РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЛЯ СТАЛЬНЫХ ТРУБ Российский патент 2021 года по МПК F16L15/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к резьбовому соединению, используемому для соединения стальных труб.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В нефтяной скважине, газовой скважине и т.п. (далее совместно именуемыми как «нефтяная скважина»), стальные трубы, называемые Трубными изделиями нефтепромыслового сортамента (OCTG), используются для добычи подземных ресурсов. Стальные трубы последовательно соединяются друг с другом. Резьбовое соединение используется для соединения.

[0003] Типы резьбового соединения для стальных труб широко классифицируются как муфтового типа и интегрального типа. В случае резьбового соединения муфтового типа из пары трубных материалов, подлежащих соединению, один трубный материал представляет собой стальную трубу, а другой трубный материал представляет собой муфту. В этом случае, части наружной резьбы образованы на внешних окружностях обеих концов стальной трубы, а части внутренней резьбы образованы на внутренних окружностях обеих концов муфты. Затем стальная труба и муфта затем соединяются друг с другом. В случае резьбового соединения интегрального типа, пара соединяемых трубных материалов представляет собой стальные трубы, и прерывная муфта не используется. В этом случае, часть наружной резьбы образована на внешней окружности одного конца стальной трубы, а часть внутренней резьбы образована на внутренней окружности другого конца. Затем, одна стальная труба и другая стальная труба соединяются друг с другом.

[0004] Так как участок соединения конца трубы, на котором образована часть наружной резьбы, включает элемент, вставляемый в часть с внутренней резьбой, участок соединения называется ниппелем. С другой стороны, поскольку участок соединения конца трубы, в котором образована часть внутренней резьбы, содержит элемент, принимающий часть с наружной резьбой, соединительный участок называется муфтой. Поскольку эти ниппель и муфта являются концами трубных материалов, каждый из них является трубчатым.

[0005] Резьба резьбового соединения для стальных труб представляет собой коническую резьбу. Следовательно, часть конической наружной резьбы образована в ниппеле. Часть конической внутренней резьбы для зацепления с частью конической наружной резьбы образована в муфте.

[0006] В качестве фундаментальной характеристики требуется уплотняющая характеристика резьбового соединения. Кроме того, для резьбового соединения требуется сопротивление к заеданию. Это происходит, когда происходит заедание в соединении в связи с завинчиванием ниппеля в муфту во время крепления, при этом зацепление частей резьбы становится недостаточным, и желаемая эффективность уплотнения не достигается. Дополнительно, для резьбового соединения требуются противоусталостная характеристика. Это связано с тем, что к резьбовому соединению многократно прикладывается большая изгибающая нагрузка, поскольку среда нефтяной скважины становится более тяжелой и применяется новая технология бурения.

[0007] Технология для улучшения противоусталостной характеристики резьбового соединения раскрыта, например, в Публикации Заявки № 2005221038 на выдачу патента Японии (патентная литература 1) и Публикации Заявки № 2010537135 на выдачу патента Японии (патентная Литература 2). В технологиях, раскрытых в патентной литературе 1 и 2, дробеструйная обработка выполняется на определенных участках поверхностей частей резьбы (часть с наружной резьбой и части с внутренней резьбой). Твердость определенных участков, на которых выполняется дробеструйная обработка, увеличивается, и остаточное напряжение сжатия вводится в поверхностные слои определенных участков. В результате усталостная прочность становится высокой.

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ПАТЕНТНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

[0008] Патентная литература 1: Публикация № 2005-221038 Заявки на выдачу патента Японии;

Патентная литература 2: Публикация № 2010-537135 Заявки на выдачу патента Японии;

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА

[0009] В случае резьбового соединения, раскрытого в патентной литературе 1 и 2, необходимо выполнять дробеструйную обработку только на определенных участках частей резьбы (части с наружной резьбой и части с внутренней резьбой). Это обусловлено следующими причинами. Как правило, шероховатость поверхности области, в которой выполняется дробеструйная обработка, становится большой. Следовательно, когда дробеструйная обработка выполняется на участках, отличных от конкретных участков, существует вероятность того, что во время крепления происходит заедание. Однако очень трудно равномерно выполнять дробеструйную обработку только на определенных участках резьбовых частей, имеющих сложные формы.

