WO2016064368A1 - Герметичное резьбовое соединение металлических труб - Google Patents

Герметичное резьбовое соединение металлических труб Download PDF

Info

Publication number
WO2016064368A1
WO2016064368A1 PCT/UA2015/000028 UA2015000028W WO2016064368A1 WO 2016064368 A1 WO2016064368 A1 WO 2016064368A1 UA 2015000028 W UA2015000028 W UA 2015000028W WO 2016064368 A1 WO2016064368 A1 WO 2016064368A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
conical
pipe
sealing surface
thrust
male
Prior art date
Application number
PCT/UA2015/000028
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Олег Игоревич РОЗЕНБЕРГ
Original Assignee
Ооо "Интерпайп Менеджмент"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ооо "Интерпайп Менеджмент" filed Critical Ооо "Интерпайп Менеджмент"
Publication of WO2016064368A1 publication Critical patent/WO2016064368A1/ru

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/08—Casing joints
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints

Definitions

  • the invention relates to the production of pressurized threaded joints of metal pipes in the oil and gas industry, which can be used for installation of casing or oilfield pipes in the construction of oil and gas wells.
  • One of the ways to increase the tightness of a threaded connection is to select the optimal layout and select the optimal ratio of the geometric parameters of the elements of the threaded pipe joint.
  • One of the solutions provided for improving the sealing properties of pipe joints for oil and gas is a metal-to-metal seal located at different points of the pipe joint, depending on the chosen joint design.
  • This type of seal in the threaded connection provides a barrier to gas or liquid pressure, while the thread is provided mainly to match mechanical requirements and characteristics during the descent of pipes into the well and during drilling.
  • cone-cone metal-metal seal including a truncated cone-shaped external sealing surface located at the end of a male connection member that is in contact with a corresponding truncated cone-shaped sealing surface located on the female connection member.
  • the taper of the sealing surfaces of the inner and outer elements is made in the range of 6.25-9.25% relative to the axis of the connection, and the length of the surface of the inner element in contact with the corresponding surface of the outer element is 0.5-2.5 mm.
  • a protrusion with a conical seating surface is made on the end part of the inner element, and a mating socket is made on the end part of the outer element with the surface reciprocal indicated, the taper angle being 5-10 ° to the plane perpendicular to the connection axis.
  • RESPONSIBILITY “TMK-PREMIUM SERVICE, RU) ⁇ 21 ⁇ 17/042; 12/30/2009] [2], including male and female pipes with tapered threads, sealing and thrust surfaces.
  • the first of which, contacting each other in the radial direction, are respectively made on the outer surface of the end portion of the male and on the inner conical surface of the female pipe, in the area between the conical thread and the pipe body.
  • the second contacting surfaces are respectively made on the male pipe in the form of a conical end surface with a cone angle in the direction of the axis of the conical thread and a mating end conical surface on the female pipe made in the transition section of the first conical surface of this pipe to its body.
  • the profile of the conical thread has a negative angle along the reference face, and the height of the thread profile of the male pipe is less than the height of the thread profile of the female pipe.
  • the sealing surface of the end portion of the male pipe at the beginning and at the end of the zone of the conical radial seal has a spherical shape, and the cone angle of 5 ° is 25 °.
  • a common drawback of these known sealed threaded joints of metal pipes [1,2] with cone-cone sealing surfaces is that the surface length of the inner element in contact with the corresponding surface of the outer element is insignificant, 0.5-2.5 mm, which is not provides a reliable barrier to gas or liquid pressure, which reduces its tightness and reliability in operation.
  • the cone-to-conoid type seal is more progressive than the cone-cone seal, including a truncated cone-shaped sealing surface located at the end of a female pipe joint member that is in contact with a corresponding toroid-shaped sealing surface located on male tubular connection element.
  • the sealing surface of the female element is conical
  • the sealing surface of the male element is made of a toroidal radius of 150 mm and 250 mm for pipes with an outer diameter of 60.3 mm to 1 14.3 mm.
  • the thrust surfaces of the female and male pipe elements are perpendicular to the longitudinal axis of the joint.
  • the closest in purpose and number of common features is a hermetic threaded connection of metal pipes formed by threaded end sections, respectively, with internal and external thrust conical threads of two coaxially arranged, covering and covered pipes, and contacting sealing and thrust surfaces, of which the sealing surface of the covering pipe is made conical, the sealing surface of the male pipe is made toroidal, and the thrust surfaces are female the connecting and male pipes are made conical with a negative angle ⁇ of taper to a plane perpendicular to the longitudinal axis X of the connection, the male pipe being made with an additional cylindrical surface mating with a toroidal sealing surface on one side and with a threaded end section on the other side ["THREADED TUBE JOINT "EP 1540227B 1 (EA007076B1) (TENARIS CONNECTIONS AG, LI) F16L 15/06; 12.12.2007, the closest analogue is the prototype] [4].
  • the radius of the toroidal sealing surface is in the range from 30 to 100 mm when the outer diameter of the pipe is more than 140 mm, and is in the range from 30 to 70 mm when the outer diameter of the pipe is not more than 140 mm.
  • the male pipe has a frustoconical contact surface at the front end that forms an angle ⁇ comprised between (-) 1 ° and (-) 5 ° with respect to a plane perpendicular to the longitudinal axis X of the joint.
  • the main disadvantage of the known compound [4] is that the contact length "b" on the conical and toroidal sealing surfaces of the female and male pipes in which the pressure of the sealing contact in the known compound occurs is selected to be 0.5 mm.
  • the overlap area At the time of application of maximum tensile loads on the sealing section, the overlap area will be minimal.
  • the overlap area must be at least:
  • E is the modulus of elasticity of the material
  • R is the radius of the sealing surface of the covered pipe, mm
  • D is the diameter of the male pipe at the point of contact of the sealing surfaces, mm;
  • F is the force exerted on the conical sealing portion of the female pipe, kN;
  • d is the penetration depth of the toroidal surface into the elastic half-space, mm.
  • the contact length of the sealing surfaces of the covering and covered pipes should be at least 2 mm.
  • the technical result that is achieved by solving the technical problem and using an improved pipe threaded connection is to increase the length of the contact zone of the toroidal sealing surface of the male pipe in contact with the conical sealing surface of the female pipe to 2-7 mm and increasing the tightness of the connection, which significantly increases the reliability its in operation.
  • the nominal overlap area which ensures guaranteed tightness in the connection, is calculated according to the formula determined by the applicant, which includes only the geometric parameters of the connection:
  • R is the radius of the toroidal sealing surface of the male pipe, mm; a is the angle between the radius drawn to the central overlap point of the toroidal sealing surface of the male pipe and the radius drawn to the boundary point of contact of the contact of the toroidal sealing surface of the male pipe with the conical sealing surface of the female pipe; degree (°);
  • ⁇ is the angle between the plane of the conical sealing surface of the enclosing pipe and the chord drawn from the contact point of contact between the toroidal sealing surface of the enclosed pipe and the conical sealing surface of the enclosing pipe to the central overlap point of the toroidal sealing surface of the enclosing pipe, degree (°).
