Герметичное резьбовое соединение насосно-компрессорных труб Российский патент 2024 года по МПК E21B17/42 F16L15/04 

Настоящее изобретение относится к эксплуатации нефтяных и газовых скважин, используемое преимущественно для насосно-компрессорных труб, содержащее ниппель и муфту, разработанное для работы в сложных условиях.

Известно а. с. №1.772.341, кл. Е21В17/042 «Резьбовое соединение труб», опубл. 30.10.92 г., Бюл. №40. Резьбовое соединение состоит из двух труб, соединенных между собой посредством муфты. В месте соединения установлено уплотнительное кольцо с коническими уплотнительными поверхностями. Внутренняя поверхность имеет форму эжектора с обратным клапаном. Трубы, на сопрягаемых концах, имеют проточки с определенной конусностью. При свинчивании соединения радиальное уплотнение осуществляется за счет радиального деформирования наружных конических участков уплотнительного кольца, а торцевое уплотнение – за счет осевого деформирования торцевого профильного выступа кольца. Уплотнительное кольцо изготовлено из материала с большим коэффициентом линейного расширения, чем материал труб и муфты, что обеспечивает повышенную герметичность резьбового соединения.

К недостаткам конструкции можно отнести:

- постоянный контроль за установкой уплотнительного кольца внутри осевого канала муфты при свинчивании труб;

- проведение дополнительных работ по выполнению конических фасок на торцах труб;

- наличие в каждом муфтовом соединении уплотнительного кольца приводит к сужению проходного канала и росту гидравлических сопротивлений в осевом канале колонны насосно-компрессорных труб.

Известен патент DE3203857, кл. МКИ Е21В17/04, опубл. 02.08.84 г. Изобретение относится к соединению насосно-компрессорных труб, соединенных между собой, с уплотнительным кольцом из политетрафторэтилена, размещенного в канавке, расположенной в торцевой части. Глубина канавки составляет 20% диаметра от толщины ниппеля. Уплотнительное кольцо устанавливается в канавке после предварительного нагрева до высокой температуры, порядка +300°С, с последующим медленным охлаждением. Канавка на внешнем ниппеле выполнена на части резьбы и имеет коническую форму.

К недостаткам конструкции следует отнести:

- высокая металлоемкость изделия, заключающаяся в большой толщине стенок в месте установки уплотнительного кольца;

- конструкция уплотнения не может быть применена в насосно-компрессорных трубах по ГОСТ 633-80, используемых в настоящее время, поскольку мала толщина стенки.

Известна конструкция муфтового соединения насосно-компрессорных труб, выпускаемых по ГОСТ 633-80 (см. «Эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений». Справочное пособие. Б. П. Гвоздев, А. И. Гриценко, А. Е. Корнилов. - М. Недра, 1988 г. с. 303-307).

Более подробно рассмотрена конструкция муфтового соединения для насосно-компрессорных труб, с обозначением всех конструктивных размеров (см. «Трубы металлические и соединительные части к ним». Под редакцией С. Г. Вилькина. Издательство стандартов, 1978 г. с. 219-235), принятая за прототип.

На торцевой поверхности муфты выполнены внутренние проточки, диаметр которых сравним с наружным диаметром труб. В средней части выполнена внутренняя проточка для выхода резьбонарезного инструмента с формированием внутренней конической резьбы.

Герметизация резьбового соединения достигается путем создания высоких контактных напряжений при свинчивании труб с муфтой. Однако при проведении различных технологических операций, с применением технологических жидкостей, обладающих достаточно высокой температурой, например, в случае разрушения слоя парафина.

Подача горячей технологической жидкости приводит к нагреву в первую очередь, насосно-компрессорных труб, с соответствующим термическим изменением диаметральных размеров и увеличению контактных напряжений на витках резьбы.

Известна формула расчета контактных напряжений:

δ_к=24ΔТ,

где ΔТ – перепад температур между трубой и муфтой на начальной стадии.

После прогрева труб и муфт происходит снижение градиента температуры между ними и снижение контактных напряжений в витках резьб, вплоть до значений при которых происходит потеря герметичности колонны труб.

Проведенный поиск и анализ технических решений в данной области техники показал, что возможно повысить герметизирующие свойства конической резьбы труб путем применения защитных пленок, с одновременным докреплением до контакта торца ниппеля и муфты. Защитная пленка сохраняет свои свойства при многократном свинчивании (см. реферативный журнал «Горное и нефтепромысловое машиностроение», №5, 1989 г., Москва, стр. 18).

Известно техническое решение, защищенное патентом РФ №2728105, кл. МПК Е21В17/042 «Резьбовое замковое коническое соединение бурильных труб и способ увеличения его несущей способности и ресурса работы». Для повышения герметичности резьбового соединения на нижнем конце ниппеля выполнена кольцевая канавка, в которой размещается уплотнительное кольцо. Такое исполнение соединения возможно при наличии достаточно больших размеров по толщине ниппеля. В связи с тем, что толщина стенки насосно-компрессорных труб исключает возможность выполнения кольцевой канавки с установкой уплотнительного кольца. Это возможно осуществить на внутренней поверхности муфты.

Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения, – повышение герметичности резьбового соединения насосно-компрессорных труб при воздействии градиента температуры, возникающего между трубой (ниппелем) и муфтой при проведении различных технологических операций.

Технический результат достигается тем, что резьбовое соединение насосно-компрессорных труб, состоящее из трубы с конической резьбой на концах, муфты с ответными коническими резьбами и кольцевыми проточками на концах и внутренней проточкой в средней части. Муфта содержит канавки в конической резьбе на равном удалении от торца муфты и внутренней проточки в средней части. Ширина дополнительных канавок равна полтора шага конической резьбы, а их внутренний диаметр сравним по диаметру с кольцевыми проточками на концах. Дополнительные канавки снабжены уплотнительными кольцами из фторопласта (ПТФЭ), с внутренним диаметром, равным внутреннему конической резьбы в месте их выполнения и содержит коническую резьбу на внутренней поверхности, аналогичную конической резьбе труб.

Конструкция герметичного резьбового соединения насосно-компрессорных труб поясняется чертежами, где:

- на фиг. 1 – конструкция муфты в разрезе с кольцевыми канавками под уплотнительные кольца, показанными на фиг. 2;

- на фиг. 3 – в разрезе показано уплотнительное кольцо, при его взаимодействии с резьбой муфты и ниппеля.

Соединение включает муфту 1 с внутренней конической резьбой 2, выполненной с двух сторон. В средней части в муфте 1 выполнена внутренняя проточка 3. На торцевых поверхностях муфта 1 содержит кольцевые проточки 4. На равном удалении от торца муфты 1 и внутренней проточки 3 в средней части, на теле конической резьбы 2 выполнены дополнительные канавки 5, шириной не менее полтора шага конической резьбы 2, а внутренний диаметр сравним с внутренним диаметром внутренних проточек 3 на торцевых поверхностях муфты 1. Внутри дополнительных канавок 5 установлены уплотнительные кольца 6 из политетрафторэтилена (ПТФЭ), внутренний диаметр которых принят равным внутреннему диаметру конической резьбы 2, в месте выполнения дополнительных канавок 5. После установки уплотнительных колец 6 в дополнительные канавки 5, в конические резьбы 2 вводят ниппели 7, с формированием резьбы 8 (см. фиг. 3) на внутренней поверхности уплотнительных колец 6. Ниппель 7 в этом случае играет роль технологической оснастки и удаляется из муфты 1 после формирования конической резьбы 8 на уплотнительных кольцах 6.

После установки уплотнительных колец 6 муфта 1 входит в состав труб муфтовой колонны и обеспечивает полную герметичность конической резьбы при многократном свинчивании и развинчивании.

Используемый в качестве уплотнительного материала для уплотнительных колец 6 политетрафторэтилена (ПТФЭ), который обладает высокой термостойкостью и большим коэффициентом термического удлинения, чем у стали, позволяет обеспечить постоянный контакт уплотнительных колец 6 с поверхностью конической резьбы муфты 1 и конической резьбы насосно-компрессорных труб.

Изобретение относится к конструкциям резьбовых соединений для нефтепромысловых труб, работающих в сложных условиях. Герметичное резьбовое соединение насосно-компрессорных труб состоит из трубы с конической резьбой, муфты с ответными коническими резьбами и кольцевыми проточками на концах и внутренней расточкой в средней части. При этом муфта содержит дополнительные канавки в конической резьбе на равном удалении от торца и внутренней расточки в средней части. Ширина дополнительной канавки составляет полтора шага конической резьбы. Причем дополнительные канавки снабжены уплотнительными кольцами из фторопласта, внутренний диаметр которых равен внутреннему диаметру конической резьбы в месте их выполнения, и содержащими коническую резьбу на внутренней поверхности, аналогичную конической резьбе насосно-компрессорных труб. Обеспечивается повышение герметичности резьбового соединения насосно-компрессорных труб при воздействии градиента температуры, возникающего между трубой и муфтой при проведении различных технологических операций. 3 ил.

Герметичное резьбовое соединение насосно-компрессорных труб, состоящее из трубы с конической резьбой, муфты с ответными коническими резьбами и кольцевыми проточками на концах и внутренней расточкой в средней части, отличающееся тем, что муфта содержит дополнительные канавки в конической резьбе на равном удалении от торца и внутренней расточки в средней части, ширина дополнительной канавки составляет полтора шага конической резьбы, причем дополнительные канавки снабжены уплотнительными кольцами из фторопласта, внутренний диаметр которых равен внутреннему диаметру конической резьбы в месте их выполнения, и содержащими коническую резьбу на внутренней поверхности, аналогичную конической резьбе насосно-компрессорных труб.