[0010] Задачей настоящего технического решения является обеспечение резьбового соединения для стальных труб со следующими характеристиками: противоусталостная характеристика может быть улучшена при обеспечении сопротивления заеданию.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

[0011] Резьбовое соединение для стальных труб согласно варианту осуществления настоящего изобретения содержит трубчатый ниппель и трубчатую муфту. Ниппель содержит часть конической наружной резьбы, а муфта содержит часть конической внутренней резьбы, которая входит в зацепление с частью конической наружной резьбы. Часть с конической наружной резьбой разделена на первую область на стороне свободного конца ниппеля, и вторую область на трубчатой стороне ниппеля вдоль направления оси трубы. Коэффициент конусности первой области является больше, чем коэффициент конусности второй области. Коэффициент конусности первой области является больше, чем коэффициент конусности части конической внутренней резьбы. Коэффициент конусности второй области является равным или больше, чем коэффициент конусности части конической внутренней резьбы.

ПРЕИМУЩЕСТВЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] Резьбовое соединение для стальных труб согласно варианту осуществления настоящего изобретения демонстрирует следующие замечательные эффекты: противоусталостная характеристика может быть улучшена при обеспечении сопротивления заеданию.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0013] [Фиг.1] Фиг.1 представляет собой вид продольного сечения, показывающий типичный пример резьбового соединения для стальных труб.

[Фиг.2] Фиг.2 представляет собой увеличенный вид продольного сечения части резьбы резьбового соединения, показанного на Фиг.1.

[Фиг.3] Фиг.3 представляет собой схему, схематично показывающую резьбовое соединение, в котором коэффициент конусности части наружной резьбы меньше, чем коэффициент конусности части внутренней резьбы.

[Фиг.4] Фиг.4 представляет собой схему, схематично показывающую резьбовое соединение, в котором коэффициент конусности части наружной резьбы такой же, как коэффициент конусности части внутренней резьбы.

[Фиг.5] Фиг.5 представляет собой схему, схематично показывающую резьбовое соединение, в котором конус части наружной резьбы представляет собой одинарный конус, а коэффициент конусности части наружной резьбы больше, чем коэффициент конусности части внутренней резьбы.

[Фиг.6] Фиг.6 представляет собой схему, схематично показывающую резьбовое соединение, в котором конус части наружной резьбы представляет собой двухступенчатый конус, и коэффициент конусности части наружной резьбы больше, чем коэффициент конусности части внутренней резьбы.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] Для достижения задачи, авторы изобретения провели различные исследования, обращая внимание на форму части резьбы. В результате были получены следующие сведения.

[0015] Фиг.1 представляет собой вид продольного сечения, показывающий типичный пример резьбового соединения для стальных труб. Фиг.2 представляет собой увеличенный вид продольного сечения резьбовой части резьбового соединения, показанного на Фиг.1. Резьбовое соединение муфтового типа показано на фиг.1. Резьбовое соединение содержит ниппель 10 и муфту 20. Резьба резьбового соединения представляет собой коническую резьбу.

[0016] Ниппель 10 содержит часть 11 конической наружной резьбы (в дальнейшем также называемую просто «часть наружной резьбы»). Муфта 20 содержит часть 21 конической внутренней резьбы (в дальнейшем также называемую просто «часть внутренней резьбы»), соответствующую части 11 наружной резьбы ниппеля 10.

