Изобретение относится к резьбовому соединению для разведки и добычи на углеводородных скважинах, которое содержит соединительный элемент, первый трубный элемент и второй трубный элемент. Такое резьбовое соединение, содержащее соединительный элемент для сквозного соединения первого и второго трубных элементов, также называется «резьбовым и сопряженным» соединением.
В известном резьбовом соединении соединительный элемент имеет наружный диаметр соединения (COD), первую муфтовую часть с первыми внутренними резьбами и вторую муфтовую часть со вторыми внутренними резьбами. Первая муфтовая часть и вторая муфтовая часть имеют радиальную толщину А муфтовой части, расположенную между первыми внутренними резьбами и вторыми внутренними резьбами. Первый трубный элемент имеет первую не резьбовую трубную часть и первую ниппельную часть с первыми наружными резьбами. Второй трубный элемент имеет вторую не резьбовую трубную часть и вторую ниппельную часть со вторыми наружными резьбами. Первая не резьбовая трубная часть и вторая не резьбовая трубная части имеют наружный диаметр трубки (TOD) и радиальную толщину стенки трубки W. Наружный диаметр соединения (COD) больше наружного диаметра трубки (TOD). Первые внутренние резьбы, вторые внутренние резьбы, первые наружные резьбы и вторые наружные резьбы имеет форму типа «ласточкин хвост». Первые внутренние резьбы и первые наружные резьбы образуют первое внутреннее первичное уплотнение при окончательном зацеплении соединения. Вторые внутренние резьбы и вторые наружные резьбы образуют второе внутреннее первичное уплотнение при окончательном зацеплении соединения.
При окончательном зацеплении соединения первое и второе внутренние первичные уплотнения образуют первую линию защиты от внутреннего давления в резьбовом соединении.
Уровень техники
В некоторых случаях известное резьбовое соединение имеет слишком большой наружный диаметр для его использования при разведке и добыче на углеводородных скважинах определенного малого диаметра, например, так называемых скважинах тонкого профиля, которые иногда называются малогабаритными скважинами.
Из уровня техники известны резьбовые соединения по документам US 8136846 B2, WO 2017/100026 A1, US 3989284 A1.
Раскрытие изобретения
Цель изобретения - создать улучшенное (или, по меньшей мере, альтернативное) резьбовое соединение, которое может быть использовано в указанных углеводородных скважинах определенного малого диаметра.
Цель достигается за счет резьбового соединения для разведки и добычи на углеводородных скважинах, которое содержит:
- соединительный элемент, имеющий наружный диаметр соединения (COD) и содержащий первую муфтовую часть, содержащую первые внутренние резьбы,
вторую муфтовую часть, содержащую вторые внутренние резьбы, и
периферийную часть, содержащую радиально выступающий внутренний обод,
при этом периферийная часть располагается между первой муфтовой частью и второй муфтовой частью и имеет радиальную толщину периферийной части В и осевую длину периферийной части С, и
первая муфтовая часть и вторая муфтовая часть имеют радиальную толщину муфтовой части А, расположенную между внутренним ободом и, соответственно, первыми внутренними резьбами и вторыми внутренними резьбами,
- первый трубный элемент, содержащий первую не резьбовую трубную часть, и первую ниппельную часть, содержащую первые наружные резьбы, и
- второй трубный элемент, содержащий вторую не резьбовую муфтовую часть, и вторую ниппельную часть, содержащую вторые наружные резьбы, при этом
- первая не резьбовая трубная часть и вторая не резьбовая трубная часть имеют наружный диаметр трубки TOD и радиальную толщину стенки трубки W,
- первый трубный элемент и второй трубный элемент имеют внутренний диаметр трубки TID,
- первые внутренние резьбы, вторые внутренние резьбы, первые наружные резьбы, вторые наружные резьбы имеют форму типа «ласточкин хвост»,
- первые внутренние резьбы и первые наружные резьбы образуют первое внутреннее первичное уплотнение при окончательном зацеплении соединения,
- вторые внутренние резьбы и вторые наружные резьбы образуют второе внутреннее первичное уплотнение при окончательном зацеплении соединения, и
- резьбовое соединение соответствует следующим условиям:
COD > TOD
B = приблизительно ((COD - TID) / 2)
C > 0, и
A < W.
COD > TOD указывает на то, что наружный диаметр соединения (COD) соединительного элемента больше наружного диаметра трубки (TOD) первой не резьбовой трубной части первого трубного элемента и второй не резьбовой трубной части второго трубного элемента.
По сравнению с известным резьбовым соединением, между первой муфтовой частью и второй муфтовой частью добавлена периферийная часть. Толщина периферийной части В измеряется в радиальном направлении относительно продольной оси резьбового соединения, а длина периферийной части А измеряется в осевом направлении.
B = (COD - TID) / 2 указывает на то, что периферийная часть выступает из наружного диаметра соединения (COD) соединительного элемента до внутреннего диаметра трубки (TID) первого трубного элемента и второго трубного элемента. Это способствует потоку жидкости через резьбовое соединение. Тот факт, что B составляет приблизительно (COD - TID) / 2 говорит о том, что В может отличаться от значения (COD - TID) / 2 таким образом, что разница не мешает функции обода и работе соединения. Разница может быть связана с допусками обработки.
C > 0 указывает на то, что в резьбовое соединение добавлена периферийная часть с осевой длиной периферийной части С.
В соответствии с изобретением, резьбовое соединение, содержащее соединительный элемент для сквозного соединения первого и второго трубных элементов, также называется «резьбовым и сопряженным» соединением.
Работа первого и второго внутренних первичных уплотнений может быть нарушена, когда слишком высокое внутреннее давление жидкостей, протекающих через резьбовое соединение, отделяет первые внутренние резьбы от первых наружных резьб, а вторые внутренние резьбы от вторых наружных резьб.
Чтобы выдерживать такое высокое внутреннее давление, соединительный элемент известного резьбового соединения имеет относительную большую радиальную толщину муфтовой части А, которая измеряется между первыми внутренними резьбами и вторыми внутренними резьбами соединительного элемента. В известном резьбовом соединении радиальная толщина муфтовой части А больше радиальной толщины стенки трубки W первой не резьбовой трубной части первого трубного элемента и второй не резьбовой трубной части второго трубного элемента. В результате получается относительно большой наружный диаметр соединения.
Отделение первых внутренних резьб от первых наружных резьб и вторых внутренних резьб от вторых наружных резьб возникает из-за радиальной деформации, создаваемой внутренним давлением жидкостей, протекающих через резьбовое соединение. Изобретение основано на том, что указанная радиальная деформация связана с кольцевым напряжением в резьбовом соединении и что это напряжение можно сократить, добавив периферийную часть резьбового соединения в соответствии с настоящим изобретением.
Это означает, что при добавлении периферийной части в известное резьбовое соединение можно сократить радиальную толщину муфтовой части А соединительного элемента, при этом обеспечивается первое внутреннее первичное уплотнение между первыми внутренними резьбами и первыми наружными резьбами и второе внутреннее первичное уплотнение между вторыми внутренними резьбами и вторыми наружными резьбами. Поэтому, в соответствии с настоящим изобретением, радиальная толщина муфтовой части А первой и второй муфтовых частей соединительного элемента резьбового соединения меньше, чем радиальная толщина трубки стенки W первой и второй нерезьбовых трубных частей первого и второго трубных элементов. Поэтому A < W.
Сокращение радиальной толщины муфтовой части А можно получить с помощью снятия материала с наружной соединительной поверхности соединительного элемента при сохранении первой и второй внутренних резьб соединительного элемента и трубных элементов. Таким образом, наружный диаметр соединения COD сокращается, и резьбовое соединение можно использовать в указанных углеводородных скважинах малого диаметра, даже если применяются стандартные трубные элементы.
В одном из вариантов реализации резьбового соединения осевая длина периферийной части С составляет: C ≤ 31,75 мм (1,25 дюйма), предпочтительно C ≤ 27,94 мм (1,1 дюйма), еще более предпочтительно C ≤ 25,4 мм (1,0 дюйма).
В одном из вариантов реализации резьбового соединения осевая длина периферийной части С составляет: C ≤ 6,35 мм (0,25 дюйма), предпочтительно C ≤ 10,16 мм (0,4 дюйма), еще более предпочтительно C ≤ 12,7 мм (0,5 дюйма).
В одном из вариантов реализации резьбового соединения осевая длина периферийной части С составляет: C ≤ 20,32 мм (0,8 дюйма), предпочтительно C ≤ 27,94 мм (1,1 дюйма), еще более предпочтительно C ≤ 25,4 мм (1,0 дюйма).