  • the length of the contact zone b is:
  • connection At the same time, optimal contact stresses arise in the connection, which create a reliable barrier to the pressure of gas or liquid in the connection and provide high tightness of the connection, but do not lead to the destruction of the contacting conical and toroidal sealing surfaces of the female and male pipes.
  • the proposed hermetic threaded connection of metal pipes, according to the invention has additional differences that increase or create an additional technical result.
  • the thrust surfaces are conical with a negative angle ⁇ of taper (-) 10 ° ⁇ ⁇ (-) 20 ° to the plane perpendicular to the longitudinal axis X of the joint.
  • the conical sealing surface and the conical thrust surface are conjugated by a radius transition made by a radius
  • R4 0.9 " 'mm
  • R 5 1.0 +0 ' 2 mm
  • the threaded end sections, respectively, with the external and internal thrust conical threads are made with a taper angle of 5.25 - 8.25% to the longitudinal axis X of the connection.
  • the threaded end portions, respectively, with the internal and external thrust conical threads are made in such a way that the profile of the thrust conical thread has a negative angle a 2 and 4 along the reference face equal to (-) 2 ° " 'and a positive angle ⁇ 3 , and 5 along the embedded face, equal to (+) 10 ° ⁇ 0.5 ° to the plane perpendicular to the longitudinal axis X of the joint.
  • This embodiment of the profile of the persistent conical thread of the female and male pipes with a negative angle a 2 , 4 along the support face equal to (-) 2 ° " ° ' 5 makes it possible to perform multiple screwing - unscrewing without abrasion of surfaces, and also serves as a" lock »To prevent possible slipping, and with a positive angle of a 3 , a 5 along the embedded edge equal to (+) 10 ° ⁇ 0.5 °, it facilitates the make-up process, which increases the reliability of the threaded connection.
  • FIG. 1 shows a sealed threaded connection of metal pipes, a General view.
  • FIG. 2 shows a female pipe of a hermetic threaded connection of metal pipes, a fragment.
  • FIG. 3 shows a male pipe hermetic threaded connection of metal pipes, a fragment.
  • FIG. 4 shows a profile of a thrust conical thread of a male pipe.
  • FIG. 5 shows a profile of a thrust conical thread of a female pipe.
  • FIG. 6 shows a contact zone of a conical sealing surface of a female pipe in contact with a toroidal sealing surface of a male pipe, a fragment.
  • the hermetic threaded connection of metal pipes (Figs. 1-6) is formed (Fig. 1) by threaded end sections 1, 2, respectively, with an internal 3 and an external 4 thrust conical thread 3.4 of two coaxially spaced, covering 5 and covered 6 pipes 5,6 and contacting sealing 7.8 and thrust 9.10 surfaces 7.8 and 9.10.
  • the sealing surface 7 of the female pipe 5 is made conical (Fig. 2).
  • the sealing surface 8 of the male pipe 6 is made toroidal (Fig. 3).
  • the thrust surfaces 9,10 covering 5 and covered 6 pipes 5,6 are made conical with a negative angle ⁇ of taper to a plane perpendicular to the longitudinal axis X of the connection.
  • the male pipe 6 is made with an additional cylindrical surface 13, conjugated with a toroidal sealing surface 8 on the one hand, and with a threaded end section 2 on the other hand.
  • the main features of the hermetic threaded connection of metal pipes are the following improvements in its design.
  • the male pipe 6 is made with an additional conical surface 12 with a taper angle ⁇ of 25 - 35% to the longitudinal axis X of the joint mating with the toroidal sealing surface 8 on the one hand and with the conical thrust surface 10 on the other hand.
  • the mentioned main features of the improved proposed hermetic threaded connection of metal pipes provide it with an increase in the length of the contact zone b of the toroidal sealing surface 8 of the male pipe 6 in contact with the conical sealing surface 7 of the female pipe 5 to 2-7 mm and increasing the tightness of the connection, which significantly increases its reliability in operation.
  • the abutment surfaces 9.10 are conical with a negative angle ⁇ of taper (-) 10 ° ⁇ y ⁇ (-) 20 ° to a plane perpendicular to the longitudinal axis X of the joint.
  • the threaded end sections 1, 2, respectively, with the external 3 and internal 4 thrust conical threads 3.4 are made with a taper angle oi l of 5.25 - 8.25% to the longitudinal axis X of the connection.
  • the threaded end sections 1.2, respectively, with the inner 3 and outer 4 thrust conical threads 3,4 are made in such a way that the profile of the thrust conical thread has a negative angle a 2 , 4 along the reference face (-) 2 ° "0.5 ; and a positive angle a 3 , and 5 along the embedded face, equal to (+) 10 ° ⁇ 0.5 ° to the plane perpendicular to the longitudinal axis X of the joint (Fig. 4,5).
  • a prototype of a sealed threaded joint of metal pipes was formed by threaded end sections 1.2, respectively, with an internal 3 and an external 4 thrust conical thread 3.4 of two coaxially arranged, covering 5 and covered by 6 pipes 5.6 and contacting sealing 7.8 and thrust 9 , 10 with surfaces of 7.8 and 9.10.
  • the sealing surface 7 of the female pipe 5 was made conical, the sealing surface 8 of the female pipe 6 was made toroidal, and the thrust surfaces 9,10 of the female 5 and male 6 of the pipe 5,6 were made conical with a negative taper angle ⁇ to a plane perpendicular to the longitudinal axis X connections.
  • the male pipe 6 was made with an additional cylindrical surface 13, conjugated with a toroidal sealing surface 8 on the one hand, and with a threaded end section 2 on the other hand.
  • the male pipe 6 was made with an additional conical surface 12 with a taper angle ⁇ of 25 - 35% to the longitudinal axis X of the joint mating with the toroidal sealing surface 8 on the one hand and with the conical thrust surface 10 on the other hand.
  • the length of the contact zone b is:
  • the nominal external diameter of the covered pipe is 339.725 mm;
  • the nominal external diameter of the female pipe is 362 ⁇ 1 mm;
  • the radius of the sealing surface of the male pipe Ri is 130 ⁇ 0.5 mm;
  • Thread inclination angle op 6.25% ⁇ 0.1%
  • the taper angle of the conical sealing surface of the enclosing pipe ⁇ 30% ⁇ 0.1% to the longitudinal axis X of the connection (16.67 ° ⁇ 0.05 °);
  • the radius of the fillets of the inner annular grooves of the enclosing pipe R 3 0.5 mm;
  • the threaded end sections 1,2 When performing screwing or unscrewing operations, the threaded end sections 1,2 initially interact with the inner 3 and outer 4 thrust conical threads 3,4 of the female pipe 5 and the male pipe 6, respectively.
  • the conical sealing surface 7 of the female pipe 5 interacts with the toroidal sealing surface 8 of the male pipe 6.
  • the conical thrust surface 9 of the female pipe 5 is contacted with the conical thrust surface 10 of the female pipe 6 located at a negative angle ⁇ of taper (-) 10 ° ⁇ ⁇ (-) 20 ° to the plane perpendicular to the longitudinal axis X of the joint.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Non-Disconnectible Joints And Screw-Threaded Joints (AREA)
  • Mutual Connection Of Rods And Tubes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области герметичных резьбовых соединений металлических труб в нефтяной и газовой промышленности. Соединение образовано резьбовыми концевыми участками с внутренней и наружной упорной конической резьбой двух соосно расположенных труб, и контактирующими уплотнительными и упорными поверхностями. Уплотнительная поверхность охватывающей трубы выполнена конической, а уплотнительная поверхность охватываемой трубы выполнена тороидальной. Упорные поверхности труб выполнены коническими с отрицательным углом конусности. Охватываемая труба выполнена с дополнительной цилиндрической поверхностью сопряженной с тороидальной уплотнительной поверхностью и с резьбовым концевым участком. Охватываемая труба выполнена с дополнительной конической поверхностью сопряженной с тороидальной уплотнительной поверхностью, а с другой стороны с конической упорной поверхностью. Охватывающая труба выполнена с внутренней кольцевой канавкой, расположенной между резьбовым концевым участком и конической уплотнительной поверхностью. Технический результат повышение герметичности соединения.

