СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРУБНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 2024 года по МПК E21B17/42 F16L15/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Изобретение относится к соединительному устройству для обеспечения герметичного соединения между двумя трубными элементами. Изобретение, в частности, относится к соединительным устройствам, предназначенным для использования в газовых или нефтяных скважинах для формирования бурильной колонны, обсадной колонны или эксплуатационной колонны.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Соединительные устройства, предназначенные для использования в газовых или нефтяных скважинах и состоящие из первого трубного элемента, второго трубного элемента и соединительной муфты для герметичного соединения первого и второго трубных элементов между собой, известны в предшествующем уровне техники. Каждый из трубных элементов имеет резьбовой охватываемый участок, который ввинчивается в резьбовой охватывающий участок соединительной муфты.

[0003] Известны соединительные устройства такого типа, в которых соединительная муфта имеет выступающий внутрь фланец. Такое соединительное устройство описано, например, в документе FR 3027649. Фланец имеет две осевые упорные поверхности, предназначенные для взаимодействия с соответствующими осевыми упорными поверхностями, расположенными на свободных концах первого и второго трубных элементов. Муфта также имеет две уплотнительные поверхности, взаимодействующие с соответствующими уплотнительными поверхностями первого и второго трубных элементов. Такие соединительные устройства являются не вполне удовлетворительными, в частности, потому, что фланец и две уплотнительные поверхности делают соединительную муфту сложной и дорогостоящей в механической обработке.

[0004] В документе US 2012/0074692 эта проблема решена путём предложения соединительного устройства, в котором функции упора и уплотнения выполняются между двумя свободными концами двух трубных элементов, которые ввинчиваются в соединительную муфту. Для этого свободные концы первого и второго трубных элементов имеют осевые упорные поверхности. Кроме того, свободный конец одного из трубных элементов имеет кольцевую уплотнительную кромку, которая взаимодействует с уплотнительной поверхностью в форме усечённого конуса, выполненной на внешней поверхности другого трубного элемента, для герметизации соединения, когда осевые упорные поверхности находятся в контакте друг с другом. Однако такое соединительное устройство также не является вполне удовлетворительным. Действительно, осевые упорные поверхности должны быть достаточно большими, чтобы выдерживать значительные моменты затяжки, прикладываемые при ввинчивании одного из трубных элементов в соединительную муфту, пока осевая упорная поверхность не войдёт в контакт с осевой упорной поверхностью другого трубного элемента. Следовательно, кольцевая уплотнительная кромка должна быть изготовлена из небольшого количества материала, что делает упомянутую кромку особенно хрупкой и не позволяет гарантировать надёжность контакта между уплотнительной кромкой и соответствующей уплотнительной поверхностью в форме усечённого конуса.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Одной из идей, лежащих в основе изобретения, является предложение соединительного устройства указанного выше типа, которое проще в изготовлении и которое гарантирует надёжное уплотнение соединения.

[0006] Согласно одному варианту осуществления, изобретение предоставляет соединительное устройство, включающее в себя первый трубный элемент, второй трубный элемент и соединительную муфту для соединения первого трубного элемента и второго трубного элемента; соединительная муфта имеет первый охватывающий участок и второй охватывающий участок с первой внутренней резьбой и второй внутренней резьбой соответственно, первый трубный элемент и второй трубный элемент имеют первый охватываемый участок и второй охватываемый участок соответственно, при этом первый охватываемый участок и второй охватываемый участок имеют соответственно первую наружную резьбу, выполненную с возможностью взаимодействия с первой внутренней резьбой соединительной муфты, и вторую наружную резьбу, выполненную с возможностью взаимодействия со второй внутренней резьбой соединительной муфты, таким образом, чтобы обеспечить винтовое соединение первого охватываемого участка с первым охватывающим участком и второго охватываемого участка со вторым охватывающим участком,

причём первый охватываемый участок имеет свободный конец с первой осевой упорной поверхностью, а второй охватываемый участок имеет свободный конец со второй осевой упорной поверхностью и наружной уплотнительной поверхностью, протяжённой между второй осевой упорной поверхностью и второй наружной резьбой, при этом вторая осевая упорная поверхность выполнена с возможностью вхождения в контакт с первой осевой упорной поверхностью, когда первый охватываемый участок и второй охватываемый участок соответственно соединены в положении зацепления внутри первого охватывающего участка и второго охватывающего участка, свободный конец первого охватываемого участка также имеет кольцевую уплотнительную кромку, выступающую в осевом направлении относительно первой осевой упорной поверхности, уплотнительная кромка выполнена с возможностью охватывать наружную уплотнительную поверхность и входить в радиальный контакт с упомянутой наружной уплотнительной поверхностью, когда первая осевая упорная поверхность и вторая осевая упорная поверхность находятся в контакте друг с другом, при этом уплотнительная кромка имеет внешнюю периферию, на которой сформирован участок первой наружной резьбы.