В одном из вариантов реализации резьбового соединения резьбовое соединение соответствует следующим условиям: A ≤ 0,9W, предпочтительно A ≤ 0,8W. Это означает, что радиальная толщина муфтовой части А меньше или равна 90%, предпочтительно 80%, радиальной толщины стенки трубы.
В одном из вариантов реализации резьбовое соединение соответствует следующим условиям:
A ≥ 0,7W. Это означает, что радиальная толщина муфтовой части больше 70% радиальной толщины стенки трубы.
В одном из вариантов реализации резьбового соединения радиальная толщина муфтовой части А располагается на критическом поперечном сечении первой муфтовой части и второй муфтовой части.
В одном из вариантов реализации резьбового соединения наружный диаметр трубки TOD первой и второй нерезьбовых трубных частей первого и второго трубных элементов составляет: 114,3 мм (4,5 дюйма) ≤ TOD ≤ 244,5 мм (9 5/8 дюйма), предпочтительно 114,3 мм (4,5 дюйма) ≤ TOD ≤ 193,7 мм (7,625 дюйма), еще более предпочтительно 114,3 мм (4,5 дюйма) ≤ TOD ≤ 139,7 мм (5,5 дюймов).
В одном из вариантов реализации резьбового соединения радиальная толщина стенки трубки W первой и второй не резьбовых трубных частей первого и второго трубных элементов составляет: 6,3 мм (0,250 дюйма) ≤ W ≤ 12,7 мм (0,500 дюйма), предпочтительно 7,3 мм (0,290 дюйма) ≤ W ≤ 11,1 мм (0,437 дюйма).
В одном из вариантов реализации резьбовое соединение отличается тем, что в первом направлении от внутреннего обода в сторону первого внутреннего первичного уплотнения первые внутренние резьбы и первые наружные резьбы начинают иметь полный контакт в начальном положении первого уплотнения, а в противоположном втором направлении от внутреннего обода в сторону второго внутреннего первичного уплотнения вторые внутренние резьбы и вторые наружные резьбы начинают иметь полный контакт в начальном положении второго уплотнения, при этом начальное положение первого уплотнения располагается на осевом расстоянии уплотнения D от начального положения второго уплотнения, и D > C.
В одном из вариантов реализации резьбовое соединение соответствует следующим условиям:
3,6 мм (0,142 дюйма) ≤ (D - C) / 2 ≤ 9,9 мм (0,392 дюйма). Это означает, что первое и второе начальные положения уплотнения располагаются на осевом расстоянии от периферийной части, которое равно или превышает 3,6 мм (0,142 дюйма) и меньше или равно 9,9 мм (0,392 дюйма). Предпочтительно резьбовое соединение соответствует следующим условиям: 5 мм (0,2 дюйма) ≤ (D - C) / 2 ≤ 7,7 мм (0,3 дюйма), предпочтительнее (D - C) / 2 составляет 6,1 мм (0,242 дюйма).
По одному из вариантов реализации, радиально выступающий внутренний обод расположен между первой ниппельной частью и второй ниппельной частью.
По одному из вариантов реализации, первый трубный элемент (а именно первая ниппельная часть) содержит первый ниппельный наконечник, второй трубный элемент (а именно вторая ниппельная часть) содержит второй ниппельный наконечник, и при окончательном зацеплении первый ниппельный наконечник и второй ниппельный наконечник располагаются на расстоянии от внутреннего обода.
По одному из вариантов реализации, радиально выступающий внутренний обод расположен между первым ниппельным наконечником и вторым ниппельным наконечником.
По одному из вариантов реализации, при окончательном зацеплении резьбовое соединение не имеет дополнительного внутреннего уплотнения (в дополнение к первому внутреннему первичному уплотнению и второму внутреннему первичному уплотнению).
По одному из вариантов реализации, при окончательном зацеплении резьбовое соединение не имеет дополнительного второстепенного уплотнения или уплотнения «металл к металлу» (в дополнение к первому внутреннему первичному уплотнению и второму внутреннему первичному уплотнению и полному зацеплению резьб).
По одному из вариантов реализации, первые внутренние резьбы и первые наружные резьбы вместе образуют первый блок резьб, а вторые внутренние резьбы и вторые наружные резьбы вместе образуют второй блок резьб.
По одному из вариантов реализации, резьбовое соединение не имеет дополнительных блоков резьб (в дополнение к первому блоку резьб и второму блоку резьб). Первый блок резьб и второй блок резьб представляют собой блоки одноходовых резьб.
По одному из вариантов реализации, первый блок резьб и второй блок резьб являются блоками конических резьб.
По одному из вариантов реализации резьбового соединения:
- резьбовое соединение определяет продольную ось,
- первые внутренние резьбы имеют постоянный угол конуса первых внутренних резьб α1 относительно продольной оси,
- первые наружные резьбы имеют постоянный угол конуса первых наружных резьб β1 относительно продольной оси,
- угол конуса первых внутренних резьб α1 и угол конуса первых наружных резьб β1 равны друг другу,
- вторые внутренние резьбы имеют постоянный угол конуса вторых внутренних резьб α2 относительно продольной оси,
- вторые наружные резьбы имеют постоянный угол конуса вторых наружных резьб β2 относительно продольной оси, и
- угол конуса вторых внутренних резьб α2 и угол конуса вторых наружных резьб β2 равны друг другу.
По одному из вариантов реализации резьбового соединения угол конуса первых внутренних резьб α1, угол конуса первых наружных резьб β1, угол конуса вторых внутренних резьб α2, угол конуса вторых наружных резьб β2 имеют диаметральный конус от 0,36 до 0,86 мм/оборот (0,014 и 0,034 дюймов/оборот) включительно, предпочтительно от 0,51 до 0,71 мм/оборот (0,020 и 0,028 дюймов/оборот) включительно.
По одному из вариантов осуществления резьбового соединения, первые внутренние резьбы и первые наружные резьбы имеют радиальный люфт первых резьб при окончательном зацеплении, а вторые внутренние резьбы и вторые наружные резьбы имеют радиальный люфт вторых резьб при окончательном зацеплении.
По одному из вариантов осуществления резьбового соединения:
- резьбовое соединение определяет продольную ось,
- первые внутренние резьбы имеют постоянный угол конуса первых внутренних резьб α1 относительно продольной оси,
- первые наружные резьбы имеют постоянный угол конуса первых наружных резьб β1 относительно продольной оси,
- угол конуса первых внутренних резьб α1 больше угла конуса первых наружных резьб β1,
- вторые внутренние резьбы имеют постоянный угол конуса вторых внутренних резьб α2 относительно продольной оси,
- вторые наружные резьбы имеют постоянный угол конуса вторых наружных резьб β2 относительно продольной оси, и
- угол конуса вторых внутренних резьб α2 больше угла конуса вторых наружных резьб β2.
По одному из вариантов реализации резьбового соединения, угол конуса первых внутренних резьб α1 и угол конуса вторых внутренних резьб α2 имеют диаметральный внутренний конус от 0,41 до 0,91 мм/оборот (0,016 и 0,036 дюймов/оборот) включительно, предпочтительно от 0,56 до 0,76 мм/оборот (0,022 и 0,030 дюймов/оборот) включительно, а угол конуса первых наружных резьб β1 и угол конуса вторых наружных резьб β2 имеют диаметральный конус от 0,36 до 0,86 мм/оборот (0,014 и 0,034 дюймов/оборот) включительно, предпочтительно от 0,51 до 0,71 мм/оборот (0,020 и 0,028 дюймов/оборот) включительно.
По одному из вариантов реализации резьбового соединения:
- первые внутренние резьбы и первые наружные резьбы имеют радиальный люфт первых резьб при окончательном зацеплении,
- радиальный люфт первых резьб между первыми внутренними резьбами и первыми наружными резьбами уменьшается в первом направлении от внутреннего обода в сторону первого внутреннего первичного уплотнения,
- вторые внутренние резьбы и вторые наружные резьбы имеют радиальный люфт вторых резьб при окончательном зацеплении, и
- радиальный люфт вторых резьб между вторыми внутренними резьбами и вторыми наружными резьбами уменьшается во втором направлении от внутреннего обода в сторону второго внутреннего первичного уплотнения.
«Первое направление от внутреннего обода в сторону первого внутреннего первичного уплотнения» обозначает направление по первому направлению. Это не значит, что первое направление начинается на внутреннем ободе и/ или заканчивается на первом внутреннем первичном уплотнении. «Второе направление от внутреннего обода в сторону второго внутреннего первичного уплотнения» обозначает направление по второму направлению. Это не значит, что второе направление начинается на внутреннем ободе и/или заканчивается на втором внутреннем первичном уплотнении.