Description

ГЕРМЕТИЧНОЕ РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области производства герметичных резьбовых соединений металлических труб в нефтяной и газовой промышленности, которые могут быть использованы для монтажа колонн обсадных или нефтепромысловых труб при строительстве нефтяных и газовых скважин.
В современных условиях происходит повышение требований к герметичности трубных резьбовых соединений, связанное с постоянным усложнением условий добычи.
Недостаточная герметичность трубного резьбового соединения зачастую приводит к преждевременному появлению коррозионного поражения металла в зоне резьбового соединения, течи и, в дальнейшем, к разрушению колонн обсадных или нефтепромысловых труб.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Одним из путей повышения герметичности резьбового соединения является выбор оптимальной компоновки и подбор оптимального соотношения геометрических параметров элементов резьбового соединения труб.
Одним из решений, предусмотренных для улучшения уплотнительных свойств трубных соединений для нефти и газа, является уплотнение металл - металл, расположенное в различных точках трубного соединения, в зависимости от выбранной конструкции соединения.
Этот тип уплотнения в резьбовом соединении обеспечивает барьер давлению газа или жидкости, в то время как резьба предусмотрена, главным образом, для соответствия механическим требованиям и характеристикам при спуске труб в скважину и в процессе бурения.
Одним из вариантов решений является уплотнение металл - металл типа конус - конус, включающее в себя внешнюю уплотнительную поверхность в форме усеченного конуса, расположенную на конце охватываемого элемента соединения, который соприкасается с соответствующей внутренней уплотнительной поверхностью в форме усеченного конуса, расположенной на охватывающем элементе соединения.
Из уровня техники известно герметичное резьбовое соединение металлических труб такого типа [«HERMETIC METAL PIPE JOINT» EP0364413B1 (RU2058505C1) (DALMINE SPA, IT) F16L15/06; E21B17/042; 05.07.1995] [1], содержащее сопрягаемые внутренний и наружный элементы с резьбовыми коническими участками и конической уплотнительной поверхностью на концевой части, причем длина уплотнительной поверхности наружного элемента больше той же длины внутреннего.
Конусность уплотнительных поверхностей внутреннего и наружного элементов выполнена в диапазоне 6,25- 9,25% относительно оси соединения, а длина поверхности внутреннего элемента, контактирующей с соответствующей поверхностью наружного элемента, составляет 0,5-2,5 мм.
На концевой части внутреннего элемента выполнен выступ с конической посадочной поверхностью, а на концевой части наружного элемента выполнено ответное гнездо с поверхностью, ответной указанной, причем угол конусности выполнен 5-10° к плоскости, перпендикулярной оси соединения.
Известно также герметичное резьбовое соединение металлических труб такого типа [«ГЕРМЕТИЧНОЕ РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБ» ЕА012780В1 (RU2338866C1) (ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ
ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ «ТМК-ПРЕМИУМ-СЕРВИС, RU) Е21В 17/042; 30.12.2009] [2], включающее охватываемую и охватывающую трубы с коническими резьбами, уплотнительными и упорными поверхностями.
Первые из которых, контактирующие между собой в радиальном направлении, выполнены соответственно на внешней поверхности торцевого участка охватываемой и на внутренней конической поверхности охватывающей труб, на участке между конической резьбой и телом трубы.
Вторые контактирующие поверхности выполнены соответственно на охватываемой трубе в виде конической торцевой поверхности с углом конуса в направлении оси конической резьбы и ответной торцевой конической поверхности на охватывающей трубе, выполненной на участке перехода первой конической поверхности этой трубы к ее телу. Профиль конической резьбы имеет отрицательный угол по опорной грани, а высота профиля резьбы охватываемой трубы меньше высоты профиля резьбы охватывающей трубы.
Уплотнительная поверхность торцевого участка охватываемой трубы в начале и в конце зоны конусного радиального уплотнения имеет сферическую форму, а угол конуса 5° - 25°.
Общим недостатком этих известных герметичных резьбовых соединений металлических труб [1,2] с уплотнительными поверхностями типа конус - конус является то, что длина поверхности внутреннего элемента, контактирующего с соответствующей поверхностью наружного элемента незначительна, составляет 0,5-2,5 мм, что не обеспечивает надежный барьер давлению газа или жидкости, что снижает его герметичность и надежность в эксплуатации.
В настоящее время более прогрессивным по сравнению с уплотнением типа конус - конус является уплотнение типа конус-тороид, включающее в себя уплотнительную поверхность в форме усеченного конуса, расположенную на конце охватывающего трубного элемента соединения, который соприкасается с соответствующей уплотнительной поверхностью в форме тороида, расположенной на охватываемом трубном элементе соединения.
Из уровня техники известно герметичное резьбовое соединение металлических труб [«SCREW JOINT COUPLING FOR OIL PIPES» US4623173A (NIPPON KOKAN KABUSHIKI KAISHA,JP) F16L15/00; F16L15/04; E21B17/042; 18.1 1.1986] [3] типа конус - тороид, образованное резьбовыми концевыми участками соответственно с внутренней и наружной упорной конической резьбой двух соосно расположенных, охватывающего и охватываемого элементов, и контактирующими уплотнительными и упорными поверхностями.
Из которых уплотнительная поверхность охватывающего элемента выполнена конической, уплотнительная поверхность охватываемого элемента выполнена тороидальной радиусом 150 мм и 250 мм для труб с наружным диаметром от 60,3 мм до 1 14,3 мм.
Упорные поверхности охватывающего и охватываемого трубных элементов расположены перпендикулярно продольной оси соединения.
В известном соединении при большом радиусе тороидальной уплотнительной поверхности охватываемого элемента длина поверхности внутреннего элемента, контактирующего с соответствующей поверхностью наружного элемента увеличена по сравнению с соединениями типа конус - конус и существенно превышают 0,5-2,5 мм. Недостатком этого известного герметичного резьбового соединения металлических труб [3] является то, что при таком чрезмерно большом радиусе 150 - 250 мм тороидальной уплотнительной поверхности недостаточно высокие контактные напряжения в уплотнении, не обеспечивают функцию надежного уплотнения при эксплуатации, что повышает риск утечек рабочей среды в экстремальных условиях и снижает герметичность и надежность такого соединения.
Наиболее близким по назначению и количеству общих признаков является герметичное резьбовое соединение металлических труб, образованное резьбовыми концевыми участками соответственно с внутренней и наружной упорной конической резьбой двух соосно расположенных, охватывающей и охватываемой труб, и контактирующими уплотнительными и упорными поверхностями, из которых уплотнительная поверхность охватывающей трубы выполнена конической, уплотнительная поверхность охватываемой трубы выполнена тороидальной, а упорные поверхности охватывающей и охватываемой труб выполнены коническими с отрицательным углом γ конусности к плоскости, перпендикулярной продольной оси X соединения, причем охватываемая труба выполнена с дополнительной цилиндрической поверхностью, сопряженной с тороидальной уплотнительной поверхностью с одной стороны и с резьбовым концевым участком с другой стороны [«THREADED TUBE JOINT» ЕР 1540227В 1 (ЕА007076В1) (TENARIS CONNECTIONS AG,LI) F16L 15/06; 12.12.2007, наиболее близкий аналог - прототип] [4].
В этом соединении радиус тороидальной уплотнительной поверхности заключён в диапазоне от 30 до 100 мм, когда внешний диаметр трубы больше 140 мм, и заключён в диапазоне от 30 до 70 мм, когда внешний диаметр трубы составляет не больше 140 мм.
Охватываемая труба имеет на переднем конце контактную поверхность в форме усеченного конуса, образующую угол γ, заключенный в диапазоне между (-)1 ° и (-) 5° относительно плоскости, перпендикулярной продольной оси X соединения.
Основным недостатком известного соединения [4] является то, что длина контакта "Ь" на конусной и тороидальной уплотнительных поверхностях охватывающей и охватываемой труб, в которых возникает давление уплотнительного контакта в известном соединении, выбрана равной 0,5 мм.