[0007] Соединительное устройство, имеющее вышеуказанные признаки, особенно выгодно тем, что позволяет упростить изготовление соединительной муфты, поскольку уплотнение выполнено между первым и вторым трубными элементами. Кроме того, значительное количество материала используется для формирования уплотнительной кромки в результате наличия первой наружной резьбы на уплотнительной кромке. Такое значительное количество материала, используемого для изготовления уплотнительной кромки, делает ее достаточно жесткой, чтобы обеспечить уплотняющий контакт с наружной уплотнительной поверхностью и гарантировать герметичность устройства.

[0008] В зависимости от варианта осуществления, такое соединительное устройство может иметь один или более из следующих признаков.

[0009] Согласно одному варианту осуществления, первая наружная резьба имеет конический участок и цилиндрический участок, при этом упомянутый илиндрический участок расположен в осевом направлении между коническим участком и свободным концом первого охватываемого участка таким образом, что цилиндрический участок по меньшей мере частично расположен на уплотнительной кромке. Эти признаков позволяют увеличить радиальную толщину уплотнительной кромки, что повышает её жёсткость, а значит, и надёжность герметизации устройства.

[0010] Согласно одному варианту осуществления, первая внутренняя резьба, предназначенная для взаимодействия с цилиндрической частью первой наружной резьбы, выполнена конической.

[0011] Согласно одному варианту осуществления, цилиндрический участок первой наружной резьбы и первая коническая внутренняя резьба взаимодействуют с натягом, предпочтительно с осевым натягом, для обеспечения эффекта самозапирания.

[0012] Для этого, согласно одному варианту осуществления, первая наружная резьба имеет резьбу, которая имеет закладную сторону, ориентированную в направлении свободного конца первого охватываемого участка, и опорную сторону, ориентированную в противоположном направлении, при этом первая наружная резьба включает, в положении зацепления, зону осевого давления, распространяющуюся, от свободного конца первого охватываемого участка, между первой зоной, в которой начинается осевое взаимодействие между закладной стороной и соответствующей поверхностью первой внутренней резьбы, и второй зоной, начиная с которой закладная сторона больше не взаимодействует с соответствующей поверхностью первой внутренней резьбы, а опорная сторона взаимодействует с соответствующей зоной упомянутой первой внутренней резьбы.

[0013] Согласно одному варианту осуществления, зона осевого давления имеет от 1 до 4 зубцов.

[0014] Согласно одному варианту осуществления, либо первый охватываемый участок, либо второй охватываемый участок представляет собой фрезерный конец, а другой представляет собой ниппельный конец, при этом фрезерный конец предназначен для соединения с соединительной муфтой перед ниппельным концом.

[0015] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, первый охватываемый участок представляет собой фрезерный конец, а второй охватываемый участок представляет собой ниппельный конец. Альтернативно, первый охватываемый участок представляет собой ниппельный конец, а второй охватываемый участок представляет собой фрезерный конец.

[0016] Согласно одному варианту осуществления, соединительная муфта имеет дополнительную осевую упорную поверхность, выступающую радиально внутрь соединительной муфты из среднего участка, расположенного между первой внутренней резьбой и второй внутренней резьбой, при этом уплотнительная кромка выполнена с возможностью осевого контакта с упомянутой дополнительной осевой упорной поверхностью, когда первый охватываемый участок находится в положении зацепления.

[0017] Согласно одному из вариантов осуществления, первый трубный элемент имеет визуальный маркер, расположенный на заданном расстоянии от первой осевой упорной поверхности. Такой визуальный маркер позволяет обеспечить заданное относительное расположение первого трубного элемента относительно соединительной муфты.

[0018] Согласно одному варианту осуществления, концевой зуб первой наружной резьбы выполнен с возможностью контакта с дополнительной осевой упорной поверхностью в положении зацепления. Другими словами, зуб первой наружной резьбы, расположенный ближе всего к свободному концу уплотнительной кромки, выполнен с возможностью взаимодействия с дополнительной осевой упорной поверхностью. Согласно одному варианту осуществления, радиальная высота дополнительной упорной поверхности равна или больше половины радиальной высоты упомянутого концевого зуба. Согласно одному варианту осуществления, радиальная высота дополнительной упорной поверхности равна или меньше радиальной высоты упомянутого концевого зуба.