[0017] Часть 11 наружной резьбы ниппеля 10 содержит вершины 11a, впадины 11b, закладные стороны 11c и опорные стороны 11d. С другой стороны, часть 21 внутренней резьбы муфты 20 содержит вершины 21a, впадины 21b, закладные стороны 21c, и опорные стороны 21d. Вершины 11а части 11 наружной резьбы расположены напротив впадин 21b части 21 внутренней резьбы. Впадины 11b части 11 наружной резьбы расположены напротив вершин 21а части 21 внутренней резьбы. Закладные стороны 11с части 11 наружной резьбы расположены напротив закладных сторон 21с части 21 внутренней резьбы. Опорные стороны 11d части 11 наружной резьбы расположены напротив опорных сторон 21d части 21 внутренней резьбы. Каждый угол наклона опорных сторон 11d и 21d является отрицательным углом, и опорные стороны 11d и 21d сильно прижаты друг к другу в состоянии крепления. Каждый угол наклона закладных сторон 11c и 21c является положительным углом.

[0018] Часть 11 наружной резьбы входит в зацепление с частью 21 внутренней резьбы в состоянии крепления. Другими словами, впадины 11b части 11 наружной резьбы контактируют с вершинами 21а части 21 внутренней резьбы. Опорные стороны 11d части 11 наружной резьбы контактируют с опорными сторонами 21d части 21 внутренней резьбы. Зазоры образованы между вершинами 11а части 11 наружной резьбы и впадинами 21b части 21 внутренней резьбы. Зазоры образованы между закладными сторонами 11с части 11 наружной резьбы и закладными сторонами 21с части 21 внутренней резьбы. Эти зазоры заполнены смазкой. Соответственно, часть для уплотнения резьбы образована зацеплением между частью 11 наружной резьбы и частью 21 внутренней резьбы. В состоянии крепления, часть 11 наружной резьбы входит в зацепление с частью 21 внутренней резьбы на заранее определенную величину взаимного влияния.

[0019] В резьбовом соединении, показанном на фиг.1, поверхность 12 заплечика предусмотрена на свободном конце ниппеля 10. Поверхность 22 заплечика, соответствующая поверхности 12 заплечика ниппеля 10, предусмотрена в муфте 20. Поверхность 12 заплечика ниппеля 10 контактирует с поверхностью 22 заплечика муфты 20 в состоянии крепления. Соответственно, осевая сила затягивания прикладывается к опорным сторонам 11d части 11 с наружной резьбой ниппеля 10.

[0020] В резьбовом соединении, показанном на фиг.1, уплотняющая поверхность 13 предусмотрена между поверхностью 12 заплечика и частью 11 наружной резьбы ниппеля 10. Уплотняющая поверхность 23 предусмотрена между поверхностью 22 заплечика и частью 21 внутренней резьбы муфты 20. Уплотняющая поверхность 13 ниппеля 10 контактирует с уплотняющей поверхностью 23 муфты 20 в состоянии крепления. Соответственно, уплотняющая часть образована контактом между уплотняющей поверхностью 13 и уплотняющей поверхностью 23.

[0021] Здесь, относительно резьбового соединения, показанного на фиг.1 и фиг.2, авторы настоящего изобретения исследовали четыре типа резьбовых соединений, имеющих разные формы резьбовой части. Фигуры 3-6 схематично показывают формы резьбовых частей соответствующих резьбовых соединений. В каждом из резьбовых соединений, показанных на фигурах 3-6, коэффициент Tb конусности части 21 внутренней резьбы является постоянным по всей области резьбовой части. Другими словами, конус части 21 внутренней резьбы представляет собой одинарный конус.

[0022] В резьбовых соединениях, показанных на фигурах 3-5, коэффициент Tp конусности части 11 наружной резьбы является постоянным по всей области резьбовой части. Другими словами, конус части 11 наружной резьбы представляет собой одинарный конус. Напротив, в резьбовом соединении, показанном на фиг.6, часть 11 наружной резьбы разделена на две области 15 и 16 вдоль направления CL оси трубы, и коэффициент Tp (Tp1 и Tp2) конусности части 11 наружной резьбы изменяется вдоль пути. Другими словами, часть 11 наружной резьбы разделена на первую область 15 на стороне свободного конца ниппеля, и вторую область 16 на трубчатой стороне ниппеля, и конус части 11 наружной резьбы (первая область 15, а вторая область 16) представляет собой двухступенчатый конус. На фиг.3-фиг.6, общая длина части 11 наружной резьбы в направлении CL трубы обозначена L. На фиг.6, расстояние в направлении оси CL трубы от конца части 11 наружной резьбы на стороне свободного конца ниппеля к границе между первой областью 15 и второй областью 16 обозначена как x.

