаемое техническое решение направлено на разработку несложного по конструкции соединения НКТ, обладающего высокой надежностью за счет защиты конической резьбы от абразивного воздействия твердых частиц, находящихся в откачиваемой жидкости или газе.The proposed technical solution is aimed at developing a tubing connection that is simple in design and has high reliability due to the protection of the tapered thread from the abrasive action of solid particles in the pumped liquid or gas.

Поставленная цель достигается тем, что в соединении насосно-компрессорных труб, включающем трубы с наружной конической резьбой по концам, муфту с конической резьбой с обеих сторон и уплотнительную манжету между торцами труб, согласно изобретению, уплотнительная манжета выполнена с равноотстоящими по окружности винтовыми рядами сквозных щелей, обеспечивающими изменениеее размера в осевом направлении при затяжке резьбы.This goal is achieved by the fact that in the connection of tubing, including pipes with an external tapered thread at the ends, a sleeve with a tapered thread on both sides and a sealing collar between the ends of the pipes, according to the invention, the sealing collar is made with spiral rows of through slots equally spaced around the circumference providing a change in size in the axial direction when tightening the thread.

Уплотнительная манжета имеет внутри цилиндрическую поверхность, а снаружи - цилиндрическую поверхность и коническую поверхность с углом раскрытия конуса меньшим, чем конусность конической резьбы муфты.The sealing sleeve has a cylindrical surface inside, and a cylindrical surface and a conical surface with an opening angle of the cone smaller than the conicity of the conical thread of the coupling on the outside.

На фиг. 1 изображено заявляемое соединение НКТ, продольный разрез; на фиг. 2 уплотнительная манжета, аксонометрия.In FIG. 1 shows the inventive tubing connection, a longitudinal section; in FIG. 2 sealing cuff, axonometry.

Соединение НКТ включает трубы 1, 2 с наружной конической резьбой 3 по концам, муфту 4, имеющую коническую резьбу 5 с обеих сторон, и уплотнительную манжету 6, например, из фторопласта, размещенную между торцами обозначенных труб (фиг. 1). На уплотнительной манжете 6 выполнены равноотстоящие в окружном направлении винтовые ряды 7 сквозных щелей 8, которые обеспечивают ей упругость и пониженную жесткость в осевом направлении и способность деформироваться вплоть до смыкания краев сквозных щелей 8 (фиг. 2). Сквозные щели с винтовым расположением получены по высокопроизводительной технологии деформирующего резания [Зубков Н.Н., Слепцов А.Д. Получение полимерных щелевых фильтрующих труб методом деформирующего резания // Вестник машиностроения. 2010. №12. c. 51-53]. Количество винтовых рядов 7 должно быть не менее 3, но не более 6, а ширина сквозных щелей 8 может изменяться в диапазоне 50-200 мкм. Уплотнительная манжета 6 имеет внутри цилиндрическую поверхность, имеющим диаметр, совпадающим с внутренним диаметром труб 1, 2, а снаружи - цилиндрическую поверхность 9 и коническую поверхность 10. Для обеспечения возможности осевого сжатия уплотнительной манжеты 6 в ее части, имеющей коническую поверхность 10, угол раскрытия конуса α конической поверхности 10 выполняется меньше угла конуса β конической резьбы 5 на муфте 3. В отличие от прототипа, на торцах труб 1, 2 не требуется выполнения проточек, что расширяет возможности использования предлагаемого соединения НКТ.The tubing connection includes pipes 1, 2 with an external conical thread 3 at the ends, a sleeve 4 having a conical thread 5 on both sides, and a sealing sleeve 6, for example, made of fluoroplastic, placed between the ends of the designated pipes (Fig. 1). On the sealing collar 6, screw rows 7 of the through holes 8 are equally spaced in the circumferential direction, which provide it with elasticity and reduced stiffness in the axial direction and the ability to deform up to the closure of the edges of the through holes 8 (Fig. 2). Through-slits with a screw arrangement were obtained using high-performance deforming cutting technology [Zubkov NN, Sleptsov AD Obtaining polymer slit filter tubes by deforming cutting // Bulletin of mechanical engineering. 2010. No. 12. c. 51-53]. The number of screw rows 7 should be at least 3, but not more than 6, and the width of the through slots 8 can vary in the range of 50-200 microns. The sealing sleeve 6 has an inside cylindrical surface having a diameter matching the inner diameter of the pipes 1, 2, and outside is a cylindrical surface 9 and a conical surface 10. To allow axial compression of the sealing sleeve 6 in its part having a conical surface 10, the opening angle the cone α of the conical surface 10 is smaller than the angle of the cone β of the conical thread 5 on the coupling 3. In contrast to the prototype, grooves are not required at the ends of the pipes 1, 2, which expands the possibilities of using agaemogo tubing connections.

Насосно-компрессорные трубы соединяют следующим образом.The tubing is connected as follows.