По одному из вариантов реализации резьбового соединения:
- радиальный люфт первых резьб между первыми внутренними резьбами и первыми наружными резьбами уменьшается в первом направлении, пока радиальный люфт первых резьб не достигнет нуля, и
- радиальный люфт вторых резьб между вторыми внутренними резьбами и вторыми наружными резьбами уменьшается во втором направлении, пока радиальный люфт вторых резьб не достигнет нуля.
По одному из вариантов реализации резьбового соединения:
- первые внутренние резьбы и первые наружные резьбы имеют первое направление и расположены за пределами местоположения первых резьб, где достигается нулевое значение радиального люфта первых резьб, без радиального зазора первых резьб между первыми внутренними резьбами и первыми наружными резьбами, и
- вторые внутренние резьбы и вторые наружные резьбы имеют второе направление и расположены за пределами местоположения вторых резьб, где достигается нулевое значение радиального люфта вторых резьб, без радиального зазора вторых резьб между вторыми внутренними резьбами и вторыми наружными резьбами.
По одному из вариантов реализации резьбового соединения:
- первые внутренние резьбы и первые наружные резьбы имеют в первом направлении и за пределами местоположения первых резьб, где достигается нулевое значение радиального люфта первых резьб, радиальный зазор первых резьб между первыми внутренними резьбами и первыми наружными резьбами, и
- вторые внутренние резьбы и вторые наружные резьбы имеют во втором направлении за пределами местоположения вторых резьб, где достигается нулевое значение радиального люфта вторых резьб, радиальный зазор вторых резьб между вторыми внутренними резьбами и вторыми наружными резьбами.
По одному из вариантов реализации резьбового соединения соединительный элемент содержит первый разгрузочный паз между первыми внутренними резьбами и внутренним ободом и второй разгрузочный паз между вторыми внутренними резьбами и внутренним ободом. В частности, первый разгрузочный паз имеет осевое направление вдоль продольной оси между первыми внутренними резьбами и внутренним ободом, а второй разгрузочный паз имеет осевое направление вдоль продольной оси между вторыми внутренними резьбами и внутренним ободом. Во время производства соединительного элемента первый и второй разгрузочные пазы используются токарными инструментами для перемещения от первой и второй внутренних резьб и из соединительного элемента без повреждения радиально выступающего внутреннего обода после образования первой и второй внутренних резьб.
По одному из вариантов реализации резьбового соединения радиальная толщина муфтовой части А первой муфтовой части и второй муфтовой части расположены в месте первого разгрузочного паза и второго разгрузочного паза, соответственно.
По одному из вариантов реализации резьбового соединения наружный диаметр соединения COD является наибольшим диаметром резьбового соединения.
По одному из вариантов реализации резьбового соединения периферийная часть имеет внутренний диаметр обода RID и резьбовое соединение соответствует условиям: RID = приблизительно TID. Это указывает на то, что периферийная часть, а именно внутренний обод, располагается заподлицо или практически заподлицо с первым и вторым трубными элементами. Тот факт, что RID приблизительно равен TID говорит о том, что RID может отличаться от значения TID таким образом, что разница не мешает функции обода и работе соединения. Разница между RID и TID может быть связана с допусками обработки. В предпочтительном варианте RID = TID ± 0,127 мм (0,050 дюймов). Еще более предпочтительно, RID = TID.
По одному из вариантов реализации резьбового соединения периферийная часть имеет наружный диаметр обода ROD и резьбовое соединение соответствует условиям: B = (ROD - RID)/2. Это указывает на то, что радиальная толщина периферийной части В выступает из наружного диаметра обода ROD в сторону внутреннего диаметра обода RID.
В одном из вариантов реализации резьбового соединения резьбовое соединение соответствует следующим условиям: COD = ROD. Это указывает на то, что наружный диаметр соединения COD и наружный диаметр обода ROD равны.
По одному из вариантов реализации резьбового соединения первая муфтовая часть имеет наружный диаметр FBOD, вторая муфтовая часть имеет наружный диаметр SBOD, и резьбовое соединение соответствует следующим условиям: COD = FBOD = SBOD. Это указывает на то, что наружный диаметр соединения COD, диаметр первой муфтовой части FBOD и второй муфтовой части SBOD равны.
В одном из вариантов реализации резьбовое соединение определяет продольную ось.
В одном из вариантов реализации резьбового соединения радиальная толщина муфтовой части А первой муфтовой части и второй муфтовой части располагается в осевом направлении вдоль продольной оси между внутренним ободом и первой и второй внутренними резьбами, соответственно.
В одном из вариантов реализации резьбового соединения радиальная толщина муфтовой части А первой муфтовой части и второй муфтовой части измеряется в радиальном направлении относительно продольной оси.
В одном из вариантов реализации резьбового соединения соединительный элемент содержит наружную поверхность соединения, которая определяет наружный диаметр соединения COD, и радиальная толщина муфтовой части А первой муфтовой части и второй муфтовой части измеряется с наружной поверхности соединения.
По одному из вариантов реализации резьбового соединения наружная поверхность соединения образует границу наружной толщины радиальной толщины муфтовой части А первой муфтовой части и второй муфтовой части.
По одному из вариантов реализации резьбового соединения первая ниппельная часть первого трубного элемента расположена в осевом направлении вдоль продольной оси между внутренним ободом и первой нерезьбовой трубной частью, а вторая ниппельная часть первого трубного элемента расположена в осевом направлении вдоль продольной оси между внутренним ободом и второй нерезьбовой трубной частью.
В одном из вариантов реализации резьбового соединения периферийная часть и внутренний обод полностью окружают продольную ось.
В одном из вариантов реализации резьбового соединения периферийная часть содержит внутреннюю поверхность обода, которая расположена практически заподлицо, а предпочтительно заподлицо, с внутренней поверхностью первой трубки первого трубного элемента и внутренней поверхностью второй трубки второго трубного элемента.
Специалисту в области техники будет понятно, что резьбовое соединение в соответствии с настоящим изобретением может иметь несколько признаков любого из указанных выше вариантов реализации резьбового соединения.
Краткое описание чертежей
Варианты реализации резьбового соединения в соответствии с настоящим изобретением описаны лишь в качестве примера, со ссылками на сопроводительные схематичные чертежи, на которых обозначены соответствующие детали, а именно:
На фигуре 1А схематично показан вид в перспективе варианта реализации резьбового соединения в соответствии с настоящим изобретением,
На фигуре 1В схематично показан поперечный разрез резьбового соединения с фигуры 1А,
На фигуре 2 схематично показан увеличенный вид части II фигуры 1,
На фигуре 3 схематично показан увеличенный вид части III фигуры 2.
На Фигуре 4 показан график 1, на котором показаны кольцевые напряжения в разных вариантах реализации резьбового соединения (b-n), имеющего конструкцию по фигуре 1, и резьбового соединения (a) без периферийной части,
На Фигуре 5 показан график 2, на котором показаны кольцевые напряжения в начальном положении первого уплотнения резьбовых соединений (a-n) по графику 1,
На Фигуре 6 показан график 3, на котором показаны кольцевые напряжения в начальном положении первого уплотнения альтернативных вариантов реализации a’-n’ резьбовых соединений по графику 2,
На фигуре 7 схематично показаны углы конуса резьбового соединения с фигуры 1,
На фигуре 8 схематично показаны углы конуса первого альтернативного варианта реализации резьбового соединения в соответствии с настоящим изобретением, и
На фигуре 9 схематично показаны углы конуса второго альтернативного варианта реализации резьбового соединения в соответствии с настоящим изобретением.
Осуществление изобретения
На фигуре 1А показан вид в перспективе варианта реализации резьбового соединения 1 в соответствии с настоящим изобретением после окончательного зацепления 20. Резьбовое соединение 1 для разведки и добычи на углеводородных скважинах содержит соединительный элемент 2, первый трубный элемент 9 и второй трубный элемент 13. Детали соединительного элемента 2, первый трубный элемент 9 и второй трубный элемент 13 изображены отдельно для более точного описания резьбового соединения 1. На фигуре 1В показан поперечный разрез резьбового соединения с фигуры 1А. На фигуре 2 показан увеличенный вид части II фигуры 1А. На фигуре 3 показан увеличенный вид части III фигуры 2.