[0023] Более конкретно, в резьбовом соединении, показанном на фиг.3, коэффициент Tp конусности части 11 наружной резьбы меньше, чем коэффициент Tb конусности части 21 внутренней резьбы. В дальнейшем, резьбовое соединение, показанное на фиг.3, также называется коническим резьбовым соединением PSBF (Медленный ниппель Быстрая муфта). В общем резьбовом соединении, показанном на фиг.4, коэффициент Tp конусности части 11 наружной резьбы является таким же, как коэффициент Tb конусности части 21 внутренней резьбы. В дальнейшем, резьбовое соединение, показанное на фиг.4, также называется параллельным коническим резьбовым соединением. В резьбовом соединении, показанном на фиг.5, коэффициент Tp конусности части 11 наружной резьбы является большим, чем коэффициент Tb конусности части 21 внутренней резьбы. В дальнейшем, резьбовое соединение, показанное на фиг.5 также называется одинарным коническим резьбовым соединением PFBS (Медленный ниппель Быстрая муфта). Напротив, в резьбовом соединении, показанном на фиг.6, коэффициент Tp (Tp1 и Tp2) конусности части 11 наружной резьбы (первая область 15 и вторая область 16) больше, чем коэффициент Tb конусности части 21 внутренней резьбы, и коэффициент Tp1 конусности первой области 15 больше, чем коэффициент Tp2 конусности второй области 16. В дальнейшем, резьбовое соединение, показанное на фиг.6, также называется двухступенчатым коническим резьбовым соединением PFBS.

[0024] Усталостное испытание на изгиб проводилось путем изготовления образца для каждого из конического резьбового соединения PSBF, параллельного конического резьбового соединения, PFBS одинарного конического резьбового соединения и двухступенчатого конического резьбового соединения PFBS. Испытание на усталость позволяет оценить противозадирные характеристики резьбовых соединений. Основные характеристики, касающиеся материала и размеров образцов, использованных для этого испытания, были следующими.

- размеры: 9-5/8 [дюйм], 47 [фунт/фут] (внешний диаметр 244,48 мм и толщина стенки 11,99 мм),

- марка материала: углеродистая сталь (стандарт API L80), имеющая предел текучести при растяжении от 80 тыс. фунтов на кв. дюйм (552 МПа) до 95 тыс. фунтов на кв. дюйм (655 МПа).

[0025] Здесь в коническом резьбовом соединении PSBF, показанном на фиг.3, коэффициент Tp конусности части 11 наружной резьбы был установлен 5,4%, и коэффициент Tb конусности части 21 внутренней резьбы был установлен 5,7%. В параллельном коническом резьбовом соединении, показанном на фиг.4, коэффициент Tp конусности части 11 наружной резьбы и коэффициент Tb конусности части 21 внутренней резьбы были установлены 5,55%. В PFBS одинарном коническом резьбовом соединении, показанном на фиг.5, коэффициент Tp конусности части 11 с наружной резьбой был установлен 5,7%, а коэффициент Tb конусности части 21 с внутренней резьбой был установлен 5,4%. В двухступенчатом коническом резьбовом соединении PFBS, показанном на фиг.6, коэффициент Tp1 конусности первой области 15 был установлен 5,7%, коэффициент Тр2 конусности второй области 16 был установлен 5,55%, а коэффициент Tb конусности части 21 внутренней резьбы был установлен 5,4%. Дополнительно, х был установлен на 45% от L в части 11 с наружной резьбой, включая первую область 15 и вторую область 16.