При такой малой длине контакта, равной 0,5 мм, не достигается надежный барьер давлению рабочей среды - газа или жидкости в соединении и снижается его герметичность. Кроме того, в соединении возникают высокие контактные напряжения, что может привести к разрушению контактирующих конусной и тороидальной уплотнительных поверхностей охватывающей и охватываемой труб, что снижает его надежность.
В момент приложения максимальных растягивающих нагрузок на уплотнительный участок, площадь перекрытия будет минимальна.
Для обеспечения гарантированного герметичного уплотнения по преобразованной формуле Герца площадь перекрытия должна быть не менее:
( https://ru.wikipedia.org/wiki/MexaifflKa контактного взаимодействия )
Figure imgf000007_0001
где Е - модуль упругости материала;
R - радиус уплотняемой поверхности охватываемой трубы, мм;
D - диаметр охватываемой трубы в месте соприкосновения уплотняющих поверхностей, мм;
F - сила, приложенная на конический уплотнительный участок охватывающей трубы, кН;
d - глубина проникновения тороидальной поверхности в упругое полупространство, мм.
Расчетным путем установлено, что, исходя из минимальной площади перекрытия, длина контакта уплотнительных поверхностей охватывающей и охватываемой труб должна быть не менее 2 мм.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является усовершенствование трубного резьбового соединения путем:
- выполнения охватываемой трубы с тороидальной уплотнительной поверхностью с оптимальным радиусом Ri, обеспечивающим для основного типоразмера используемых труб увеличение длины контакта на конусной и тороидальной уплотнительных поверхностях охватывающей и охватываемой труб для повышения герметичности соединения;
- выполнения охватываемой трубы с дополнительной конической поверхностью с оптимальным углом конусности φ, а сопряженной с ней уплотнительной конической поверхности охватывающей трубы с оптимальным углом конусности β, обеспечивающих гарантированный кольцевой зазор между упомянутыми коническими поверхностями охватывающей и охватываемой труб для проникновения смазки между ними и обеспечения герметичности соединения; выполнения внутренней кольцевой канавки на охватывающей трубе вблизи внутренней упорной конической резьбы для концентрации в ней смазки и обеспечения герметичности соединения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Технический результат, который достигается при решении поставленной технической задачи и использовании усовершенствованного трубного резьбового соединения, состоит в увеличении длины зоны контакта тороидальной уплотнительной поверхности охватываемой трубы, контактирующей с конической уплотнительной поверхностью охватывающей трубы до 2-7 мм и повышении герметичности соединения, что существенно повышает надежность его в эксплуатации.
Поставленная техническая задача решается, а технический результат достигается тем, что в герметичном резьбовом соединении металлических труб, образованном резьбовыми концевыми участками соответственно с внутренней и наружной упорной конической резьбой двух соосно расположенных, охватывающей и охватываемой труб, и контактирующими уплотнительными и упорными поверхностями, из которых уплотнительная поверхность охватывающей трубы выполнена конической, уплотнительная поверхность охватываемой трубы выполнена тороидальной, а упорные поверхности охватывающей и охватываемой труб выполнены коническими с отрицательным углом γ конусности к плоскости, перпендикулярной продольной оси X соединения, причем охватываемая труба выполнена с дополнительной цилиндрической поверхностью, сопряженной с тороидальной уплотнительной поверхностью с одной стороны, и с резьбовым концевым участком с другой стороны, согласно изобретению, в охватываемой трубе тороидальная уплотнительная поверхность выполнена радиусом равным Ri = 70-140 мм для труб, преимущественно, с наружным диаметром D = 4 Уг - 13 У»", причем охватываемая труба выполнена с дополнительной конической поверхностью с углом φ конусности 25 - 35 % к продольной оси X соединения, сопряженной с тороидальной уплотнительной поверхностью с одной стороны, и с конической упорной поверхностью с другой стороны, а охватывающая труба выполнена с конической уплотнительной поверхностью с углом β конусности, равным β = φ 7 ) % к продольной оси X соединения, а также с внутренней кольцевой канавкой, расположенной между резьбовым концевым участком и конической уплотнительной поверхностью. Выполнение в охватываемой трубе тороидальной уплотнительной поверхности радиусом равным Ri = 70-140 мм для труб, преимущественно, с наружным диаметром D = 4 Уг - 13 У»", обеспечивает увеличение длины контакта на конусной и тороидальной уплотнительных поверхностях охватывающей и охватываемой труб, в которых возникает давление уплотнительного контакта, до 2-7мм.
Номинальная площадь перекрытия, обеспечивающая гарантированную герметичность в соединении, рассчитана по формуле, определенной заявителем, которая включает только геометрические параметры соединения:
4*2 - (sm(-)) •[l - (sin(0))2 ] (2) где D - диаметр охватываемой трубы в месте соприкосновения уплотняющих поверхностей, мм;
R - радиус тороидальной уплотняющей поверхности охватываемой трубы, мм; а - угол между радиусом, проведенным к центральной точке перекрытия тороидальной уплотняющей поверхности охватываемой трубы, и радиусом, проведенным к граничной точке контакта соприкосновения тороидальной уплотняющей поверхности охватываемой трубы с конической уплотняющей поверхностью охватывающей трубы; градус (°);
Θ - угол между плоскостью конической уплотняющей поверхности охватывающей трубы и хордой, проведенной с граничной точки контакта соприкосновения тороидальной уплотняющей поверхности охватываемой трубы с конической уплотняющей поверхностью охватывающей трубы к центральной точке перекрытия тороидальной уплотняющей поверхности охватываемой трубы, градус (°).
В нашем случае длина зоны контакта b составляет:
Ь~2 мм, при Ri = 70 мм;
Ь~7 мм, при Ri = 140 мм;
При этом в соединении возникают оптимальные контактные напряжения, которые создают надежный барьер давлению газа или жидкости в соединении и обеспечивают высокую герметичность соединения, но не приводят к разрушению контактирующих конусной и тороидальной уплотнительных поверхностей охватывающей и охватываемой труб. В связи с тем, что охватываемая труба выполнена с дополнительной конической поверхностью с углом φ конусности 25 - 35 % к продольной оси X соединения, сопряженной с тороидальной уплотнительной поверхностью с одной стороны, и с конической упорной поверхностью с другой стороны, а охватывающая труба выполнена с конической уплотнительной поверхностью с углом β конусности, равной β = φ 7 ) % к продольной оси X соединения, осуществляется выдавливание лишней смазки в кольцевой зазор между упомянутыми коническими поверхностями, что обеспечивает герметичность и надежность соединения.
Выполнение охватывающей трубы с внутренней кольцевой канавкой, расположенной между резьбовым концевым участком и конической уплотнительной поверхностью создает кольцевую полость для сбора смазки, что обеспечивает герметичность соединения.
Упомянутые главные отличия предлагаемого герметичного резьбового соединение металлических труб обеспечивают ему увеличение длины зоны контакта b тороидальной уплотнительной поверхности охватываемой трубы, контактирующей с конической уплотнительной поверхностью охватывающей трубы до 2-7 мм и повышение герметичности соединения, что существенно повышает надежность его в эксплуатации
Предлагаемое герметичное резьбовое соединение металлических труб, согласно изобретению, имеет и дополнительные отличия, которые повышают или создают дополнительный технический результат.
В охватываемой трубе дополнительная коническая поверхность и дополнительная цилиндрическая поверхность сопряжены с тороидальной уплотнительной поверхностью или радиусными переходами, выполненными радиусом R2 = 5,0±1,0мм, или по касательной.
За счет этого предотвращается разгерметизация соединения при знакопеременных нагрузках.
В охватывающей и охватываемой трубе упорные поверхности выполнены коническими с отрицательным углом γ конусности (-)10°< γ < (-)20° к плоскости, перпендикулярной продольной оси X соединения.
Это позволяет снизить негативное влияние концентраторов напряжений, а также предотвращает возникновение турбулентности при движении рабочей среды (например, газа) внутри соединения.
В охватывающей трубе внутренняя кольцевая канавка выполнена с галтелями радиусом R-з = 0,5±0,1мм. Это снижает негативное влияние внутренних угловых концентраторов напряжений кольцевой канавки и повышает прочность охватываемой трубы.
В охватывающей трубе коническая уплотнительная поверхность и коническая упорная поверхность сопряжены радиусным переходом, выполненными радиусом
-0 2