[0019] Согласно одному из вариантов осуществления, вторая наружная резьба имеет форму усечённого конуса, и вторая внутренняя резьба имеет форму усечённого конуса.

[0020] Согласно одному варианту осуществления, соединительная муфта имеет средний участок без резьбы, который расположен между первой внутренней резьбой и второй внутренней резьбой. Такой средний участок выгоден тем, что образует пустое пространство для приёма избыточной смазки.

[0021] Согласно одному варианту осуществления изобретения, осевая длина среднего участка равна или превышает один шаг резьбы, а предпочтительно превышает два шага резьбы первой наружной резьбы. Такой шаг резьбы представляет собой, например, расстояние, разделяющее закладные стороны или опорные стороны двух последовательных зубьев первой наружной резьбы. Такая длина среднего участка создаёт значительное свободное пространство для приёма первой наружной резьбы.

[0022] Согласно одному варианту осуществления, в положении зацепления один конец среднего участка расположен в осевом направлении между свободным концом уплотнительной кромки и первой осевой упорной поверхностью. Предпочтительно, чтобы осевое расстояние, разделяющее первую осевую упорную поверхность и упомянутый конец среднего участка, было равно или меньше одного шага резьбы первой наружной резьбы. Эти признаки снижают напряжение, сосредоточенное на радиусе у кончика упора. Кроме того, эти признаки обеспечивают хорошую осевую устойчивость уплотнительной кромки и, следовательно, более надёжное уплотнение соединения.

[0023] Согласно одному варианту осуществления, средний участок образует выемку, а первая наружная резьба частично посажена в упомянутую выемку.

[0024] Согласно одному варианту осуществления, средний участок расположен таким образом, что, когда первая осевая упорная поверхность и вторая осевая упорная поверхность находятся в контакте друг с другом, уплотнительная кромка находится в радиальном контакте с наружной уплотнительной поверхностью радиально внутри среднего участка.

[0025] Согласно одному варианту осуществления изобретения, герметичный радиальный контакт между уплотнительной кромкой и наружной уплотнительной поверхностью, когда первая осевая упорная поверхность и вторая осевая упорная поверхность находятся в контакте друг с другом, выполнен с радиальным натягом, измеряемым в миллиметрах, который равен или превышает в два раза радиальное расстояние, разделяющее первую наружную резьбу и средний участок соединительной муфты. Предпочтительно, это расстояние между первой наружной резьбой и указанным средним участком измеряют на концевом зубе первой наружной резьбы.

[0026] Согласно одному варианту осуществления изобретения, герметичный радиальный контакт между уплотнительной кромкой и наружной уплотнительной поверхностью, когда первая осевая упорная поверхность и вторая осевая упорная поверхность находятся в контакте друг с другом, выполнен с радиальным натягом, деформирующим уплотнительную кромку радиально наружу таким образом, что первая наружная резьба входит в контакт со средним участком соединительной муфты. Такой контакт обеспечивает хорошую радиальную устойчивость посадочного места уплотнительной кромки относительно среднего участка, тем самым обеспечивая надёжное уплотнение.

[0027] Согласно одному варианту осуществления, первый трубный элемент, второй трубный элемент и соединительная муфта изготовлены из стали.

[0028] Согласно одному из вариантов осуществления, первая наружная резьба находится в контакте с первой внутренней резьбой в зонах натяга со степенью натяга, которая больше, а предпочтительно более чем на 10% больше, чем степень натяга второй наружной резьбы со второй внутренней резьбой. Такая степень натяга относится, например, к глубине натяга, измеряемой в миллиметрах, или к измерению поверхности натяга. Таким образом, момент затяжки первого охватываемого участка больше момента затяжки второго охватываемого участка, что предотвращает отвинчивание первого охватываемого участка от соединительной муфты при завинчивании второго охватываемого участка.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0029] Изобретение может быть лучше понято, а дополнительные цели, детали, признаки и преимущества изобретения более чётко изложены в приведенном ниже подробном описании нескольких конкретных вариантов осуществления изобретения, приведенных исключительно в качестве неограничивающих примеров, со ссылкой на прилагаемые чертежи.

[0030] Фиг. 1 представляет вид в разрезе соединительного устройства в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0031] Фиг. 2 представляет подробный вид в разрезе соединительного устройства на фиг. 1 в соответствии с первым вариантом осуществления.

