СОЕДИНЕНИЕ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ИЛИ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ Российский патент 2001 года по МПК F16L15/08 

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к универсальным соединениям насосно-компрессорных или бурильных труб при монтаже-демонтаже их в колонну, и может быть использовано при бурении скважин на нефть и газ и при добыче нефти и газа из скважин, а также при выполнении технологических операций на скважине, при ремонте и обслуживании скважин.

Известно соединение труб, включающее установленную на резьбовом конце одной из соединяемых труб соединительную цилиндрическую муфту, имеющую внутреннюю резьбовую поверхность, и полый цилиндрический переходник, выполненный на одном конце с внутренней, а на другом конце - с наружной резьбой, для взаимодействия с резьбой концевого участка другой соединяемой трубы и резьбой муфты соответственно (см., например, - Инструкция по эксплуатации бурильных труб - РД 39-2-961-83, г. Куйбышев, 1984 г.). При этом муфта и переходник выполнены из материала той же категории прочности, что и соединяемые трубы.

Однако это известное соединение имеет недостаточную эксплуатационную надежность, т.к. после многократных операций монтажа-демонтажа соединений труб в колонну нарушается герметичность резьбовых соединений из-за повреждения резьбы по причине недостаточной износостойкости резьбовых поверхностей переходника и соединительной муфты.

Кроме того, известное соединение является недолговечным, т.к. при монтаже-демонтаже колонны труб не исключено воздействие захватного и удерживающего органов механизма для монтажа-демонтажа на тело трубы, т.к. суммарная длина цилиндрических поверхностей муфты и переходника выполнена без учета размера механизма для монтажа-демонтажа. Как следствие - происходит нарушение поверхностей соединяемых труб. К тому же это приводит к снижению производительности работ по монтажу-демонтажу колонны труб.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является соединение насосно-компрессорных или бурильных труб, включающее установленную на резьбовом конце одной из соединяемых труб соединительную цилиндрическую муфту, имеющую внутреннюю резьбовую поверхность, и полый цилиндрический переходник, выполненный на одном конце с внутренней, а на другом конце - с наружной резьбой, для взаимодействия с резьбой концевого участка другой соединяемой трубы и муфты соответственно, при этом рабочие поверхности муфты и переходника выполнены упрочненными (см., например, свидетельство на полезную модель N 10823, кл. F 16 L 15/08, от 1997 г.).

Однако и в этом соединении труб не исключено повреждение концевых участков труб в месте их соединения при монтаже-демонтаже. Это объясняется тем, что длины цилиндрических поверхностей муфты и переходника выполнены без учета размера захватывающих и удерживающих органов механизма для монтажа-демонтажа, поэтому возможен зажим верхнего конца трубы и нарушение ее целостности. Это приводит к снижению эксплуатационной надежности и долговечности соединения труб, требует дополнительных эксплуатационных затрат на проведение ремонтных работ, заключающихся в отрезании концевого участка трубы и перенарезке на нем резьбы.

Кроме того, хотя рабочие поверхности муфты и переходника выполнены износостойкими, однако упрочнение поверхностного слоя не в полной мере обеспечивает требуемую износостойкость, а следовательно, и надежность резьбовых соединений при эксплуатации. Как следствие - после многократных операций по монтажу-демонтажу колонны нарушается герметичность резьбовых соединений.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности соединения с обеспечением герметичности резьбовых соединений после многократных операций монтажа-демонтажа соединений при спусках и подъемах колонны труб, а также повышение долговечности соединения за счет исключения соприкосновения труб с захватными и удерживающими органами механизма для монтажа-демонтажа колонны труб и снижение при этом эксплуатационных затрат.

Поставленная цель достигается тем, что в известном соединении насосно-компрессорных или бурильных труб, включающем установленную на резьбовом конце одной из соединяемых труб соединительную цилиндрическую муфту, имеющую внутреннюю резьбовую поверхность, и полый цилиндрический переходник, выполненный на одном конце с внутренней, а на другом конце - с наружной резьбой, для взаимодействия с резьбой концевого участка другой соединяемой трубы и муфты соответственно, новым является то, что наружная поверхность соединительной муфты выполнена в виде сопрягаемых цилиндрических поверхностей разного диаметра с образованием средней части муфты и ее концевых участков, при этом наружный диаметр концевых участков муфты выполнен превышающим диаметр средней части муфты, длина средней части муфты, а также суммарная длина концевого участка муфты и сопрягаемого с ним переходника выполнена соответственно не менее высоты захватного и удерживающего органов механизма для монтажа-демонтажа труб, при этом тело муфты и тело переходника выполнены объемно упрочненными, а их резьбовые поверхности выполнены с приданием им дополнительной износостойкости.

Поверхность резьбы на переходнике и муфте выполнена упрочненной с приданием ей дополнительной износостойкости посредством или термической, или химико-термической обработки, или посредством нанесения износостойкого покрытия, или посредством поверхностного деформирования металла.