R4 = 0,9" ' мм, а в охватываемой трубе дополнительная коническая поверхность и коническая упорная поверхность сопряжены радиусным переходом, выполненными радиусом R5 = 1,0+0'2 мм.
За счет этого обеспечивается оптимальный контакт упорных поверхностей при свинчивании охватывающей и охватываемой труб и эффективная передача крутящего момента и продольных усилий в колонне труб при монтаже и эксплуатации.
В охватывающей и охватываемой трубе резьбовые концевые участки соответственно с наружной и внутренней упорной конической резьбой выполнены с углом конусности 5,25 - 8,25% к продольной оси X соединения.
Указанные оптимальные значения конусности угла ι в упомянутых пределах 5,25 - 8,25% резьбовых концевых участков соответственно с наружной и внутренней упорной конической резьбой охватывающей и охватываемой труб определены опытным путем и существенно расширяет этот диапазон по сравнению со стандартной конусностью, при котором углом ( i конусности равен 6,25% к продольной оси X соединения, не снижая герметичности и надежности соединения.
В охватывающей и охватываемой трубе резьбовые концевые участки соответственно с внутренней и наружной упорной конической резьбой выполнены таким образом, что профиль упорной конической резьбы имеет отрицательный угол а2, а4 по опорной грани, равный (-)2° " ' и положительный угол α3, а5 по закладной грани, равный (+)10°±0,5° к плоскости, перпендикулярной продольной оси X соединения.
Такое выполнение профиля упорной конической резьбы охватывающей и охватываемой труб с отрицательным углом а2, а4 по опорной грани, равным (-)2° " °'5 , дает возможность проводить многократное свинчивание - развинчивание без истирания поверхностей, а также выполняет функции «замка» для предотвращения возможного соскальзывания, а с положительным углом а3, а5 по закладной грани, равным (+)10°±0,5°, облегчает процесс свинчивания, что повышает надежность резьбового соединения. ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В дальнейшем изобретение поясняется примером его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 изображено герметичное резьбовое соединение металлических труб, общий вид.
На фиг. 2 изображена охватывающая труба герметичного резьбового соединения металлических труб, фрагмент.
На фиг. 3 изображена охватываемая труба герметичного резьбового соединения металлических труб, фрагмент.
На фиг. 4 изображен профиль упорной конической резьбы охватываемой трубы.
На фиг. 5 изображен профиль упорной конической резьбы охватывающей трубы.
На фиг. 6 изображена зона контакта конической уплотнительной поверхности охватывающей трубы, контактирующей с тороидальной уплотнительной поверхностью охватываемой трубы, фрагмент.
Герметичное резьбовое соединение металлических труб (фиг.1-6) образовано (фиг. 1) резьбовыми концевыми участками 1 ,2 соответственно с внутренней 3 и наружной 4 упорной конической резьбой 3,4 двух соосно расположенных, охватывающей 5 и охватываемой 6 труб 5,6, и контактирующими уплотнительными 7,8 и упорными 9,10 поверхностями 7,8 и 9,10.
Уплотнительная поверхность 7 охватывающей трубы 5 выполнена конической (фиг. 2).
Уплотнительная поверхность 8 охватываемой трубы 6 выполнена тороидальной (фиг. 3).
Упорные поверхности 9,10 охватывающей 5 и охватываемой 6 труб 5,6 выполнены коническими с отрицательным углом γ конусности к плоскости, перпендикулярной продольной оси X соединения.
Охватываемая труба 6 выполнена с дополнительной цилиндрической поверхностью 13, сопряженной с тороидальной уплотнительной поверхностью 8 с одной стороны, и с резьбовым концевым участком 2 с другой стороны. Главными особенностями герметичного резьбового соединения металлических труб являются следующие усовершенствования его конструкции.
В охватываемой трубе 6 тороидальная уплотнительная поверхность 7 выполнена радиусом равным R] = 70-140 мм для труб, преимущественно, с наружным диаметром D = 4 Vi - 13 Vs".
Охватываемая труба 6 выполнена с дополнительной конической поверхностью 12 с углом φ конусности 25 - 35 % к продольной оси X соединения, сопряженной с тороидальной уплотнительной поверхностью 8 с одной стороны, и с конической упорной поверхностью 10 с другой стороны.
Охватывающая труба 5 выполнена с конической уплотнительной поверхностью 7 с углом β конусности, равным β = φ (+ + 3 0 Ί ) % к продольной оси X соединения, а также с внутренней кольцевой канавкой 11, расположенной между резьбовым концевым участком 1 и конической уплотнительной поверхностью 7.
Упомянутые главные особенности усовершенствованного предлагаемого герметичного резьбового соединение металлических труб обеспечивают ему увеличение длины зоны контакта b тороидальной уплотнительной поверхности 8 охватываемой трубы 6, контактирующей с конической уплотнительной поверхностью 7 охватывающей трубы 5 до 2-7 мм и повышение герметичности соединения, что существенно повышает надежность его в эксплуатации.
Дополнительными особенностями герметичного резьбового соединения металлических труб являются следующие усовершенствования его конструкции.
В охватываемой трубе 6 дополнительная коническая поверхность 12 и дополнительная цилиндрическая поверхность 13 сопряжены с тороидальной уплотнительной поверхностью 8 или радиусными переходами 14,15, выполненными радиусом R2 = 5,0± 1 ,0мм, или по касательной.
В охватывающей 5 и охватываемой 6 трубе 5,6 упорные поверхности 9,10 выполнены коническими с отрицательным углом γ конусности (-)10°< у < (-)20° к плоскости, перпендикулярной продольной оси X соединения.
В охватывающей трубе 5 внутренняя кольцевая канавка 1 1 выполнена с галтелями 16 радиусом R.3 = 0,5±0,1мм.
В охватывающей трубе 5 коническая уплотнительная поверхность 7 и коническая упорная поверхность 9 сопряжены радиусным переходом 17, выполненным радиусом R4 = 0,9"0,2 MM В охватываемой трубе 6 дополнительная коническая поверхность 12 и коническая упорная поверхность 10 сопряжены радиусным переходом 18, выполненным радиусом R5 = 1,0+0·2 мм.
В охватывающей 5 и охватываемой 6 трубе 5,6 резьбовые концевые участки 1 ,2 соответственно с наружной 3 и внутренней 4 упорной конической резьбой 3,4 выполнены с углом oil конусности 5,25 - 8,25% к продольной оси X соединения.
В охватывающей 5 и охватываемой 6 трубе 5,6 резьбовые концевые участки 1,2 соответственно с внутренней 3 и наружной 4 упорной конической резьбой 3,4 выполнены таким образом, что профиль упорной конической резьбы имеет отрицательный угол а2, 4 по опорной грани, равный (-)2° " 0,5 ; и положительный угол а3, а5 по закладной грани, равный (+)10°±0,5° к плоскости, перпендикулярной продольной оси X соединения (фиг. 4,5).
Пример.
Опытный образец герметичного резьбового соединения металлических труб был образован резьбовыми концевыми участками 1,2 соответственно с внутренней 3 и наружной 4 упорной конической резьбой 3,4 двух соосно расположенных, охватывающей 5 и охватываемой 6 труб 5,6 и контактирующими уплотнительными 7,8 и упорными 9,10 поверхностями 7,8 и 9,10.
Уплотнительная поверхность 7 охватывающей трубы 5 была выполнена конической, уплотнительная поверхность 8 охватываемой трубы 6 была выполнена тороидальной, а упорные поверхности 9,10 охватывающей 5 и охватываемой 6 труб 5,6 были выполнены коническими с отрицательным углом γ конусности к плоскости, перпендикулярной продольной оси X соединения.
Охватываемая труба 6 была выполнена с дополнительной цилиндрической поверхностью 13, сопряженной с тороидальной уплотнительной поверхностью 8 с одной стороны, и с резьбовым концевым участком 2 с другой стороны.
В охватываемой трубе 6 тороидальная уплотнительная поверхность 7 была выполнена радиусом равным
Figure imgf000014_0001
= 70-140 мм для труб, преимущественно, с наружным диаметром D = 4 '/г - 13 У»".
Охватываемая труба 6 была выполнена с дополнительной конической поверхностью 12 с углом φ конусности 25 - 35 % к продольной оси X соединения, сопряженной с тороидальной уплотнительной поверхностью 8 с одной стороны, и с конической упорной поверхностью 10 с другой стороны. Охватывающая труба 5 была выполнена с конической уплотнительной поверхностью 7 с углом β конусности, равным β = φ (^ 7 ) % к продольной оси X соединения, а также с внутренней кольцевой канавкой 1 1 , расположенной между резьбовым концевым участком 1 и конической уплотнительной поверхностью 7.
Номинальная площадь перекрытия, обеспечивающая гарантированную герметичность в соединении была рассчитана по формуле (2), определенной заявителем, которая включает только геометрические параметры соединения:
5 = 2 · ΤΓ · £> · 4R2 · (sin(-))2 [l - (sin(#))2 ]
.3°\ 2
2 - 3.14 - 330.48 - 4 - 1302 - (sin У [l - (sin(5°))2] = 6092^ где D - диаметр охватываемой трубы в месте соприкосновения уплотняющих поверхностей, мм; (D = 330,48 мм);