[0032] Фиг. 3 представляет подробный вид в разрезе соединительного устройства на фиг. 1 в соответствии со вторым вариантом осуществления.

[0033] Фиг. 4 представляет подробный вид в разрезе соединительного устройства на фиг. 1 в соответствии с третьим вариантом осуществления.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0034] В описании и на фигурах ось X является осью завинчивания трубных элементов соединительного устройства. Условно "радиальная" ориентация ортогональна оси X, а осевая ориентация параллельна оси X. Термины "внешний" и "внутренний" используются для определения относительного положения элемента по отношению к оси X, при этом элемент, расположенный близко к оси X, считается внутренним, в отличие от внешнего элемента, расположенного на радиальной периферии.

[0035] Соединительное устройство 1 согласно первому варианту осуществления описано ниже со ссылкой на фиг. 1 и 2. Соединительное устройство 1 включает в себя первый трубный элемент 3, второй трубный элемент 2 и соединительную муфту 4 для герметичного соединения упомянутых трубных элементов 2, 3 между собой. Трубные элементы 2, 3 и соединительную муфту 4 обычно изготавливают из стали.

[0036] Каждый трубный элемент 2, 3 имеет два конца, только один из которых показан на фиг. 1, при этом каждый конец снабжён охватываемым участком 5, 6, предназначенным для ввинчивания в соответствующий охватывающий участок 7, 8 соединительной муфты 4. Это позволяет соединять множество трубных элементов 2, 3 друг с другом последовательно и герметично, например, для формирования бурильной колонны, обсадной колонны или эксплуатационной колонны газовой или нефтяной скважины.

[0037] Каждый охватываемый участок 5, 6 имеет наружную резьбу 11, 12, выполненную с возможностью взаимодействия с внутренней резьбой 9, 10 одного из охватывающих участков 7, 8 соединительной муфты 4. Более конкретно, охватываемый участок 6 первого трубного элемента 3 имеет первую наружную резьбу 12, выполненную с возможностью взаимодействия с первой внутренней резьбой 10 соединительной муфты 4, а охватываемый участок 5 второго трубного элемента 2 имеет вторую наружную резьбу 11, выполненную с возможностью взаимодействия со второй внутренней резьбой 9 соединительной муфты 4. Предпочтительно, соединительная муфта 4 имеет средний участок 18, который расположен между первой внутренней резьбой 10 и второй внутренней резьбой 9 для создания свободного пространства, предназначенного для приема избыточной смазки. В показанном примере диаметр среднего участка 18, по существу, равен внутреннему диаметру первых смежных нитей первой и второй внутренних резьб 9, 10 соединительной муфты 4. Согласно одному из вариантов осуществления, диаметр среднего участка также может быть немного меньше внутреннего диаметра первой смежной нити первой внутренней резьбы 10 соединительной муфты 4, что способствует дополнительному усилению эффекта самозапирания (описанного ниже) охватываемого участка 6 первого трубного элемента 3 в упомянутой соединительной муфте 4.

[0038] В описанном ниже варианте осуществления охватываемый участок 6 первого трубного элемента 3 выполнен с возможностью ввинчивания в соединительную муфту 4 до того, как охватываемый участок 5 второго трубного элемента 2 будет ввинчен в соединительную муфту. Таким образом, охватываемый участок 6 первого трубного элемента 3 может быть, например, предварительно собран на заводе с соединительной муфтой 4, в то время как охватываемый участок 5 второго трубного элемента 2 собирают с соединительной муфтой 4 позднее на месте установки газовой или нефтяной скважины. В этом случае охватываемый участок 6 первого трубного элемента 3 обычно называют "фрезерным концом", а охватываемый участок 5 второго трубного элемента 2 называют "ниппельным концом". Для предотвращения вывинчивания первого трубного элемента 6 из муфты 4 при завинчивании второго трубного элемента 2 момент затяжки первого трубного элемента 3 в муфте 4, возникающий при взаимодействии первой наружной резьбы 12 с первой внутренней резьбой 10 муфты 4, превышает момент затяжки второго трубного элемента 2, возникающий при взаимодействии второй наружной резьбы 11 со второй внутренней резьбой 9 муфты 4, предпочтительно более чем на 10%. Для обеспечения этого, когда в положении останова (также называемом положением зацепления) резьба первой наружной резьбы 12 находится в контакте с резьбой первой внутренней резьбы 10 в зонах натяга, площадь поверхности которых больше, а предпочтительно более чем на 10% больше, чем площадь поверхности зон натяга резьбы второй наружной резьбы 11 с резьбой второй внутренней резьбы 9. Альтернативно или дополнительно, в положении зацепления резьба первой наружной резьбы 12 находится в контакте с резьбой первой внутренней резьбы 10 со степенью натяга, измеренной в миллиметрах, которая больше, а предпочтительно более чем на 10% больше, чем степень натяга, измеренная в миллиметрах, резьбы второй наружной резьбы 11 с резьбой второй внутренней резьбы 9.