Резьбовое соединение 1 определяет продольную ось 31. Соединительный элемент 2 имеет наружный диаметр соединения COD, заданный наружной поверхностью 35 соединения, первую муфтовую часть 3, содержащую первые внутренние резьбы 4, вторую муфтовую часть 5, содержащую вторые внутренние резьбы 6, и периферийную часть 7, содержащую радиально выступающий внутренний обод 8. Первая муфтовая часть 3 имеет длину первой муфтовой части FBL. Вторая муфтовая часть 5 имеет длину второй муфтовой части SBL. Периферийная часть 7 расположена между первой муфтовой частью 3 и второй муфтовой частью 5 и имеет радиальную толщину периферийной части В и осевую длину периферийной части С. Первая муфтовая часть 3 и вторая муфтовая части 5 имеют радиальную толщину муфтовой части А между внутренним ободом 8 и первыми внутренними резьбами 4 и вторыми внутренними резьбами 6, соответственно. Это означает, что первая муфтовая часть 3 и вторая муфтовая части 5 имеют радиальную толщину муфтовой части А. Радиальная толщина муфтовой части А первой муфтовой части 3 располагается между первыми внутренними резьбами 4 и внутренним ободом 8. Радиальная толщина муфтовой части А второй муфтовой части 5 располагается между вторыми внутренними резьбами 6 и внутренним ободом 8.
В частности, радиальная толщина муфтовой части А первой муфтовой части 3 и второй муфтовой части 5 располагается в осевом направлении вдоль продольной оси 31 между внутренним ободом 8 и первыми внутренними резьбами 4 и вторыми внутренними резьбами 6, соответственно. Радиальная толщина муфтовой части А первой муфтовой части 3 и второй муфтовой части 5 измеряется в радиальном направлении относительно продольной оси 31. Радиальная толщина муфтовой части А первой муфтовой части 3 и второй муфтовой части 5 измеряется от наружной поверхности 35 соединения. Наружная поверхность 35 соединения образует границу 36 наружной толщины радиальной толщины муфтовой части А первой муфтовой части 3 и второй муфтовой части 5.
В частности, соединительный элемент 2, включая периферийную часть 7 с внутренним ободом 8, вращается вокруг продольной оси 31. В связи с этим, периферийная часть 7, содержащая внутренний обод 8, располагается на осевом расстоянии от первых внутренних резьб 4 и от вторых внутренних резьб 6. Соответственно, радиальная толщина муфтовой части А первой муфтовой части 3 и второй муфтовой части 5 располагается между внутренним ободом 8 и первыми внутренними резьбами 4 и вторыми внутренними резьбами 6.
Первый трубный элемент 9 имеет первую не резьбовую трубную часть 10 и первую ниппельную часть 11, содержащую первые наружные резьбы 12.
Второй трубный элемент 13 имеет вторую не резьбовую трубную часть 14 и вторую ниппельную часть 15, содержащую вторые наружные резьбы 16.
Первая ниппельная часть 11 первого трубного элемента 9 расположена в осевом направлении вдоль продольной оси 31 между внутренним ободом 8 и первой нерезьбовой трубной частью 10, а вторая ниппельная часть 15 первого трубного элемента 13 расположена в осевом направлении вдоль продольной оси 31 между внутренним ободом 8 и второй нерезьбовой трубной частью 14.
Первая не резьбовая трубная часть 10 и вторая не резьбовая трубная часть 14 имеют наружный диаметр TOD и радиальную толщину стенки трубки W.
Первый трубный элемент 9 и второй трубный элемент 13 имеют внутренний диаметр TID.
Первые внутренние резьбы 4, вторые внутренние резьбы 6, первые наружные резьбы 12 и вторые наружные резьбы 16 представляют собой клиновидные резьбы 17 формы типа «ласточкин хвост».
Клиновидные резьбы 17 типа «ласточкин хвост» характеризуются резьбами, которые имеют отрицательный угол профиля закладных сторон и опорных сторон. Клиновидные резьбы 17 типа «ласточкин хвост» увеличиваются по ширине в противоположных направлениях на ниппельной части и соответствующей муфтовой части. Степень изменения ширины клиновидных резьб 17 типа «ласточкин хвост» определяется переменной, которая называется «клиновым соотношением». Клиновое соотношение (хотя технически и не является соотношением) обозначает разницу между шагом закладной стороны и шагом опорной стороны, в результате чего ширина клиновидных резьб 17 типа «ласточкин хвост» изменяется в резьбовом направлении. «Шаг» резьбы - это дифференциальное расстояние между частью резьбы на последовательных резьбах. Поэтому шаг закладной стороны - это расстояние между закладными сторонами последовательных шагов резьбы по осевой длине резьбового трубного соединения.
Первые внутренние резьбы 4 и первые наружные резьбы 12 образуют первое внутреннее первичное уплотнение 19 при окончательном зацеплении 20. Вторые внутренние резьбы 6 и вторые наружные резьбы 16 образуют второе внутреннее первичное уплотнение 18 при окончательном зацеплении 20.
Термин «зацепление» обозначает зацепление первой и второй ниппельных частей 11, 15 в первую и вторую муфтовую части 3, 5 и скрепление этих частей резьбой путем приложения момента. Под окончательным зацеплением 20 понимается ситуация, когда зацепление выполняется путем скрепления резьбой первой и второй ниппельных частей 11, 15 и первой и второй муфтовых частей 3, 5 на необходимый момент или до тех пор, пока первая и вторая ниппельные части 11, 15 не достигнут определенного положения относительно первой и второй муфтовых частей 3, 5.
Первое внутреннее первичное уплотнение 19 образовано полным контактом между первыми внутренними резьбами 4 и первыми наружными резьбами 12, а второе внутреннее первичное уплотнение 18 образовано полным контактом между вторыми внутренними резьбами 6 и вторыми наружными резьбами 16.
При окончательном зацеплении 20 первое и второе внутренние первичные уплотнения 18, 19 образуют первую линию защиты от внутреннего давления в резьбовом соединении 1.
Резьбовое соединение 1 соответствует следующим условиям:
COD > TOD
B = (COD - TID) / 2
C > 0, и
A < W.
COD > TOD указывает на то, что наружный диаметр соединения (COD) соединительного элемента 2 больше наружного диаметра (TOD) первой нерезьбовой трубной части 10 и второй нерезьбовой трубной части 14.
По сравнению с известным резьбовым соединением, между первой муфтовой частью 3 и второй муфтовой частью 5 добавлена периферийная часть 7. Периферийная часть 7 имеет те же наружные размеры, что и первая и вторая муфтовые части 3, 5, и имеет внутренний обод 8, выступающий внутри в радиальном направлении в сторону продольной оси 31 и расположенный между первой ниппельной частью 11 первого трубного элемента 9 и второй ниппельной частью 15 второго трубного элемента 13. Периферийная часть 7 окружает продольную ось 31 полностью и имеет толщину В, измеряемую в радиальном направлении, и длину С, измеряемую в осевом направлении. Внутренний обод 8 является круговым ободом, окружающий продольную ось 31.
B = (COD - TID) / 2 указывает на то, что внутренний обод 8 выступает из наружного диаметра соединения (COD) соединительного элемента до внутреннего диаметра трубки (TID). Это способствует потоку жидкости через резьбовое соединение 1.
Периферийная часть 7 содержит внутреннюю поверхность обода 34, которая расположена заподлицо с внутренней поверхностью 32 первого трубного элемента 9 и внутренней поверхностью 33 второго трубного элемента 13.
C > 0 указывает на то, что внутренний обод 7 с осевой длиной периферийной части С добавлен в резьбовое соединение.
Осевая длина периферийной части С составляет: C ≤ 31,75 мм (1,25 дюйма), предпочтительно C ≤ 27,94 мм (1,1 дюйма), еще более предпочтительно C ≤ 25,4 мм (1,0 дюйма).
Осевая длина периферийной части С составляет: C ≤ 6,35 мм (0,25 дюйма), предпочтительно C ≤ 10,16 мм (0,4 дюйма), еще более предпочтительно C ≤ 12,7 мм (0,5 дюйма).
Осевая длина периферийной части С составляет: C ≤ 20,32 мм (0,8 дюйма), предпочтительно C ≤ 27,94 мм (1,1 дюйма), еще более предпочтительно C ≤ 25,4 мм (1,0 дюйма).
Радиальная толщина А первой и второй муфтовых частей 3, 5 меньше, чем радиальная толщина стенки W первой и второй нерезьбовых трубных частей 10, 14 первого и второго трубных элементов 9, 13.