R - радиус тороидальной уплотняющей поверхности охватываемой трубы, мм; (R = Ri = 130 мм);
а - угол между радиусом, проведенным к центральной точке перекрытия тороидальной уплотняющей поверхности охватываемой трубы, и радиусом, проведенным к граничной точке контакта соприкосновения тороидальной уплотняющей поверхности охватываемой трубы с конической уплотняющей поверхностью охватывающей трубы; градус О; (а = 2,25°);
Θ - угол между плоскостью конической уплотняющей поверхности охватывающей трубы и хордой, проведенной с граничной точки контакта соприкосновения тороидальной уплотняющей поверхности охватываемой трубы с конической уплотняющей поверхностью охватывающей трубы к центральной точке перекрытия тороидальной уплотняющей поверхности охватываемой трубы, градус (°); (Θ = 42,75°).
В нашем случае длина зоны контакта b составляет:
b « в ~ 6092 ^ 5.9мм
π - Ό 3.14 - 330.48
При этом опытный образец трубного резьбового соединения был изготовлен согласно действующим стандартам для резьбы типа «Баттресс», и имел следующие геометрические параметры:
Номинальный внешний диаметр охватываемой трубы - 339,725 мм;
Номинальный внешний диаметр охватывающей трубы - 362±1 мм; Радиус уплотнительной поверхности охватываемой трубы Ri — 130±0,5 мм;
Угол наклона резьбы оп= 6,25%±0,1%;
Угол конусности упорных поверхностей охватывающей и охватываемой труб γ = -15° к плоскости, перпендикулярной продольной оси X соединения;
Угол конусности дополнительной конической поверхности охватываемой трубы <р = 15°±0,5;
Угол конусности конической уплотнительной поверхности охватывающей трубы β = 30%±0,1% к продольной оси X соединения (16,67°±0,05°);
Радиус галтелей внутренней кольцевой канавки охватывающей трубы R3 = 0,5 мм;
Радиусные переходы сопряжений дополнительной цилиндрической поверхности охватываемой трубы с тороидальной уплотнительной поверхностью, а также дополнительной конической поверхностью охватываемой трубы с тороидальной поверхностью R2= 5 мм.
Работает герметичное резьбовое соединение металлических труб следующим образом.
При выполнении операций свинчивания или развинчивания соединения первоначально происходит взаимодействие резьбовых концевых участков 1,2 соответственно с внутренней 3 и наружной 4 упорной конической резьбой 3,4 охватывающей трубы 5 и охватываемой трубы 6.
В процессе навинчивания осуществляется взаимодействие конической уплотнительной поверхности 7 охватывающей трубы 5 с тороидальной уплотнительной поверхностью 8 охватываемой трубы 6.
За счет диаметральных упругих деформаций упомянутых уплотнительных поверхностей 7,8 создается гарантированный уплотнительный узел «металл - металл» типа «конус - тороид» с длиной b зоны контакта 2-7 мм, за счет того, что тороидальная уплотнительная поверхность 8 выполнена радиусом равным R] = 70-140 мм для труб, преимущественно, с наружным диаметром D = 4 Уг - 13
При этом в соединении возникают оптимальные контактные напряжения, которые создают надежный барьер давлению газа или жидкости и обеспечивают ему высокую герметичность, но не приводят к разрушению контактирующих уплотнительных конической 7 и тороидальной 8 уплотнительных поверхностей 7,8 охватывающей 5 и охватываемой 6 труб 5,6.
В связи с тем, что охватываемая труба 6 выполнена с дополнительной конической поверхностью 12 с углом φ конусности 25 - 35 % к продольной оси X соединения, сопряженной с тороидальной уплотнительной поверхностью 8 с одной стороны, и с конической упорной поверхностью 10 с другой стороны, а охватывающая труба 5 выполнена с конической уплотнительной поверхностью 7 с углом β конусности, равной β = (+0.7 ) 0/° к продольной оси X соединения, осуществляется выдавливание лишней смазки в кольцевой зазор между упомянутыми коническими поверхностями, что обеспечивает герметичность и надежность соединения.
Внутренняя кольцевая канавка 1 1 охватывающей трубы 6, расположенная между резьбовым концевым участком 1 и конической уплотнительной поверхностью 7, создает кольцевую полость для сбора смазки, что обеспечивает герметичность соединения.
При дальнейшем навинчивании резьбового концевого участка 1 с внутренней упорной конической резьбой 3 охватывающей трубы 5 на резьбовый концевой участок 2 с наружной упорной конической резьбой 4 охватываемой трубы 6 осуществляется силовой контакт конической упорной поверхности 9 охватывающей трубы 5 с конической упорной поверхностью 10 охватывающей трубы 6, расположенных под отрицательным углом γ конусности (-)10°< γ < (-)20° к плоскости, перпендикулярной продольной оси X соединения.
В результате на конической упорной поверхности 9 охватывающей трубы 5 с конической упорной поверхности 10 охватывающей трубы 6 возникают контактные напряжения, величина которых находиться в диапазоне упругих деформаций.
Причем при взаимодействии конической упорной поверхности 9 охватывающей трубы 5 с конической упорной поверхности 10 охватывающей трубы 6, расположенных под отрицательным углом γ конусности (-)10°< γ < (-)20° к плоскости, перпендикулярной продольной оси X соединения, при действии на них осевого усилия, которое возникает при свинчивании охватывающей 5 и охватываемой 6 труб 5,6, поперечная составляющая этого усилия будет направлена к продольной оси X соединения, что повышает герметичность и надежность соединения.
Таким образом, за счет усовершенствования герметичного резьбового соединения металлических труб путем:
- выполнения охватываемой трубы 6 с тороидальной уплотнительной поверхностью 8 с оптимальным радиусом R} = 70- 140мм для труб, преимущественно, с наружным диаметром D = 4 У2 - 13 обеспечивается увеличение длины зоны контакта на конической 7 и тороидальной 8 уплотнительных поверхностях 7,8 охватывающей 5 и охватываемой 6 труб 5,6 для повышения герметичности соединения;
- выполнения охватываемой трубы 6 с дополнительной конической поверхностью 12 с оптимальным углом φ конусности 25 - 35 % к продольной оси X соединения, а сопряженной с ней уплотнительной конической поверхности 7 охватывающей трубы 5 с оптимальным углом β конусности β = φ ( Q 1 )%, обеспечивающих гарантированный кольцевой зазор между упомянутыми коническими поверхностями 12,7 охватывающей 5 и охватываемой 6 труб 5,6 для проникновения смазки между ними и обеспечения герметичности соединения;
- выполнения внутренней кольцевой канавки 1 1 на охватывающей трубе 5 вблизи внутренней упорной конической резьбы 3 для концентрации в ней смазки и обеспечения герметичности соединения,
достигается увеличение длины b зоны контакта тороидальной уплотнительной поверхности 8 охватываемой трубы 6, контактирующей с конической уплотнительной поверхностью 7 охватывающей трубы 5 до 2-7 мм и повышение герметичности соединения, что существенно повышает надежность его в эксплуатации.
ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Приведенные сведения подтверждают возможность промышленного применения предлагаемого герметичного резьбового соединения металлических труб, которое обладает повышенной герметичностью и надежностью в эксплуатации, не требует больших затрат при изготовлении и монтаже и может быть широко использовано для монтажа колонн обсадных или нефтепромысловых труб при строительстве нефтяных и газовых скважин.
ПЕРЕЧЕНЬ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1) резьбовой концевой участок охватывающей трубы
2) резьбовой концевой участок охватываемой трубы
3) внутренняя упорная коническая резьба резьбового концевого участка охватывающей трубы
4) наружная упорная коническая резьба резьбового концевого участка охватываемой трубы
5) охватывающая труба
6) охватываемая труба
7) коническая уплотнительная поверхность охватывающей трубы
8) тороидальная уплотнительная поверхность охватываемой трубы ) коническая упорная поверхность охватывающей трубы
0) коническая упорная поверхность охватываемой трубы
1) внутренняя кольцевая канавка охватывающей трубы
2) дополнительная коническая поверхность охватываемой трубы
3) дополнительная цилиндрическая поверхность охватываемой трубы
4) радиусный переход сопряжения дополнительной конической поверхности тороидальной уплотнительной поверхностью охватываемой трубы
5) радиусный переход сопряжения дополнительной цилиндрической поверхности тороидальной уплотнительной поверхностью охватываемой трубы
6) галтели внутренней кольцевой канавки охватывающей трубы
7) радиусный переход сопряжения дополнительной конической поверхности конической упорной поверхностью охватывающей трубы
8) радиусный переход сопряжения дополнительной конической поверхности конической упорной поверхностью охватываемой трубы