Из патентной и научно-технической литературы нам не известны соединения труб, включающие указанную выше совокупность конструктивных признаков, что позволяет сделать вывод о "новизне" предлагаемого технического решения.

Достижение указанной выше цели обеспечивается благодаря следующему.

Благодаря тому, что наружная поверхность соединительной муфты выполнена в виде сопрягаемых цилиндрических поверхностей разного диаметра, при этом диаметр средней части выполнен меньше диаметра концевых участков, а также благодаря тому, что средняя часть соединительной муфты выполнена удлиненной и длина ее выполнена не менее высоты захватного и удерживающего органов механизма для монтажа-демонтажа труб, полностью исключается деформирование верхнего концевого участка соединяемой трубы, т.к. удерживающий орган устанавливается и фиксируется без продольного смещения на цилиндрической средней части муфты, ограниченной концевыми цилиндрическими участками, поскольку они выполнены с диаметром, превышающим диаметр средней части муфты. Выполнение наружной поверхности соединительной муфты ступенчатой, позволяет полностью исключить проскальзывание (полет) спускаемой при монтаже в скважину колонны труб.

Благодаря тому, что суммарная длина переходника и концевого участка муфты выполнена в соответствии с размером механизма для монтажа-демонтажа, обеспечивается надежный захват и удерживание указанным механизмом переходника и муфты, полностью исключается воздействие этим механизмом на верхний и нижний конец соединяемых труб и сохраняется целостность их поверхностей. Все это позволяет повысить долговечность и эксплуатационную надежность соединения.

Выполнение поверхности резьбы на переходнике и муфте, дополнительно упрочненной с приданием ей дополнительной износостойкости, позволяет исключить повреждение резьбы и тем самым обеспечить гарантированную герметичность резьбовых соединений после многократных операций монтажа-демонтажа соединений при спусках и подъемах колонны труб, что, в конечном итоге, повышает эксплуатационную надежность предлагаемого соединения.

Благодаря тому, что наружные цилиндрические поверхности переходника и соединительной муфты выполнены объемно упрочненными, без дополнительного упрочнения (защищены от дополнительного упрочнения), с которым выполнены поверхности резьбы, исключается проскальзывание рабочих поверхностей механизма для монтажа- демонтажа по цилиндрическим поверхностям переходника и концевого участка муфты при монтаже-демонтаже. Выполнение диаметров переходника и концевых цилиндрических частей муфты, взаимодействующих с рабочими поверхностями механизма для монтажа-демонтажа, больше диаметра соединяемых труб, обеспечивает при одинаковом моменте свинчивания уменьшение давления рабочих органов механизма для монтажа-демонтажа на поверхность переходника и концевого участка муфты и, соответственно, будет меньше износ указанных поверхностей.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где представлен общий вид соединения насосно-компрессорных или бурильных труб.

Соединение насосно-компрессорных или бурильных труб включает соединительную цилиндрическую муфту 1, установленную на резьбовом конце одной из соединяемых труб 2, и полый цилиндрический переходник 3, установленный на резьбовом конце другой из соединяемых труб 4. Наружная поверхность соединительной муфты 1 выполнена в виде сопрягаемых цилиндрических поверхностей разного диаметра с образованием средней части 5 муфты и ее концевых участков 6 и 7. Наружный диаметр концевых участков 6 и 7 превышает наружный диаметр средней части 5 муфты, и может быть выполнен, например, соответствующим, наружному диаметру стандартной соединительной муфты. Средняя часть 5 муфты выполнена, например, с диаметром, соответствующим наружному диаметру соединяемых труб 2 и 4. Наружный диаметр переходника 3 выполнен соответствующим наружному диаметру стандартной соединительной муфты. Соединительная муфта 1 выполнена с внутренней резьбой на концевых участках 6 и 7, а переходник 3 выполнен на одном конце с внутренней, а на другом конце - с наружной резьбой. Длина средней части 5 муфты, а также суммарная длина концевого участка 7 и соединяемого с ним переходника 3 выполнена не менее высоты соответственно удерживающего и захватного органов механизма для монтажа-демонтажа труб.

Тело муфты 1 и тело переходника 3 выполнены объемно упрочненными. При этом поверхности резьбы на соединительной муфте 1 и на переходнике 3 выполнены дополнительно упрочненными с приданием им дополнительной износостойкости. Наружные цилиндрические поверхности концевого участка 7 муфты 1 и переходника 3 выполнены без дополнительного упрочнения, чтобы исключить проскальзывание рабочих органов механизма для монтажа-демонтажа.

Упрочнение резьбовых поверхностей соединительной муфты 1 и переходника 3 обеспечивается посредством термической (например, закалкой токами высокой частоты) или химико-термической обработки (например, азотирование, сульфоцианирование, нитроцементирование), или посредством нанесения износостойкого покрытия, например, путем оксикарбонитрирования или булатирования, или посредством поверхностного деформирования металла, например, пластическим деформированием накаткой, выглаживанием, холодной ковкой и т.п. При упрочнении соответствующих резьбовых поверхностей производится защита от упрочнения цилиндрических поверхностей соединительной муфты 1 и переходника 3 при проведении работ по упрочнению резьбы, например, установкой защитных металлических кожухов, нанесением на эти поверхности защитного слоя в виде обмазок, гальванических покрытий.