Чтобы выдерживать высокое внутреннее давление, известные резьбовые соединения 1 обычно имеют радиальную толщину муфтовой части А больше радиальной толщины трубной части W. В результате получается большой наружный диаметр соединения COD.
В соответствии с настоящим изобретением, периферийная часть 7 резьбового соединения 1 позволяет сократить радиальную толщину муфтовой части А, при этом поддерживаются первое и второе внутренние первичные уплотнения 18, 19 под воздействием высокого внутреннего давления. В результате этого можно получить резьбовое соединение 1 с меньшим наружным диаметром соединения COD, из-за чего резьбовое соединение 1 можно использовать в углеводородных скважинах меньшего диаметра, например, так называемых скважинах тонкого профиля, которые иногда называются малогабаритными скважинами.
Самый большой диаметральный габарит этого типа резьбового соединения 1 обычно образуется наружным диаметром соединения (COD) соединительного элемента 2. Для такого типа резьбового соединения 1 для разведки и добычи в углеводородных скважинах трубные элементы со стандартным наружным диаметром трубки (TOD) обычно используются для первого и второго трубного элемента 9, 13. Чтобы сократить самый большой диаметральный габарит резьбового соединения 1, требуется уменьшить радиальную толщину муфтовой части А соединительного элемента 2.
Радиальная толщина муфтовой части А и радиальная толщина трубной части W могут соответствовать следующим условиям: A ≤ 0,9W, предпочтительно A ≤ 0,8W.
Радиальная толщина муфтовой части А и радиальная толщина трубной части W могут соответствовать следующим условиям: A ≥ 0,7W.
Радиальная толщина муфтовой части А располагается на критическом поперечном сечении первой муфтовой части 3 и второй муфтовой части 5.
Наружный диаметр трубки TOD может соответствовать следующим условиям: 114,3 мм (4,5 дюйма) ≤ TOD ≤ 244,5 мм (9 5/8 дюймов), предпочтительно 114,3 мм (4,5 дюйма) ≤ TOD ≤ 193,7 мм (7,625 дюймов), предпочтительнее 114,3 мм (4,5 дюйма) ≤ TOD ≤ 139,7 мм (5,5 дюймов).
Радиальная толщина трубной части W может соответствовать следующим условиям: 6,3 мм (0,250 дюйма) ≤ W ≤ 12,7 мм (0,500 дюйма), предпочтительно 7,3 мм (0,290 дюйма) ≤ W ≤ 11,1 мм (0,437 дюйма).
В первом направлении 21 от внутреннего обода 8 в сторону первого внутреннего первичного уплотнения 19 первые внутренние резьбы 4 и первые наружные резьбы 12 начинают иметь полный контакт в начальном положении 22 первого уплотнения. В противоположном направлении 23 от внутреннего обода 8 в сторону второго внутреннего первичного уплотнения 18 вторые внутренние резьбы 6 и вторые наружные резьбы 16 начинают иметь полный контакт в начальном положении 24 второго уплотнения. Начальное положение 22 первого уплотнения располагается на осевом расстоянии уплотнения D от начального положения 24 второго уплотнения. Осевое расстояние уплотнения D больше осевой длины муфтовой части С. Другими словами, осевое расстояние уплотнения D и осевая длина муфтовой части С соответствуют следующим условиям: D > C.
«Первое направление 21 от внутреннего обода 8 в сторону первого внутреннего первичного уплотнения 19» обозначает направление первого направления 21. Это не значит, что первое направление 21 начинается на внутреннем ободе 8 и/ или заканчивается на первом внутреннем первичном уплотнении 19. «Второе направление 23 от внутреннего обода 8 в сторону второго внутреннего первичного уплотнения 18» обозначает направление второго направления 23. Это не значит, что второе направление 23 начинается на внутреннем ободе 8 и/ или заканчивается на втором внутреннем первичном уплотнении 18.
Осевая длина периферийной части С и осевое расстояние уплотнения D могут соответствовать следующим условиям: 3,6 мм (0,142 дюйма) ≤ (D - C) / 2 ≤ 9,9 мм (0,392 дюйма), предпочтительно 5 мм (0,2 дюйма) ≤ (D - C) / 2 ≤ 7,7 мм (0,3 дюйма), предпочтительнее (D-C) / 2 = 6,1 мм (0,242 дюйма).
Радиально выступающий внутренний обод 8 расположен между первой ниппельной частью 11 и второй ниппельной частью 15.
Первый трубный элемент 9 (а именно первая ниппельная часть 11) содержит первый ниппельный наконечник 25, второй трубный элемент 13 (а именно вторая ниппельная часть 15) содержит второй ниппельный наконечник 26, и при окончательном зацеплении 20 первый ниппельный наконечник 25 и второй ниппельный наконечник 26 располагаются на расстоянии от внутреннего обода 8 (см. на Фигуре 3).
Радиально выступающий внутренний обод 8 расположен между первым ниппельным наконечником 26 и вторым ниппельным наконечником 26.
При окончательном зацеплении 20 резьбовое соединение 1 не имеет дополнительного внутреннего уплотнения в дополнение к первому внутреннему первичному уплотнению 19 и второму внутреннему первичному уплотнению 18.
Первые внутренние резьбы 4 и первые наружные резьбы 12 вместе образуют первый блок резьб 27. Вторые внутренние резьбы 6 и вторые наружные резьбы 16 вместе образуют второй блок резьб 28. Резьбовое соединение 1 не имеет каких-либо других блоков резьб. Это означает, что отсутствуют блоки резьб в дополнение к первому блоку резьб 27 и второму блоку резьб 28. Первый блок резьб 27 и второй блок резьб 28 представляют собой одноходовые резьбы.
Соединительный элемент 2 содержит первый разгрузочный паз 29 между первыми внутренними резьбами 4 и внутренним ободом 8 и второй разгрузочный паз 30 между вторыми внутренними резьбами 6 и внутренним ободом 8. В частности, первый разгрузочный паз 29 расположен в осевом направлении вдоль продольной оси 31 между первыми внутренними резьбами 4 и внутренним ободом 8, а второй разгрузочный паз 30 расположен в осевом направлении вдоль продольной 31 оси между вторыми внутренними резьбами 6 и внутренним ободом 8. Радиальная толщина А первой муфтовой части 3 и второй муфтовой части 5 располагается в месте первого разгрузочного паза 29 и второго разгрузочного паза 20, соответственно.
В указанном варианте реализации периферийная часть 7 имеет внутренний диаметр обода RID, равный внутреннему диаметру трубки TID. Другими словами, внутренний диаметр трубки TID и внутренний диаметр обода RID соответствуют следующим условиям: TID = RID. В других вариантах реализации внутренний диаметр трубки TID и внутренний диаметр обода RID могут отличаться, например, на ± 0,127 мм (0,050 дюйма).
Периферийная часть 7 имеет наружный диаметр обода ROD, и радиальная толщина периферийной части В равна разнице между наружным диаметром обода ROD и внутренним диаметром обода RID, разделенной на два. Другими словами, радиальная толщина периферийной части В, наружный диаметр обода ROD и внутренний диаметр обода RID соответствуют следующим условиям: B = (ROD - RID)/2.
Наружный диаметр соединения COD равен наружному диаметру обода ROD. Другими словами, наружный диаметр соединения COD и наружный диаметр обода ROD соответствуют следующим условиям: COD = ROD.
Первая муфтовая часть 3 имеет наружный диаметр первой муфтовой части FBOD, вторая муфтовая часть 5 имеет наружный диаметр второй муфтовой части SBOD, которые равны наружному диаметру соединения COD. Другими словами, наружный диаметр соединения COD, диаметр первой муфтовой части FBOD и второй муфтовой части SBOD соответствуют следующим условиям: COD = FBOD = SBOD.
На Фигуре 4 показан график 1, на котором показаны кольцевые напряжения в разных вариантах реализации резьбового соединения (b-n), имеющего конструкцию из фигуры 1, и резьбового соединения (a) без периферийной части 7.
Для всех резьбовых соединений a-n наружный диаметр трубки TOD составляет 139,7 мм (5,5 дюймов), внутренний диаметр трубки TID - 121,3 мм (4,776 дюймов), радиальная толщина стенки трубки W - 9,2 мм (0,361 дюйма), наружный диаметр соединения COD - 148,6 мм (5,852 дюймов), а радиальная толщина муфтовой части A - 6,9 мм (0,271 дюйма).