[0026] Кроме того, было проведено испытание на скручивание/отсоединение при повторном скреплении и разъединении посредством изготовления образца для каждого из конического резьбового соединения PSBF, параллельного конического резьбового соединения, одинарного конического резьбового соединения PFBS и двухступенчатого конического резьбового соединения PFBS. Можно оценить стойкость к задирному износу посредством теста на скручивание/отсоединение. Основные характеристики, касающиеся материала и размеров образцов, использованных для этого испытания, были следующими. В этом тесте, крутящий момент при креплении составлял 23,650 (-1,000/+0) [фут-фунтов] (32,065 (-1,356/+0) Нм).

- размеры: 7 [дюймов], 35 [фунт/фут] (внешний диаметр 177,8 мм, толщина стенки 12,65мм);

- марка материала: сплав на основе никеля, имеющий предел текучести при растяжении от 110 тыс. фунтов на кв. дюйм (758 МПа) до 140 тыс. фунтов на кв. дюйм (965 МПа).

[0027] В результате испытания на усталость, усталостная прочность одинарного конического резьбового соединения PFBS (см. Фиг.5) было эквивалентно усталостной прочности двухступенчатого конического резьбового соединения PFBS (см. Фиг.6), и усталостная прочность у них была самой высокой. Усталостная прочность конического резьбового соединения PSBF (см. Фиг.3) была самой низкой. В параллельном коническом резьбовом соединении, одинарном коническом резьбовом соединении PFBS и двухступенчатом коническом резьбовом соединении PFBS, которые проявляли высокую усталостную прочность, образовались трещины во впадинах области неполной резьбы в области части с наружной резьбой. Область неполной резьбы части с наружной резьбой является областью на трубчатой стороне ниппеля. С другой стороны, в коническом резьбовом соединении PSBF, которое показало наименьшую усталостную прочность, образовались трещины из-за концентрации напряжений в угловых участках впадин и опорных сторонах полной области резьбы в области части с наружной резьбой.

[0028] В отличие от этого, в результате испытания на скручивание/отсоединение, количество раз скручивания/отсоединения резьбовых соединений одинарного конического резьбового соединения PFBS (см. Фиг.5) было самым низким. Количество раз скручивания/отсоединения конического резьбового соединения PSBF (см. Фиг.3) было наибольшим. Количество раз скручивания/отсоединения двухступенчатого конического резьбового соединения PFBS (см. фиг.6) было эквивалентно количеству раз скручивания/отсоединения параллельного конического резьбового соединения (см. фиг.4). В частности, количество раз скручивания/отсоединения двухступенчатого конического резьбового соединения PFBS было в пять раз больше количества раз скручивания/отсоединения одинарного конического резьбового соединения PFBS.

[0029] Из приведенных выше результатов испытаний показано следующее. Одинарное коническое резьбовое соединение PFBS демонстрирует превосходную противоусталостную характеристику по сравнению с параллельным коническим резьбовым соединением и коническим резьбовым соединением PSBF. Двухступенчатое коническое резьбовое соединение PFBS демонстрирует стойкость к задирному износу, эквивалентную стойкости параллельного конического резьбового соединения, и, кроме того, демонстрирует отличную противоусталостную характеристику по сравнению с параллельным коническим резьбовым соединением и коническим резьбовым соединением PSBF.

[0030] Резьбовое соединение, демонстрирующее противоусталостную характеристику и стойкость к задирному износу, эквивалентное таковым у двухступенчатого конического резьбового соединения PFBS (см. Фиг.6) может быть реализовано путем формирования конуса части 11 наружной резьбы в одинарный конус, и формирования конуса части 21 внутренней резьбы в двухступенчатый конус. Однако в этом случае возникают следующие проблемы. Участок фаски части с внутренней резьбой увеличивается, что делает невозможным обеспечение достаточной эффективной длины для части с внутренней резьбой. Следовательно, когда к резьбовому соединению прикладывается растягивающая нагрузка, возникает тенденция к отсоединению резьбы, так называемое выпрыгивание. Уплотняющая характеристика резьбовой части также ухудшается. Кроме того, также трудно выполнить нарезание резьбы.