[0039] В варианте осуществления, показанном на фиг. 1 и 2, первая внутренняя резьба 10 соединительной муфты 4 имеет форму усечённого конуса, так что первая внутренняя резьба 10 имеет угол наклона по отношению к оси X. Другими словами, диаметр резьбы первой внутренней резьбы 10 соединительной муфты 4 увеличивается от среднего участка 18 соединительной муфты 4 к концу соединительной муфты 4, расположенному на стороне упомянутой первой внутренней резьбы 10. Первая наружная резьба 12 первого трубного элемента 3 выполнена цилиндроконической. Другими словами, первая наружная резьба 12 имеет участок в форме усечённого конуса, в котором диаметр резьбы уменьшается по направлению к свободному концу охватываемого участка 6 первого трубного элемента 3, а затем продолжается цилиндрическим участком, в котором диаметр резьбы остаётся постоянным до свободного конца упомянутого охватываемого участка 6.

[0040] В предпочтительном варианте осуществления цилиндрический участок первой наружной резьбы 12 имеет достаточную длину для достижения эффекта самозапирания, т.е. увеличения момента затяжки в результате натяга при соединении первой наружной резьбы 12 с первой внутренней резьбой 10. Таким образом, для заданного момента затяжки можно с точностью до производственных допусков определить относительное положение охватываемого участка 6 внутри соединительной муфты 4 в зависимости от момента затяжки. На практике охватываемый участок 6 первого трубного элемента 3 ввинчивают в соединительную муфту 4 до достижения порогового момента сцепления, гарантируя тем самым заданное относительное позиционирование первого элемента относительно соединительной муфты 4.

[0041] Как показано на фиг. 2, каждая из резьб первой и второй наружных резьб 11, 12 образована закладной стороной 19 и опорной стороной 20. Закладная сторона 19 расположена выше по потоку от опорной стороны 20. Другими словами, закладная сторона 19 первой наружной резьбы 12 ориентирована в сторону свободного конца первого трубного элемента 3, а опорная сторона 20 ориентирована в сторону от упомянутого свободного конца.

[0042] Как показано со ссылкой на вариант осуществления на фиг. 3, для достижения вышеупомянутого эффекта самозапирания с использованием формы усечённого конуса и цилиндроконической формы первой внутренней резьбы 10 и первой наружной резьбы 12, первая наружная резьба 12 имеет зону 21 осевого давления. Эта зона осевого давления распространяется вниз по потоку между первой зоной 22, в которой начинается натяг между колющим боком 19 и соответствующей поверхностью первой внутренней резьбы 10, и второй зоной 23, начиная с которой отсутствует натяг между закладной стороной 19 и соответствующей поверхностью первой внутренней резьбы 10, а опорная сторона 20 находится в натяге с соответствующей зоной первой внутренней резьбы 10. Предпочтительно, эта зона 21 осевого давления имеет от 1 до 4 зубцов, при этом каждый зуб является участком резьбы, распространяющемуся на 360° вокруг оси X. Другими словами, эта зона 21 осевого давления соответствует участку резьбы первой наружной резьбы 12, распространяющемуся в угловом диапазоне от 360° до 1440° вокруг оси X. Это гарантирует удовлетворительный эффект самозапирания, в частности, при завинчивании торца фрезы. Кроме того, это повышает осевую устойчивость уплотнительной кромки 16, описанной ниже.

[0043] Согласно другим вариантам осуществления, первая внутренняя резьба 10 и первая наружная резьба 12 не имеют вышеупомянутой конструкции, обеспечивающей эффект самозапирания. В этом случае первый трубный элемент 3 может быть снабжён визуальным маркером, расположенным на заданном расстоянии от свободного конца его охватываемого участка 6, обеспечивая тем самым заданное относительное позиционирование первого трубного элемента 3 относительно соединительной муфты 4.