На графике 1 показаны кольцевые напряжения в резьбовых соединениях a-n по нормализованной длине при внутреннем давлении 555 бар (8050 фунтов/кв. дюйм). Длина резьбовых соединений a-n нормализована от 0 до 1. Длина нормализации включает расстояние между дистальным концом полностью образованных первых резьб и дистальным концом полностью образованных вторых резьб. Конец полностью образованных резьб располагается в таком месте, что полностью образованные резьбы переходят в неполные резьбы. Ближний конец полностью образованных резьб - это конец рядом с ободом, а дальний конец полностью образованных резьб - это самый дальний конец от обода.
Вертикальные линии a-n показывают соответствующие начальные положения 22, 24 первого и второго уплотнения резьбовых соединений a-n.
Резьбовое соединение а не является частью изобретения, так как не имеет периферийной части 7, содержащей радиально выступающий внутренний обод 8.
Резьбовые соединения b-n имеют такую же конструкцию, что и резьбовое соединение а, за исключением того, что периферийная часть 7, содержащая радиально выступающий внутренний обод 8, добавлена между первой и второй муфтовыми частями 3, 5.
Резьбовые соединения b-n отличаются друг от друга тем, что имеют дифференциальную осевую длину периферийной части С. Осевая длина периферийной части С резьбовых соединений b-n указана в таблице 1.
Все резьбовые соединения b-n имеют радиальную толщину периферийной части В 13,64 мм (0,537 дюймов).
Таблица 1:
Разные начальные положения 22, 24 первого и второго уплотнений, показанные на графике 1 вертикальными линиями a-n, обусловлены разной осевой длиной С периферийных частей 7 резьбовых соединений b-n.
Периферийные части 7 резьбовых соединений b-n добавлены между первой и второй муфтовыми частями 3, 5 резьбового соединения а. По сравнению с резьбовым соединением а, длина резьбовых соединений b-n увеличена (в осевом направлении) на величину, равную их осевой длине периферийной части С.
На Фигуре 5 показан график 2, на котором показаны кольцевые напряжения в начальном положении 22 первого уплотнения резьбовых соединений (a-n) из графика 4. Указанные кольцевые напряжения также приведены в таблице 1. На графике 1 показано, что кольцевые напряжения в начальных положениях 24 второго уплотнения равны кольцевым напряжениям в начальных положениях 22 первого уплотнения.
Если радиальная деформация (и связанные с ней кольцевые напряжения) в начальных положениях 22, 24 первого и второго уплотнения слишком высоки, то первое и второе внутренние первичные уплотнения 18, 19 ослабляются из-за отделения первых внутренних резьб 4 от первых наружных резьб 12 в начальном положении 22 первого уплотнения и отделения вторых внутренних резьб 6 от вторых наружных резьб 16 в начальном положении 24 второго уплотнения. После отделения в начальных положениях 22, 24 первого и второго уплотнения из-за радиальной деформации, вызванной внутренним давлением, остальная часть первых внутренних резьб 4 легче отделится от остальной части первых наружных резьб 12, а остальная часть вторых внутренних резьб 6 легче отделится от остальной части вторых наружных резьб 16.
Сравнение резьбового соединения а (без периферийной части 7) с резьбовыми соединениями b-n (с периферийной частью 7) на графиках 1 и 2 показывает, что периферийные части 7 сокращают кольцевые напряжения в резьбовых соединениях b-n.
Особое значение имеет значение кольцевого напряжения в начальных положениях 22, 24 первого и второго уплотнения, так как слишком высокие кольцевые напряжения (и связанные с ними радиальные деформации) в указанных начальных положениях 22, 24 первого и второго уплотнения ослабляют первое и второе внутренние первичные уплотнения 18, 19. За пределами начальных положений 22, 24 первого и второго уплотнения кольцевые напряжения (и связанные с ними радиальные деформации) гораздо менее важны, поскольку внутреннее давление не выходит за пределы начальных положений 22, 24 первого и второго уплотнения при поддержании первого и второго внутренних первичных уплотнений 18, 19. Более высокие кольцевые напряжения за пределами начальных положений 22, 24 первого и второго уплотнения можно сократить при помощи альтернативных вариантов реализации резьбового соединения в соответствии с изобретением, показанным на фигурах 8 и 9.
На графиках 1 и 2 также показано, что размер осевой длины периферийной части С влияет на степень сокращения кольцевых напряжений в резьбовых соединения b-n, в частности в начальных положениях 22, 24 первого и второго уплотнения. Сначала сокращение в начальных положениях 22, 24 первого и второго уплотнения увеличивается с увеличением осевой длины периферийной части С, однако такое сокращение прекращается при дальнейшем увеличении осевой длины периферийной части С.
Недостаток слишком большой осевой длины периферийной части С заключается в том, что общая длина соединительного элемента 2 (сумма длины первой муфтовой части FBL 3, длины С периферийной части 7 и длины второй муфтовой части SBL 5) увеличивается без дополнительных преимуществ в плане сокращения кольцевых напряжений в начальных положениях 22, 24 первого и второго уплотнения. Кроме того, увеличение общей длины соединения увеличивает расходы на материалы. При превышении определенной общей длины может сократиться возможность использования определенного полевого оборудования для выполнения соединения. Недостатком слишком малой осевой длины периферийной части С является возможность повреждения внутреннего обода 8.
На Фигуре 6 показан график 3, на котором показаны кольцевые напряжения в начальном положении 22 первого уплотнения альтернативных вариантов выполнения a’-n’ резьбовых соединений по графику 2.
Для всех резьбовых соединений a’-n’ наружный диаметр трубки TOD составляет 114,3 мм (4,5 дюйма), внутренний диаметр трубки TID - 99,6 мм (3,920 дюймов), радиальная толщина стенки трубки W - 7,4 мм (0,290 дюймов), наружный диаметр соединения COD - 122 мм (4,803 дюймов), а радиальная толщина муфтовой части A - 5,4 мм (0,213 дюйма).
Кроме того, резьбовое соединение a’ не является частью изобретения, так как не имеет периферийной части 7, содержащей радиально выступающий внутренний обод 8.
Резьбовые соединения b’-n’ отличаются друг от друга тем, что имеют дифференциальную осевую длину периферийной части С. Осевая длина периферийной части С резьбовых соединений b’-n’ указана в таблице 2. Все резьбовые соединения b’-n’ имеют радиальную толщину периферийной части В 11,2 мм (0,442 дюймов).
Кольцевые напряжения в начальном положении 22 первого уплотнения резьбовых соединений a’-n’ для внутреннего давления 555 бар (8050 фунтов/кв. дюйм) также указаны в таблице 2. Кольцевые напряжения в начальных положениях 24 второго уплотнения равны кольцевым напряжениям в начальных положениях 22 первого уплотнения.
Таблица 2:
Эффекты, описанные относительно графиков 1 и 2 резьбовых соединений a-n, показаны на графике 3 резьбовых соединений a’-n’.
На фигуре 7 показаны углы конуса резьбового соединения 1 по фигуре 1 при окончательном зацеплении 20. Вид, аналогичный фигуре 2, используется для представления среднего диаметра первой ниппельной части PPD1 первых наружных резьб 12 первой ниппельной части 11, среднего диаметра первой муфтовой части BPD1 первых внутренних резьб 4 первой муфтовой части 3, среднего диаметра второй ниппельной части PPD2 вторых наружных резьб 16 второй ниппельной части 15, среднего диаметра второй муфтовой части BPD2 вторых внутренних резьб 46 второй муфтовой части 5.
Линия I показывает изменение среднего диаметра первой ниппельной части PPD1 вдоль продольной оси 31.
Линия II показывает изменение среднего диаметра первой муфтовой части BPD1 вдоль продольной оси 31.
Линия III показывает изменение среднего диаметра второй ниппельной части PPD2 вдоль продольной оси 31.
Линия IV показывает изменение среднего диаметра второй муфтовой части BPD2 вдоль продольной оси 31.
Угол конуса первой внутренней резьбы α1 - это угол между линией I среднего диаметра первой ниппельной части PPD 1 и продольной осью 31. Угол конуса первой наружной резьбы β1 - это угол между линией II среднего диаметра муфтовой части BPD1 и продольной осью 31. Угол конуса второй внутренней резьбы α2 - это угол между линией III среднего диаметра второй ниппельной части PPD 2 и продольной осью 31. Угол конуса второй наружной резьбы β2 - это угол между линией IV среднего диаметра муфтовой части BPD2 и продольной осью 31.
На фигуре 7 показано, что первые внутренние резьбы 4 имеют постоянный угол конуса первой внутренней резьбы α1 относительно продольной оси 31. Первые наружные резьбы 12 имеют постоянный угол конуса первых наружных резьб β1 относительно продольной оси 31. Вторые внутренние резьбы 6 имеют постоянный угол конуса первых внутренних резьб α2 относительно продольной оси 31. Вторые наружные резьбы 16 имеют постоянный угол конуса вторых наружных резьб β2 относительно продольной оси 31.