[0031] Резьбовое соединение для стальных труб согласно настоящему раскрытию выполнено на основании вышеизложенных заключений.

[0032] Резьбовое соединение для стальной трубы согласно настоящему описанию содержит трубчатый ниппель и трубчатую муфту. Ниппель содержит часть конической наружной резьбы, а муфта содержит часть конической внутренней резьбы, которая входит в зацепление с частью конической наружной резьбы. Часть с конической наружной резьбой разделена на первую область на стороне свободного конца ниппеля, и вторую область на трубчатой стороне ниппеля вдоль направления оси трубы. Коэффициент конусности первой области является больше, чем коэффициент конусности второй области. Коэффициент конусности первой области является больше, чем коэффициент конусности части конической внутренней резьбы. Коэффициент конусности второй области является равным или больше, чем коэффициент конусности части конической внутренней резьбы.

[0033] Согласно такому резьбовому соединению, можно улучшить противоусталостную характеристику, поскольку коэффициент конусности первой области части с наружной резьбой больше, чем коэффициент конусности части с внутренней резьбой, и коэффициент конусности второй области части с наружной резьбой равен или больше, чем коэффициент конусности части с внутренней резьбой. Кроме того, можно обеспечить стойкость к задирному износу, потому что коэффициент конусности первой области больше, чем коэффициент конусности второй области.

[0034] В качестве типового примера, резьбовое соединение этого варианта осуществления представляет собой резьбовое соединение муфтового типа. Однако тип резьбового соединения конкретно не ограничен и может быть интегральным.

[0035] В качестве типового примера, коническая резьба, включающая в себя часть с наружной резьбой и часть с внутренней резьбой, является конической упорной резьбой. Коническая упорная резьба содержит простую трапецеидальную резьбу, имеющую опорную сторону, наклоненную под положительным углом, и специальную трапециевидную резьбу, имеющую опорную сторону, наклоненную под отрицательным углом. Эти трапецеидальные резьбы также включают в себя коническую резьбу, указанную в стандарте Американского института нефти.

[0036] В случае резьбового соединения, к которому применяется коническая упорная резьба, в состоянии крепления, впадины части с наружной резьбой (первой и второй областей) контактируют с вершинами части с внутренней резьбой. Опорные стороны части с наружной резьбой контактируют с опорными сторонами части с внутренней резьбой. Зазоры образованы между вершинами части с наружной резьбой и впадинами части с внутренней резьбой. Зазоры образованы между закладными сторонами части с наружной резьбой и закладными сторонами части с внутренней резьбой.

[0037] Однако, состояние, в котором часть с наружной резьбой входит в зацепление с частью с внутренней резьбой, конкретно не ограничивается, пока опорные стороны контактируют друг с другом. Например, вместо контакта между впадинами части с наружной резьбой и вершинами части с внутренней резьбой, вершины части с наружной резьбой могут контактировать с впадинами части с внутренней резьбой. Короче, в состоянии крепления, часть с наружной резьбой будет входить в зацепление с частью с внутренней резьбой на заранее определенную величину взаимного влияния.

[0038] В вышеприведенном резьбовом соединении, предпочтительно, чтобы Tp1, Tp2 и Tb удовлетворяли условиям формул (1), (2) и (3), где Tp1 представляет собой коэффициент конусности первой области, Tp2 представляет собой коэффициент конусности второй области, а Tb представляет собой коэффициент конусности части конической внутренней резьбы.