Сборку насосно-компрессорных или бурильных труб посредством предлагаемого соединения производят при формировании колонны труб для спуска ее в скважину, а работы по монтажу-демонтажу переходников и муфт с трубой - при проведении ремонтных работ. При этом на резьбовом конце трубы 2 установлена муфта 1, а на резьбовом конце трубы 4 установлен переходник 3. Переходник 3 с трубой 4 ввинчивают в муфту 1. При этом завинчивание производится посредством механизма для монтажа-демонтажа, в котором захватный орган размещается на цилиндрических поверхностях переходника 3 и концевого участка 7 муфты 1, а удерживающий орган - на цилиндрической поверхности средней части 5 муфты 1.

Наличие упрочненных резьбовых поверхностей у муфты 1 и переходника 3 обеспечивает герметичность резьбовых соединений при их многократном свинчивании и развинчивании. Концевой участок трубы 2, заведенный в концевой участок 6 муфты 1, крутящих усилий не воспринимает, т.к. исключен зажим концевого участка трубы 2 в механизме для монтажа-демонтажа благодаря тому, что удерживающий орган механизма для монтажа-демонтажа охватывает наружную поверхность средней части 5 муфты 1. Не подвержен износу и нижний концевой участок трубы 4, т.к. захватный орган механизма для монтажа-демонтажа взаимодействуют с наружной поверхностью переходника 3 и концевого участка 7 муфты 1. Не подвержены износу и резьбы труб 2 и 4, т.к. свинчивание их с переходником 3 и муфтой 1 производится только во время изготовления и ремонта труб.

Таким образом, заявляемое соединение труб значительно повышает эксплуатационную надежность соединений, обеспечивает герметичность резьбовых соединений после многократных операций монтажа-демонтажа соединений, увеличивает в несколько раз продолжительность их эксплуатации.

Кроме того, снижаются эксплуатационные затраты при эксплуатации колонны насосно-компрессорных или бурильных труб, упрощается проведение ремонтных работ, т.к. не требуется восстановления трубы, входящей в колонну (отрезание концевого участка трубы и перенарезание резьбы), поскольку места соединений, наиболее подверженные износу, перенесены с концевых участков соединяемых труб на переходник и муфту; поэтому ремонт потребует только замены переходников и муфт, заранее изготовленных и упрочненных тем или иным способом.

Использование предлагаемого изобретения позволит применять в технологических колоннах трубы более низкой категории прочности.

Соединение труб включает цилиндрическую соединительную муфту, установленную на резьбовом конце трубы, и полый цилиндрический переходник, установленный на резьбовом конце другой из соединяемых труб. Муфта состоит из сопрягаемых цилиндрических поверхностей разного диаметра с образованием средней части и концевых участков. Длина средней части, а также суммарная длина концевых участков и соединяемого с ним переходника выполнены не менее высоты соответственно удерживающего и захватного органов механизма для монтажа-демонтажа труб. Тело муфты и тело переходника выполнены объемно упрочненными. А резьбовые поверхности выполнены с приданием им дополнительной износостойкости. Изобретение повышает эксплуатационную надежность соединения и обеспечивает герметичность резьбовых соединений после многократных операций монтажа-демонтажа соединений при спусках и подъемах колонны труб, а также повышает долговечность за счет исключения соприкосновения труб с захватными и удерживающими органами механизма для монтажа-демонтажа колонны труб и снижение при этом эксплуатационных затрат. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Соединение насосно-компрессорных или бурильных труб, включающее установленную на резьбовом конце одной из соединяемых труб соединительную цилиндрическую муфту, имеющую внутреннюю резьбовую поверхность, и полый цилиндрический переходник, выполненный на одном конце с внутренней, а на другом конце - с наружной резьбой, для взаимодействия с резьбой концевого участка другой соединяемой трубы и резьбой муфты соответственно, отличающееся тем, что наружная поверхность соединительной муфты выполнена в виде сопрягаемых цилиндрических поверхностей разного диаметра с образованием средней части муфты и ее концевых участков, при этом наружный диаметр концевых участков муфты выполнен превышающим наружный диаметр средней части муфты, длина средней части муфты, а также суммарная длина концевого участка муфты и соединяемого с ним переходника выполнены не менее высоты соответственно удерживающего и захватного органа механизма для монтажа-демонтажа труб, при этом тело муфты и тело переходника выполнены объемно упрочненными, а их резьбовые поверхности выполнены с приданием им дополнительной износостойкости. 2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что поверхность резьбы на переходнике и муфте выполнена упрочненной с приданием ей дополнительной износостойкости посредством или термической, или химико-термической обработки, или посредством нанесения износостойкого покрытия, или посредством поверхностного деформирования металла.