Угол конуса первых внутренних резьб α1 и угол конуса первых наружных резьб β1 равны друг другу. Угол конуса вторых внутренних резьб α2 и угол конуса вторых наружных резьб β2 равны друг другу.
Первые внутренние резьбы 4 и первые наружные резьбы 12 имеют радиальный люфт первых резьб 37. Вторые внутренние резьбы 6 и вторые наружные резьбы 16 имеют радиальный люфт вторых резьб 38.
Угол конуса первых внутренних резьб α1, угол конуса первых наружных резьб β1, угол конуса вторых внутренних резьб α2, угол конуса вторых наружных резьб β2 имеют диаметральный конус от 0,36 до 0,86 мм/оборот (0,014 и 0,034 дюймов/оборот) включительно, предпочтительно от 0,51 до 0,71 мм/оборот (0,020 и 0,028 дюймов/оборот) включительно.
Чтобы определить угол конуса первых внутренних резьб α1, можно измерить диаметральный конус на первой муфтовой части 3, который представляет изменение среднего диаметра муфтовой части BPD1 первых внутренних резьб 4 на оборот вдоль первых внутренних резьб 4, и шаг, который представляет смещение в осевом направлении на оборот вдоль первых внутренних резьб 4. Следовательно, угол конуса можно вычислить следующим образом:
Это применяется аналогичным образом к углу конуса первых наружных резьб β1, углу конуса вторых внутренних резьб α2 и углу конуса вторых наружных резьб β2.
На фигуре 8 показаны углы конуса первого альтернативного варианта выполнения резьбового соединения 1 в соответствии с изобретением. Первый альтернативный вариант выполнения отличается от резьбового соединения на фигуре 7 только тем, что угол конуса первых внутренних резьб α1 больше угла конуса первых наружных резьб β1, а угол конуса вторых внутренних резьб α2 больше угла конуса вторых наружных резьб β2.
Угол конуса первых внутренних резьб α1 и угол конуса вторых внутренних резьб α2 имеют диаметральный внутренний конус от 0,41 до 0,91 мм/оборот (0,016 и 0,036 дюймов/оборот) включительно, предпочтительно от 0,56 до 0,76 мм/оборот (0 022 и 0,030 дюймов/оборот) включительно, а угол конуса первых наружных резьб β1 и угол конуса вторых наружных резьб β2 имеют диаметральный конус от 0,36 до 0,86 мм/оборот (0,014 и 0,034 дюймов/оборот) включительно, предпочтительно от 0,51 до 0,71 мм/оборот (0,020 и 0,028 дюймов/оборот) включительно.
Первые внутренние резьбы 4 и первые наружные резьбы 12 имеют радиальный люфт 37 первых резьб при окончательном зацеплении 20. Радиальный люфт 37 первых резьб между первыми внутренними резьбами 4 и первыми наружными резьбами 12 уменьшается в первом направлении 21 от внутреннего обода 8 в сторону первого внутреннего первичного уплотнения 18 (см. на Фигуре 1А). Вторые внутренние резьбы 6 и вторые наружные резьбы 16 имеют радиальный люфт 38 вторых резьб при окончательном зацеплении 20, и радиальный люфт 38 вторых резьб между вторыми внутренними резьбами 6 и вторыми наружными резьбами 16 уменьшается в противоположном направлении 23 от внутреннего обода 8 в сторону второго внутреннего первичного уплотнения 18 (см. на Фигуре 1А). Уменьшающийся радиальный люфт 37 первых резьб и уменьшающийся радиальный люфт 38 вторых резьб сокращают более высокие кольцевые напряжения, которые возникают за пределами начальных положений 22, 24 первого и второго уплотнения, если смотреть в первом и втором направлениях 21, 23, соответственно (см. график на Фигуре 4).
В частности, радиальный люфт 37 первых резьб между первыми внутренними резьбами 4 и первыми наружными резьбами 12 уменьшается в первом направлении 21, пока радиальный люфт первых резьб не достигнет нуля, и радиальный люфт 38 вторых резьб между вторыми внутренними резьбами 6 и вторыми наружными резьбами 16 уменьшается во втором направлении 23, пока радиальный люфт вторых резьб не достигнет нуля. Первые внутренние резьбы 4 и первые наружные резьбы 12 идут в первом направлении 21 и за пределами расположения 39 первых резьб, где радиальный люфт первых резьб, равный нулю, достигается без радиального зазора первых резьб (см. позицию 41, Фигура 9) между первыми внутренними резьбами 4 и первыми наружными резьбами 12. Вторые внутренние резьбы 6 и вторые наружные резьбы 16 идут во втором направлении 23 и за пределами расположения 40 вторых резьб, где радиальный люфт вторых резьб, равный нулю, достигается без радиального зазора вторых резьб (см. позицию 42, Фигура 9) между вторыми внутренними резьбами 6 и вторыми наружными резьбами 16.
В другом альтернативном варианте реализации радиальный люфт 37 первых резьб между первыми внутренними резьбами 4 и первыми наружными резьбами 12 уменьшается в первом направлении 21, пока не будет достигнут радиальный люфт первых резьб выше нуля, и радиальный люфт 38 вторых резьб между вторыми внутренними резьбами 6 и вторыми наружными резьбами 16 уменьшается во втором направлении 23, пока не будет достигнут радиальный люфт вторых резьб выше нуля.
На Фигуре 9 показаны углы конуса первого альтернативного варианта реализации резьбового соединения в соответствии с настоящим изобретением. Второй альтернативный вариант реализации отличается от резьбового соединения на Фигуре 8 только тем, что первые внутренние резьбы 4 и первые наружные резьбы 12 имеют в первом направлении 21 за пределами местоположения 39 первых резьб, где достигается нулевое значение радиального люфта 37, радиальный зазор 41 первых резьб между первыми внутренними резьбами 4 и первыми наружными резьбами 12, и вторые внутренние резьбы 6 и вторые наружные резьбы 16 имеют во втором направлении 23 за пределами местоположения 40 вторых резьб, где достигается нулевое значение радиального люфта вторых резьб, второй радиальный зазор 42 между вторыми внутренними резьбами 6 и вторыми наружными резьбами 16.
В настоящей заявке подробно раскрыты варианты реализации настоящего изобретения; однако понимается, что раскрываемые варианты реализации приводятся для пояснения настоящего изобретения, которое можно осуществить различными способами. Поэтому структурные и функциональные особенности, раскрываемые в настоящей заявке, не носят ограничительный характер, а служат основой для формулы изобретения и представляют частные случаи для специалистов в данной области техники с учетом различного применениям изобретения практически в любой конструкции, имеющей соответствующие детали. Кроме того, термины и фразы, используемые в настоящей заявке, не носят ограничительный характер, а содержат понятное описание изобретения.
Артикли, используемые в тексте, обозначают «один» или «более одного». Множественное число, используемое в тексте, обозначает «два» или «более двух». Термин «другой», используемый в тексте, обозначает по меньшей мере второй или более. Термины «включая» и/ или «имеющий», используемый в тексте, обозначают «содержит» (а именно, не исключая других элементов или этапов). Любые справочные позиции в формуле изобретения не следует считать ограничивающими формулу или изобретение.