1,00 < Tp1/Tb < 1,10 ... (1)

1,00 ≤ Tp2/Tb < 1,10 ... (2)

0,94 < Tp2/Tp1 < 1,00 ... (3)

[0039] С точки зрения противоусталостной характеристики, чем больше коэффициент Tp1 и Tp2 конусности первой и второй областей (часть с наружной резьбой), соответственно, относительно коэффициента Tb конусности части с внутренней резьбой, тем лучше. Соответственно, что касается формулы (1), предпочтительно, чтобы Tp1/Tb было больше 1,00. Более предпочтительный нижний предел для Tp1/Tb составляет 1,015. С другой стороны, если Tp1/Tb слишком велико, длина зацепления первой области части с наружной резьбой с частью с внутренней резьбой становится слишком короткой. Следовательно, предпочтительно, чтобы Tp1/Tb было менее 1,10. Более предпочтительный верхний предел для Tp1/Tb составляет 1,08. Кроме того, хотя то же самое относится к формуле (2), предпочтительно, чтобы Tp2/Tb составляло 1,00 или более с учетом стойкости к задирному износу, которое будет описано позже. Более предпочтительный нижний предел для Tp2/Tb составляет 1,005.

[0040] С точки зрения стойкости к задирному износу, чем меньше коэффициент Tp2 конусности второй области (части с наружной резьбой) относительно коэффициента Tb конусности части с внутренней резьбой, тем лучше. Соответственно, что касается формулы (2), предпочтительно, чтобы Tp2/Tb было меньше 1,10. Более предпочтительный верхний предел для Tp2/Tb составляет 1,07. Кроме того, чем меньше коэффициент Тр2 конусности второй области относительно коэффициента Тр1 конусности первой области, тем лучше. Соответственно, что касается формулы (3), предпочтительно, чтобы Tp2/Tр1 было меньше 1,00. Более предпочтительный верхний предел для Tp2/T1 составляет 0,985. С другой стороны, если Tp2/Tp1 является слишком малым, длина зацепления первой области части с наружной резьбой становится слишком малой по сравнению с длиной зацепления второй области части с наружной резьбой с частью с внутренней резьбой. Следовательно, предпочтительно, чтобы Tp2/Tр1 было менее 0,94. Более предпочтительный нижний предел для Tp2/Tр1 составляет 0,95.

[0041] Коэффициенты Tp1 и Tp2 конусности первой и второй областей (части с наружной резьбой), соответственно, и коэффициент Tb конусности части с внутренней резьбой устанавливаются в пределах диапазона, который удовлетворяет условиям формул (1), (2) и (3). Например, коэффициенты Tp1, Tp2 и Tb конусности составляют от 5,0% до 10,5%.

[0042] В вышеприведенном резьбовом соединении, предпочтительно, чтобы х находился в диапазоне от 20% или более от L до 80% или менее L, где L представляет собой общую длину части конической наружной резьбы в направлении оси трубы, и х представляет собой расстояние в направлении оси трубки от конца части конической наружной резьбы на стороне свободного конца ниппеля до границы между первой областью и второй областью.

[0043] Если х находится в диапазоне от 20% или более от L до 80% или менее L, можно эффективно обеспечить стойкость к задирному износу и эффективно улучшить противоусталостную характеристику. В частности, с точки зрения противоусталостной характеристики, предпочтительно, чтобы х составлял 25% или более L. Более предпочтительно, х составляет 50% или более L. С другой стороны, с точки зрения стойкости к задирному износу, предпочтительно, чтобы х составлял 75% или менее от L. Более предпочтительно, х составляет 60% или менее от L.

[0044] В качестве типового примера, ниппель содержит поверхность заплечика, расположенную на свободном конце ниппеля, а муфта содержит поверхность заплечика, соответствующую поверхности заплечика ниппеля. Поверхность заплечика ниппеля контактирует с поверхностью заплечика муфты в состоянии крепления. В этом случае, ниппель может включать в себя уплотняющую поверхность, расположенную между поверхностью заплечика и частью с конической наружной резьбой, а муфта может включать в себя уплотняющую поверхность, соответствующую уплотняющей поверхности ниппеля. Уплотняющая поверхность ниппеля контактирует с уплотняющей поверхностью муфты в состоянии крепления.