[0044] Кроме того, вторая внутренняя резьба 9 соединительной муфты 4 и вторая наружная резьба 11 второго трубного элемента 2 имеют форму усечённого конуса. При этом диаметры резьбы второй внутренней резьбы 9 соединительной муфты 4 увеличиваются от среднего участка 18 соединительной муфты 4 по направлению к одному из концов соединительной муфты 4, а диаметр резьбы наружной резьбы 11 второго трубного элемента 2 уменьшается по направлению к свободному концу второго трубного элемента 2.

[0045] Как подробно показано на фиг. 2, свободный конец охватываемого участка 6 имеет первую осевую упорную поверхность 15 и кольцевую уплотнительную кромку 16, которая выступает в осевом направлении от первой осевой упорной поверхности 15, радиально выходя за пределы упомянутой поверхности. Свободный конец охватываемого участка 5 второго трубного элемента 2 имеет вторую осевую упорную поверхность 13 и наружную уплотнительную поверхность 14, которая проходит между второй осевой упорной поверхностью 13 и второй наружной резьбой 11. Наружная уплотнительная поверхность 14 продолжается наклонно по отношению к оси X таким образом, что диаметр охватываемого участка 5 уменьшается от второй наружной резьбы 11 по направлению ко второй осевой упорной поверхности 13.

[0046] Таким образом, при ввинчивании охватываемого участка 5 второго трубного элемента 2 в соединительную муфту 4 вторая осевая упорная поверхность 13 упирается в осевом направлении в первую осевую упорную поверхность 15, указывая на то, что второй трубный элемент 2 достиг желаемого заданного положения.

[0047] Кроме того, уплотнительная кромка 16 входит в контакт с наружной уплотнительной поверхностью 14, которая обеспечивает уплотнение между первым и вторым трубными элементами 2, 3.

[0048] Более конкретно, уплотнительная кромка 16 имеет внутреннюю поверхность с седлом уплотнения, также называемую уплотнительной поверхностью уплотнительной кромки 16. Внутренняя поверхность уплотнительной кромки 16 механически обработана таким образом, что при ввинчивании второго трубного элемента 2 в соединительную муфту 4 наружная уплотнительная поверхность 14 упирается в седло уплотнения внутренней поверхности уплотнительной кромки 16 и упруго деформирует указанное седло уплотнения уплотнительной кромки 16. Этот натяговый контакт обеспечивает уплотнения между наружной уплотнительной поверхностью 14 и уплотнительной кромкой 16.

[0049] В показанном варианте осуществления первая и вторая осевые упорные поверхности 13, 15 имеют совпадающие формы усечённого конуса. Более конкретно, первая осевая упорная поверхность 15 имеет форму усечённого конуса, ориентированную таким образом, что радиальное сечение первой осевой упорной поверхности 15 уменьшается по направлению к концу первого охватываемого участка 6, а вторая осевая упорная поверхность 13 имеет форму усечённого конуса, ориентированную таким образом, что радиальное сечение второй осевой упорной поверхности 13 увеличивается по направлению к концу второго охватываемого участка 5. В одном из предпочтительных вариантов осуществления совпадающие формы усечённого конуса имеют полуугол при вершине, который менее 90° и преимущественно более 70°, например, около 75°. Эти наклоны первой и второй осевых упорных поверхностей 13, 15 имеют тенденцию, когда эти осевые упорные поверхности 13, 15 находятся во взаимодействии, прижимать наружную уплотнительную поверхность 14 к уплотнительной кромке 16, обеспечивая тем самым удовлетворительный уплотняющий контакт.

[0050] Как показано на фиг. 1 и 2, уплотнительная кромка 16 имеет внешнюю периферию 17, на которой сформирован участок первой наружной резьбы 12. Такое выполнение особенно выгодно тем, что оно усиливает уплотнительную кромку 16 путём увеличения количества материала, используемого для изготовления этой кромки. Предпочтительно, количество материала, используемого для изготовления уплотнительной кромки 16, также больше благодаря цилиндрической форме первой наружной резьбы 12 на конце первого охватываемого участка 6.

[0051] В альтернативном варианте осуществления конструкция свободных концов первого и второго охватываемых участков 5, 6 перевёрнута таким образом, что уплотнительная кромка 16 предусмотрена на охватываемом участке 5, а наружная уплотнительная поверхность 14 предусмотрена на охватываемом участке 6.