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Герметичное резьбовое соединение металлических труб, образованное резьбовыми концевыми участками (1,2) соответственно с внутренней (3) и наружной (4) упорной конической резьбой (3,4) двух соосно расположенных, охватывающей (5) и охватываемой (6) труб (5,6), и контактирующими уплотнительными (7,8) и упорными (9,10) поверхностями (7,8 и 9,10), из которых уплотнительная поверхность (7) охватывающей трубы (5) выполнена конической, уплотнительная поверхность (8) охватываемой трубы (6) выполнена тороидальной, а упорные поверхности (9,10) охватывающей (5) и охватываемой (6) труб (5,6) выполнены коническими с отрицательным углом γ конусности к плоскости, перпендикулярной продольной оси X соединения, причем охватываемая труба (6) выполнена с дополнительной цилиндрической поверхностью (13), сопряженной с тороидальной уплотнительной поверхностью (8) с одной стороны, и с резьбовым концевым участком (2) с другой стороны, отличающееся тем, что в охватываемой трубе (6) тороидальная уплотнительная поверхность (7) выполнена радиусом равным Ri = 70- 140мм для труб, преимущественно, с наружным диаметром D = 4 '/г - 13 причем охватываемая труба (6) выполнена с дополнительной конической поверхностью (12) с углом φ конусности 25 - 35 % к продольной оси X соединения, сопряженной с тороидальной уплотнительной поверхностью (8) с одной стороны, и с конической упорной поверхностью (10) с другой стороны, а охватывающая труба (5) выполнена с конической уплотнительной поверхностью (7) с углом β конусности, равным β = (to ) % к продольной оси X соединения, а также с внутренней кольцевой канавкой
(11), расположенной между резьбовым концевым участком (1) и конической уплотнительной поверхностью (7).
2. Герметичное резьбовое соединение металлических труб по п. 1, отличающееся тем, что в охватываемой трубе (6) дополнительная коническая поверхность (12) и дополнительная цилиндрическая поверхность (13) сопряжены с тороидальной уплотнительной поверхностью (8) или радиусными переходами (14,15), выполненными радиусом R2 = 5,0± 1,0мм, или по касательной.
3. Герметичное резьбовое соединение металлических труб по любому из пп. 1, 2, отличающееся тем, что в охватывающей (5) и охватываемой (6) трубе (5,6) упорные поверхности (9,10) выполнены коническими с отрицательным углом γ конусности (-)10°< γ < (-)20° к плоскости, перпендикулярной продольной оси X соединения.
4. Герметичное резьбовое соединение металлических труб по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что в охватывающей трубе (5) внутренняя кольцевая канавка (11) выполнена с галтелями (16) радиусом R3 = 0,5±0,1мм.
5. Герметичное резьбовое соединение металлических труб по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что в охватывающей трубе (5) коническая уплотнительная поверхность (7) и коническая упорная поверхность (9) сопряжены радиусным переходом
0 2
(17), выполненным радиусом R = 0,9" ' мм
6. Герметичное резьбовое соединение металлических труб по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что в охватываемой трубе (6) дополнительная коническая поверхность (12) и коническая упорная поверхность (10) сопряжены радиусным переходом (18), выполненным радиусом R5 = 1 ,0+с'2 мм.
7. Герметичное резьбовое соединение металлических труб по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что в охватывающей (5) и охватываемой (6) трубе (5,6) резьбовые концевые участки (1,2) соответственно с наружной (3) и внутренней (4) упорной конической резьбой (3,4) выполнены с углом си конусности 5,25 - 8,25% к продольной оси X соединения.
8. Герметичное резьбовое соединение металлических труб по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что в охватывающей (5) и охватываемой (6) трубе (5,6) резьбовые концевые участки (1,2) соответственно с внутренней (3) и наружной (4) упорной конической резьбой (3,4) выполнены таким образом, что профиль упорной конической резьбы имеет отрицательный угол а2, а4 по опорной грани, равный (-)2° " 0 ' 5° и положительный угол а3, а5 по закладной грани, равный (+)10°±0,5° к плоскости, перпендикулярной продольной оси X соединения.
PCT/UA2015/000028 2014-10-23 2015-03-30 Герметичное резьбовое соединение металлических труб WO2016064368A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201411528 2014-10-23
UAA201411528A UA111782C2 (uk) 2014-10-23 2014-10-23 Герметичне різьбове з'єднання металевих труб