Уплотнительную манжету 6, например, из фторопласта вставляют концом с цилиндрической поверхностью 9 в муфту 4, а после ввинчивают в муфту трубу 1. Труба 1 своим торцом упирается в торец уплотнительной манжеты 6 и перемещает ее до примыкания конической поверхности 10 к конической резьбе 5 на муфте 4. При дальнейшем завинчивании трубы 1 уплотнительная манжета 6 сжимается в осевом направлении, при этом уменьшается ширина щелей 8 на части манжеты с конической наружной поверхностью 10 (фиг. 1). Данная операция может выполняться в производственном помещении для сокращения времени последующего монтажа колонны НКТ на скважине, что особенно важно в зимнее время. На скважине трубу 1 с навернутой муфтой 4 и зафиксированной между ними уплотнительной манжетой 6 спускают в скважину, после чего сверху в муфту 4 ввертывают трубу 2, снабженную на противоположном конце такой же муфтой и уплотнительной манжетой. При затяжке резьбы торец трубы 2 упирается в торец уплотнительной манжеты 6 и сжимает ее. Уплотнительная манжета 6 уменьшается в длину за счет сближения и смыкания между собой краев щелей 8 в той ее части, которая имеет цилиндрическую наружную поверхность 9. Подобным образом осуществляется монтаж колонны НКТ расчетной длины. Благодаря упругим свойствам уплотнительной манжеты 6 ее торцы всегда находятся в механическом контакте с торцами труб 1 и 2, в результате чего гарантируется отсутствие зазоров, в которых возможно завихрение перекачиваемой жидкости или газа, вызывающее абразивный и коррозионный износ резьбы.The sealing collar 6, for example, is inserted from the fluoroplastic end with the cylindrical surface 9 into the coupling 4, and then screwed into the coupling of the pipe 1. The pipe 1 abuts against the end of the sealing collar 6 with its end and moves it until the conical surface 10 adjoins the tapered thread 5 on the coupling 4. With further screwing of the pipe 1, the sealing sleeve 6 is compressed in the axial direction, while the width of the slots 8 on the part of the sleeve with a conical outer surface 10 decreases (Fig. 1). This operation can be performed in the production room to reduce the time for subsequent installation of the tubing string at the well, which is especially important in winter. At the well, pipe 1 with a screwed-in sleeve 4 and a sealing collar 6 fixed between them is lowered into the well, after which a pipe 2 is screwed on top of the sleeve 4, equipped at the opposite end with the same sleeve and sealing sleeve. When tightening the thread, the end of the pipe 2 abuts against the end of the sealing collar 6 and compresses it. The sealing sleeve 6 is reduced in length due to the approaching and closing together the edges of the slots 8 in that part, which has a cylindrical outer surface 9. In this way, the tubing string of the estimated length is mounted. Due to the elastic properties of the sealing sleeve 6, its ends are always in mechanical contact with the ends of the pipes 1 and 2, as a result of which there are no gaps in which swirling of the pumped liquid or gas is possible, causing abrasive and corrosive wear of the thread.

Предложенное соединение НКТ характеризуется простотой и надежностью, поскольку уплотнительная манжета с винтовыми рядами сквозных щелей способна за счет изменения своего осевого размера заполнить зазор между торцами труб и исключить тем самым износ и коррозию конической резьбы на трубах и муфте.The proposed tubing connection is characterized by simplicity and reliability, since a sealing collar with screw rows of through slits is able, by changing its axial size, to fill the gap between the ends of the pipes and thereby eliminate wear and corrosion of the conical thread on the pipes and the coupling.

Claims (2)

1. Соединение насосно-компрессорных труб, включающее трубы с наружной конической резьбой по концам, муфту с конической резьбой с обеих сторон и уплотнительную манжету, размещенную между торцами труб, отличающееся тем, что уплотнительная манжета выполнена с равноотстоящими по окружности винтовыми рядами сквозных щелей, обеспечивающими изменение ее размера в осевом направлении при затяжке резьбы.1. The connection of the tubing, including pipes with an external tapered thread at the ends, a sleeve with a tapered thread on both sides and a sealing collar located between the ends of the pipes, characterized in that the sealing collar is made with equally spaced circumferential screw rows of through slots, providing changing its size in the axial direction when tightening the thread. 2. Соединение насосно-компрессорных труб по п. 1, отличающееся тем, что уплотнительная манжета имеет изнутри цилиндрическую поверхность, а снаружи - цилиндрическую поверхность и коническую поверхность с углом раскрытия конуса, меньшим, чем конусность конической резьбы муфты.2. The connection of the tubing according to claim 1, characterized in that the sealing sleeve has a cylindrical surface from the inside and a cylindrical surface and a conical surface from the outside with a cone opening angle smaller than the taper of the conical thread of the sleeve.

Images