[0052] На фиг. 4 показан другой вариант осуществления, в котором соединительная муфта 4 имеет дополнительную осевую упорную поверхность 24, образованную на среднем участке 18 упомянутой соединительной муфты 4, при этом конец уплотнительной кромки 16 выполнен с возможностью вхождения в контакт, когда первый трубный элемент 3 ввинчен в соединительную муфту 4. Такая дополнительная осевая упорная поверхность 24 обеспечивает заданное относительное позиционирование первого трубного элемента 3 относительно соединительной муфты 4, даже если первая наружная резьба 12 и первая внутренняя резьба 10 не обеспечивают эффект самозапирания. В показанном варианте осуществления дополнительная осевая упорная поверхность 24 образована боковой стороной кольцевого фланца 25, выступающего в радиальном направлении внутрь соединительной втулки 4.

[0053] Хотя изобретение было описано в отношении нескольких конкретных вариантов осуществления, оно, очевидно, никоим образом не ограничено ими и включает все технические эквиваленты описанных средств и их сочетаний, если они входят в объём изобретения.

[0054] Использование глагола "содержать" или "включать", в том числе при спряжении, не исключает наличия других элементов или других этапов в дополнение к тем, которые упомянуты в формуле изобретения.

[0055] В формуле изобретения ссылочные позиции в скобках не следует понимать как ограничивающие формулу изобретения.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Соединительное устройство (1) для герметичного соединения трубных элементов колонн газовых или нефтяных скважин включает первый трубный элемент (3), второй трубный элемент (2) и соединительную муфту (4) для соединения первого трубного элемента (3) и второго трубного элемента (2). Соединительная муфта (4) имеет первый охватывающий участок (8) и второй охватывающий участок (7) с первой внутренней резьбой (10) и второй внутренней резьбой (9) соответственно. При этом первый трубный элемент (3) и второй трубный элемент (2) имеют первый охватываемый участок (6) и второй охватываемый участок (5) соответственно. Причём первый охватываемый участок (6) имеет свободный конец с первой осевой упорной поверхностью (15), а второй охватываемый участок (5) имеет свободный конец со второй осевой упорной поверхностью (13) и наружной уплотнительной поверхностью (14), протяжённой между второй осевой упорной поверхностью (13) и второй наружной резьбой (11). При этом вторая осевая упорная поверхность (13) выполнена с возможностью вхождения в контакт с первой осевой упорной поверхностью (15), когда первый охватываемый участок (6) и второй охватываемый участок (5) соответственно соединены в положении зацепления внутри первого охватывающего участка (8) и второго охватывающего участка (7). Свободный конец первого охватываемого участка (6) также имеет кольцевую уплотнительную кромку (16), выступающую в осевом направлении относительно первой осевой упорной поверхности (15). При этом уплотнительная кромка (16) имеет внешнюю периферию (17), на которой сформирован участок первой наружной резьбы (12), на котором первая наружная резьба (12) имеет конический участок и цилиндрический участок, который расположен в осевом направлении между коническим участком упомянутой первой наружной резьбы (12) и свободным концом первого охватываемого участка (6) так, что цилиндрический участок по меньшей мере частично расположен на уплотнительной кромке. Обеспечивается повышение надежности и герметичности соединения трубных элементов колонн газовых или нефтяных скважин. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Соединительное устройство (1) для герметичного соединения трубных элементов колонн газовых или нефтяных скважин, включающее первый трубный элемент (3), второй трубный элемент (2) и соединительную муфту (4) для соединения первого трубного элемента (3) и второго трубного элемента (2); соединительная муфта (4) имеет первый охватывающий участок (8) и второй охватывающий участок (7) с первой внутренней резьбой (10) и второй внутренней резьбой (9) соответственно, при этом первый трубный элемент (3) и второй трубный элемент (2) имеют первый охватываемый участок (6) и второй охватываемый участок (5) соответственно, первый охватываемый участок (6) и второй охватываемый участок (5) имеют соответственно первую наружную резьбу (12), выполненную с возможностью взаимодействия с первой внутренней резьбой (10) соединительной муфты (4), и вторую наружную резьбу (11), выполненную с возможностью взаимодействия со второй внутренней резьбой (9) соединительной муфты (4) так, чтобы обеспечить винтовое соединение первого охватываемого участка (6) с первым охватывающим участком (8) и второго охватываемого участка (5) со вторым охватывающим участком (7),