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016064368A1 true WO2016064368A1 (ru) 2016-04-28

Family

ID=55761249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2015/000028 WO2016064368A1 (ru) 2014-10-23 2015-03-30 Герметичное резьбовое соединение металлических труб

Country Status (2)

Country Link
UA (1) UA111782C2 (ru)
WO (1) WO2016064368A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112556982A (zh) * 2020-11-18 2021-03-26 西北工业大学 一种高速入水试验模型标准内测段结构

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2058505C1 (ru) * 1988-10-03 1996-04-20 Далмине С.П.А. Герметичное соединение металлических труб
EP0713952A1 (en) * 1994-11-22 1996-05-29 Sumitomo Chemical Company, Limited Threaded joint for oil well pipes
EP1540227B1 (en) * 2002-09-06 2007-12-12 Tenaris Connections AG Threaded tube joint

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2058505C1 (ru) * 1988-10-03 1996-04-20 Далмине С.П.А. Герметичное соединение металлических труб
EP0713952A1 (en) * 1994-11-22 1996-05-29 Sumitomo Chemical Company, Limited Threaded joint for oil well pipes
EP1540227B1 (en) * 2002-09-06 2007-12-12 Tenaris Connections AG Threaded tube joint

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112556982A (zh) * 2020-11-18 2021-03-26 西北工业大学 一种高速入水试验模型标准内测段结构

Also Published As

Publication number Publication date
UA111782C2 (uk) 2016-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2010321285B2 (en) Threaded connection
US7475476B2 (en) Method for producing a threaded tubular connection sealed to the outside
CA2931087C (en) Threaded joint for heavy-walled oil country tubular goods
EA021308B1 (ru) Резьбовое соединение для стальных труб
EA008078B1 (ru) Резьбовое соединение для стальных труб
US10612700B2 (en) Method for making a threaded connection for pipes, such as oil and gas pipes
NO316044B1 (no) Gjengeskjöt for rör
CA2678604C (en) A tight threaded joint of oil field pipes
EA025974B1 (ru) Трубное резьбовое соединение
MX2012011114A (es) Un sello mejorado entre tuberias.
CN101824969A (zh) 双台肩双密封面螺纹接头及采用该螺纹接头的无接箍式油井管
EA038944B1 (ru) Резьбовое соединение для стальной трубы
EA033731B1 (ru) Резьбовое соединение для стальной трубы
JP2014500450A (ja) 改良されたパイプ間のシール
WO2002035128A2 (en) Threaded pipe joint
CN201763269U (zh) 双台肩双密封面螺纹接头及采用该螺纹接头的无接箍式油井管
RU2398153C1 (ru) Герметичное резьбовое соединение нефтепромысловых труб
RU158152U1 (ru) Высокогерметичное муфтовое резьбовое соединение нефтепромысловых труб
WO2016064368A1 (ru) Герметичное резьбовое соединение металлических труб
JP5967113B2 (ja) 管のねじ継手
EP3405644B1 (en) Pipe coupling
RU78854U1 (ru) Резьбовое соединение тонкостенных бурильных труб
CN209761353U (zh) 一种高强度的螺纹副
RU201674U1 (ru) Резьбовое соединение бурильных труб
EP4170124A1 (en) Threaded joint for production tubing

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15851987

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15851987

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1