Специалистам в отрасли станет очевидно, что резьбовое соединение может быть выполнено в различных модификациях без отклонения от объема формулы изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЛЯ НЕФТЕПРОМЫСЛОВ | 2008 |
|
RU2464475C1 |
| РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЛЯ ТРУБ | 2011 |
|
RU2522756C1 |
| КРИВОЛИНЕЙНАЯ УПЛОТНЯЮЩАЯ СИСТЕМА | 2018 |
|
RU2764344C2 |
| Резьбовое соединение бурильной колонны | 2022 |
|
RU2796709C1 |
| МУФТОВЫЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ ДЛЯ РЕЗЬБОВОГО ЗАМКА ДЛЯ ТРУБ | 2013 |
|
RU2569413C1 |
| РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ | 2020 |
|
RU2796572C1 |
| РЕЗЬБОВОЕ ТРУБНОЕ СОЕДИНЕНИЕ | 2015 |
|
RU2604461C1 |
| РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБ, ТАКИХ КАК НЕФТЯНЫЕ ИЛИ ГАЗОВЫЕ ТРУБЫ | 2016 |
|
RU2681152C1 |
| РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЛЯ ТОЛСТОСТЕННЫХ ТРУБНЫХ ИЗДЕЛИЙ НЕФТЕПРОМЫСЛОВОГО СОРТАМЕНТА | 2014 |
|
RU2637783C1 |
| Резьбовое замковое коническое соединение бурильных труб и способ увеличения его несущей способности и ресурса работы | 2019 |
|
RU2728105C1 |
Резьбовое соединение для труб, применяемых в скважинах при разведке и добыче углеводородов, содержит соединительный элемент, первый и второй трубные элементы. Соединительный элемент имеет наружный диаметр соединения COD и содержит первую муфтовую часть, вторую муфтовую часть, периферийную часть. При этом периферийная часть расположена между первой муфтовой частью и второй муфтовой частью и имеет радиальную толщину B и осевую длину C. Первая муфтовая часть и вторая муфтовая части имеют радиальную толщину А, расположенную между внутренним ободом и первыми внутренними резьбами и вторыми внутренними резьбами соответственно. Первый трубный элемент, содержащий первую не резьбовую трубную часть и первую ниппельную часть. Второй трубный элемент, содержащий вторую не резьбовую трубную часть и вторую ниппельную часть. Первая не резьбовая трубная часть и вторая не резьбовая трубная части имеют наружный диаметр TOD и радиальную толщину стенки W. Первый трубный элемент и второй трубный элементы имеют внутренний диаметр TID. Резьбовое соединение соответствует следующим условиям: COD > TOD, B = приблизительно ((COD – TID) / 2), C > 0, и A < W. Обеспечивается возможность применения резьбового соединения труб в скважинах малого диаметра. 13 з.п. ф-лы, 10 ил.
1. Резьбовое соединение для труб, применяемых в скважинах при разведке и добыче углеводородов, которое содержит:
- соединительный элемент, имеющий наружный диаметр соединения COD и содержащий:
первую муфтовую часть, содержащую первые внутренние резьбы,
вторую муфтовую часть, содержащую вторые внутренние резьбы, и
периферийную часть, содержащую радиально выступающий внутренний обод,
при этом периферийная часть расположена между первой муфтовой частью и второй муфтовой частью и имеет радиальную толщину В и осевую длину С, первая муфтовая часть и вторая муфтовая части имеют радиальную толщину А, расположенную между внутренним ободом и первыми внутренними резьбами и вторыми внутренними резьбами соответственно,
- первый трубный элемент, содержащий первую не резьбовую трубную часть, и первую ниппельную часть, содержащую первые наружные резьбы, и
- второй трубный элемент, содержащий вторую не резьбовую трубную часть, и вторую ниппельную часть, содержащую вторые наружные резьбы, при этом
- первая не резьбовая трубная часть и вторая не резьбовая трубная части имеют наружный диаметр TOD и радиальную толщину стенки W,
- первый трубный элемент и второй трубный элементы имеют внутренний диаметр TID,
- первые внутренние резьбы, вторые внутренние резьбы, первые наружные резьбы, вторые наружные резьбы имеют форму типа «ласточкин хвост»,
- первые внутренние резьбы и первые наружные резьбы образуют первое внутреннее первичное уплотнение при окончательном зацеплении соединения,
- вторые внутренние резьбы и вторые наружные резьбы образуют второе внутреннее первичное уплотнение при окончательном зацеплении соединения, и
- резьбовое соединение соответствует следующим условиям:
COD > TOD
B = приблизительно ((COD – TID) / 2)
C > 0, и
A < W.
2. Резьбовое соединение по п. 1, которое соответствует следующим условиям: C ≤ 31,75 мм (1,25 дюйма), предпочтительно C ≤ 27,94 мм (1,1 дюйма).
3. Резьбовое соединение по п. 1 или 2, которое соответствует следующим условиям: C ≤ 6,35 мм (0,25 дюйма), предпочтительно C ≤ 10,16 мм (0,4 дюйма).
4. Резьбовое соединение по п. 1, которое соответствует следующим условиям: 20,32 мм (0.8 дюйма) ≤ C ≤ 27,94 мм (1,1 дюйма), предпочтительно C ≤ 25,4 мм (1,0 дюйма).
5. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, которое соответствует следующим условиям: A ≤ 0,9W, предпочтительно A ≤ 0,8W и/ или A ≥ 0,7W.
6. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что радиальная толщина А муфтовой части располагается на критическом поперечном сечении первой муфтовой части и второй муфтовой части.
7. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что:
- в первом направлении от внутреннего обода в сторону первого внутреннего первичного уплотнения первые внутренние резьбы и первые наружные резьбы вступают в полный контакт в начальном положении первого уплотнения,
- в противоположном втором направлении от внутреннего обода в сторону второго внутреннего первичного уплотнения вторые внутренние резьбы и вторые наружные резьбы вступают в полный контакт в начальном положении второго уплотнения,
- начальное положение первого уплотнения располагается на осевом расстоянии уплотнения D от начального положения второго уплотнения, и
- резьбовое соединение соответствует следующим условиям:
D > C.
8. Резьбовое соединение по п. 7, которое соответствует следующим условиям:
3,6 мм (0,142 дюйма) ≤ (D – C) / 2 ≤ 9,9 мм (0,392 дюйма), предпочтительно 5 мм (0,2 дюйма) ≤ (D – C) / 2 ≤ 7,7 мм (0,3 дюйма), предпочтительнее (D – C) / 2 = 6,1 мм (0,242 дюйма).
9. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что:
- первые внутренние резьбы и первые наружные резьбы вместе образуют первый блок резьб,
- вторые внутренние резьбы и вторые наружные резьбы вместе образуют второй блок резьб, и
- первый блок резьб и второй блок резьб представляют собой блоки одноходовых резьб.
10. Резьбовое соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что:
- резьбовое соединение определяет продольную ось,
- первые внутренние резьбы имеют постоянный угол конуса первых внутренних резьб α1 относительно продольной оси,
- первые наружные резьбы имеют постоянный угол конуса первых наружных резьб β1 относительно продольной оси,
- угол конуса первых внутренних резьб α1 больше угла конуса первых наружных резьб β1,
- вторые внутренние резьбы имеют постоянный угол конуса вторых внутренних резьб α2 относительно продольной оси,
- вторые наружные резьбы имеют постоянный угол конуса вторых наружных резьб β2 относительно продольной оси, и
- угол конуса вторых внутренних резьб α2 больше угла конуса вторых наружных резьб β2.
11. Резьбовое соединение по п. 11, отличающееся тем, что:
- первые внутренние резьбы и первые наружные резьбы имеют радиальный люфт первых резьб при окончательном зацеплении,
- радиальный люфт первых резьб между первыми внутренними резьбами и первыми наружными резьбами уменьшается в первом направлении от внутреннего обода в сторону первого внутреннего первичного уплотнения,
- вторые внутренние резьбы и вторые наружные резьбы имеют радиальный люфт вторых резьб при окончательном зацеплении, и
- радиальный люфт вторых резьб между вторыми внутренними резьбами и вторыми наружными резьбами уменьшается во втором направлении от внутреннего обода в сторону второго внутреннего первичного уплотнения.
12. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, в котором наружный диаметр соединения COD является наибольшим диаметром резьбового соединения.
13. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, в котором периферийная часть имеет внутренний диаметр обода RID и резьбовое соединение соответствует условиям:
RID = TID ± 0,127 мм (0,050 дюйма), предпочтительно RID = TID.
14. Резьбовое соединение по одному из предыдущих пунктов, которое соответствует следующим условиям:
COD = ROD,
и/ или в котором первая муфтовая часть имеет наружный диаметр FBOD, вторая муфтовая часть имеет наружный диаметр SBOD, и резьбовое соединение соответствует следующим условиям:
COD = FBOD = SBOD.
| Способ получения цианистых соединений | 1924 |
|
SU2018A1 |
| ТРУБНОЕ РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ С ТРАПЕЦИЕВИДНОЙ РЕЗЬБОЙ И С ВЫПУКЛОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ВИТКА | 2002 |
|
RU2277665C2 |
| ВЫСОКОГЕРМЕТИЧНОЕ РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ОБСАДНЫХ ТРУБ (ВАРИАНТЫ) | 2012 |
|
RU2504710C1 |
| РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЛЯ СТАЛЬНЫХ ТРУБ | 2014 |
|
RU2631589C1 |
| Прибор для определения сминаемости ткани | 1961 |
|
SU147358A1 |
| US 3989284 A, 02.11.1976 | |||
| US 8136846 B2, 20.03.2012. | |||