причём первый охватываемый участок (6) имеет свободный конец с первой осевой упорной поверхностью (15), а второй охватываемый участок (5) имеет свободный конец со второй осевой упорной поверхностью (13) и наружной уплотнительной поверхностью (14), протяжённой между второй осевой упорной поверхностью (13) и второй наружной резьбой (11), при этом вторая осевая упорная поверхность (13) выполнена с возможностью вхождения в контакт с первой осевой упорной поверхностью (15), когда первый охватываемый участок (6) и второй охватываемый участок (5) соответственно соединены в положении зацепления внутри первого охватывающего участка (8) и второго охватывающего участка (7), свободный конец первого охватываемого участка (6) также имеет кольцевую уплотнительную кромку (16), выступающую в осевом направлении относительно первой осевой упорной поверхности (15), уплотнительная кромка (16) выполнена с возможностью охватывать наружную уплотнительную поверхность (14) и входить в радиальный контакт с упомянутой наружной уплотнительной поверхностью (14), когда первая осевая упорная поверхность (15) и вторая осевая упорная поверхность (13) находятся в контакте друг с другом, при этом уплотнительная кромка (16) имеет внешнюю периферию (17), на которой сформирован участок первой наружной резьбы (12), на котором первая наружная резьба (12) имеет конический участок и цилиндрический участок, который расположен в осевом направлении между коническим участком упомянутой первой наружной резьбы (12) и свободным концом первого охватываемого участка (6) так, что цилиндрический участок по меньшей мере частично расположен на уплотнительной кромке.

2. Соединительное устройство (1) по п. 1, в котором первая наружная резьба (12) имеет резьбу, которая имеет закладную сторону (19), ориентированную в направлении свободного конца первого охватываемого участка (6), и опорную сторону (20), ориентированную в противоположном направлении, при этом первая или вторая наружная резьба (11, 12) включают зону (21) осевого давления, распространяющаяся, от свободного конца первого охватываемого участка (6), между первой зоной (22), в которой начинается осевое взаимодействие между закладной стороной (19) и соответствующей поверхностью первой внутренней резьбы (10), и второй зоной (23), начиная с которой закладная сторона (19) больше не взаимодействует с соответствующей поверхностью первой внутренней резьбы (10), а опорная сторона (20) взаимодействует с соответствующей зоной упомянутой первой внутренней резьбы (10).

3. Соединительное устройство (1) по п. 2, в котором зона (21) осевого давления имеет от 1 до 4 зубцов.

4. Соединительное устройство (1) по любому из пп. 1-3, в котором соединительная муфта (4) имеет дополнительную осевую упорную поверхность (24), выступающую радиально внутрь соединительной муфты (4) от среднего участка (18), расположенного между первой внутренней резьбой (10) и второй внутренней резьбой (9), при этом уплотнительная кромка (16) выполнена с возможностью контакта с упомянутой дополнительной осевой упорной поверхностью (24) в положении зацепления.

5. Соединительное устройство (1) по п. 4, в котором концевой зуб первой наружной резьбы (12) предназначен для контакта с дополнительной осевой упорной поверхностью (24) в положении зацепления, при этом радиальная высота дополнительной упорной поверхности (24) равна или больше половины радиальной высоты упомянутого концевого зуба.

6. Соединительное устройство (1) по любому из пп. 1-5, в котором вторая наружная резьба (11) ниппельного конца имеет форму усечённого конуса, и вторая внутренняя резьба (9) имеет форму усечённого конуса.

7. Соединительное устройство (1) по любому из пп. 1-6, в котором соединительная муфта (4) имеет средний участок (18) без резьбы, который расположен между первой внутренней резьбой (10) и второй внутренней резьбой (9).

8. Соединительное устройство (1) по п. 7, в котором осевая длина среднего участка (18) равна или больше одного шага резьбы первой наружной резьбы (12).

9. Соединительное устройство (1) по п. 7 или 8, в котором в положении зацепления один конец среднего участка (18) расположен в осевом направлении между свободным концом уплотнительной кромки (16) и первой осевой упорной поверхностью (15).

10. Соединительное устройство (1) по любому из пп. 7-9, в котором упомянутый средний участок (18) расположен таким образом, что когда первая осевая упорная поверхность (15) и вторая осевая упорная поверхность (13) находятся в контакте друг с другом в положении зацепления, при этом уплотнительная кромка (16) находится в радиальном контакте с наружной уплотнительной поверхностью (14) радиально внутри среднего участка (18).

11. Соединительное устройство (1) по любому из пп. 1-10, в котором первый трубный элемент (2), второй трубный элемент (3) и соединительная муфта (4) изготовлены из стали.

12. Соединительное устройство (1) по любому из пп. 1-11, в котором первая наружная резьба (12) находится в контакте с первой внутренней резьбой (10) в зонах натяга со степенью натяга, которая больше, чем степень натяга второй наружной резьбы (11) со второй внутренней резьбой (9).