[0045] Кроме того, само собой разумеется, настоящее раскрытие не ограничено вышеописанными вариантами осуществления, и могут быть сделаны различные модификации в пределах объема, которые не отходят от сущности настоящего раскрытия.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[0046] Резьбовое соединение по настоящему раскрытию может быть эффективно применено для соединения стальных труб, используемых в качестве трубных изделий нефтепромыслового сортамента.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

[0047]

10 ниппель

11 часть конической наружной резьбы

11а вершина

11b впадина

11с закладная сторона

11d опорная сторона

12 поверхность заплечика

13 уплотняющая поверхность

15 первая область части конической наружной резьбы

16 вторая область части конической наружной резьбы

20 муфта

21 часть конической внутренней резьбы

21а вершина

21b впадина

21с закладная сторона

21d опорная сторона

22 поверхность заплечика

23 уплотняющая поверхность

CL ось трубы

Изобретение относится к резьбовому соединению для стальных труб, обеспечивающему улучшение противоусталостной характеристики, в то же время обеспечивая стойкость к задирному износу. Резьбовое соединение содержит ниппель и муфту. Ниппель содержит часть (11) конической наружной резьбы, а муфта содержит часть (21) конической внутренней резьбы, которая входит в зацепление с частью (11) конической наружной резьбы. Часть (11) конической наружной резьбы разделена на первую область (15) на стороне свободного конца ниппеля и вторую область (16) на трубчатой стороне ниппеля вдоль направления оси (CL) трубы. Коэффициент (Tp1) конусности первой области (15) является большим, чем коэффициент (Tp2) конусности второй области (16). Коэффициент (Tp1) конусности первой области (15) является большим, чем коэффициент (Tb) конусности части (21) конической внутренней резьбы. Коэффициент (Tp2) конусности второй области (16) является равным или большим, чем коэффициент (Tb) конусности части (21) конической внутренней резьбы. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Резьбовое соединение для стальных труб, содержащее трубчатый ниппель и трубчатую муфту, при этом ниппель содержит часть конической наружной резьбы, а муфта содержит часть конической внутренней резьбы, которая входит в зацепление с частью конической наружной резьбы, причем часть конической наружной резьбы разделена на первую область на стороне свободного конца ниппеля и вторую область на трубчатой стороне ниппеля вдоль направления оси трубы, и коэффициент конусности первой области больше, чем коэффициент конусности второй области, причем коэффициент конусности первой области больше, чем коэффициент конусности части конической внутренней резьбы, а коэффициент конусности второй области равен или больше, чем коэффициент конусности части конической внутренней резьбы.

2. Резьбовое соединение для стальных труб по п.1, в котором Tp1, Tp2 и Tb удовлетворяют условиям формул (1), (2) и (3), где Tp1 представляет собой коэффициент конусности первой области, Tp2 представляет собой коэффициент конусности второй области, а Tb представляет собой коэффициент конусности части конической внутренней резьбы:

1,00 < Tp1/Tb < 1,10, (1)

1,00 ≤ Tp2/Tb < 1,10, (2)

0,94 < Tp2/Tp1 < 1,00. (3)

3. Резьбовое соединение для стальных труб по п. 1 или 2, в котором х находится в диапазоне от 20% или более от L до 80% или менее L, где L представляет собой общую длину части конической наружной резьбы в направлении оси трубы, а х представляет собой расстояние в направлении оси трубы от конца части конической наружной резьбы на стороне свободного конца ниппеля до границы между первой областью и второй областью.

4. Резьбовое соединение для стальных труб по любому одному из пп. 1-3, в котором ниппель содержит поверхность заплечика, расположенную на свободном конце ниппеля, а муфта содержит поверхность заплечика, соответствующую поверхности заплечика ниппеля.

5. Резьбовое соединение для стальных труб по п.4, в котором ниппель содержит уплотняющую поверхность, расположенную между поверхностью заплечика и частью конической наружной резьбы, а муфта содержит уплотняющую поверхность, соответствующую уплотняющей поверхности ниппеля.