Резьбовое соединение бурильных труб Советский патент 1983 года по МПК E21B17/42 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к замковым резьбовым соединениям бурильных труб, имеющим средства контроля их усталостного повреждения.

Известно резьбовое соединение бурильных труб, включающее ниппель с муфтой, сопрягаекых по конической резьбе, и индикатор усталостных повреждений, состоящий из тензодатчиков, размещенных в канавках, выполненных вдоль образующей резьбы Clj.

Недостатком этого соединения является то, что витки резьбы ослаблены прорезанными по образующей резьбы канавками, и передача сигнала с тензодатчиков требует сложной аппаратуры. Кроме того, усталостные повреждения резьбового соединения определяются косвенно посредством измерения тензодатчиками динамической составляющей нагрузки на резьбовое соединение, что не обеспечивает необходимой точности контроля за его состоянием.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является резьбовое соединение бурильных труб, включающее ниппель с муфтой, сопрягаемые по конической резьбе, и индикатор усталости повреждений, выполненный в виде тонкостенного ци-. линдра, жестко соединенного с внутренней поверхностью ниппеля и имеющего на наружной поверхности концентратор напряжений в виде кольцевогонадреза или наведенной трещины 2.

Однако это резьбовое соединение

10 имеет недостаточную точность контроля усталостных повреждений, так как динамические нагрузки, действующие на резьбовую часть соединения и на индикатор, различные, что вызыйает неодинаковое разрушение ниппеля и

15 индикатора, по которому определяют степень повреждения резьбового соединения. При этом осуществляется контроль только ниппельной части резьбового соединения .

20

Цель изобретения - повышение точности и упрощение контроля за состояниекГрёзьбового соединения бурильных труб.

25

Поставленная цель дoctигaeтcя тем, что в резьбовом соединении бурильных труб, включающем ниппель с муфтой, сопрягаемые по конической резьбе, и индикатор усталостных вреждений с концентратором напряжений

в виде надрезов, последние выполнены во впадинах первых рабочих витков резьбы муфты и ниппеля соответственно со стороны упорного торца муфты я свободного конца ниппеля.

На чертеже изображено резьбовое соединение бурильных труб.

Резьбовое соединение включает ниппель 1 с муфтой 2, сопряженные конической резьбой, и индикатор усталостных повреждений, состоящий из двух концентраторов напряжений 3 и 4, выполненных во впадинах первых рабочих витков резьбы муфты и ниппеля соответственно со стороны упорного торца муфты и свободного конца ниппеля. Концентраторы напряжений выполнены, например,.в виде острого надреза.

В процессе работы резьбовое соединение бурильных труб воспринимает как динамические, так и статические нагрузки. При этом на индикатор усталостных повреждений действуют те же нагрузки. Под действием динамических нагрузок в резьбовом соединении возникают циклические переменные напряжения, приводящие к образованию и развитию усталостных трещин в ниппеле и муфте соединения.

Наибольшие циклические напряжения под действием динамических нагрузок возникают в первых и последних рабочих витках ниппеля и муфты, т.е. в районе упорного торца муфты и свободного конца ниппеля..При этом муфта в плоскости первого рабочего витка относительно ее упорного торца находится в сжатом состоянии от предварительной затяжки соединения, а ниппель в этой плоскости - в растянутом состоянии, что вызывает более интенсивное развитие усталостных трещин в ниппеле. Наличие концентратора напряжений заданных размеров в муфте в этом сечении способствует одновременному или более быстрому развитию в ней усталостной трещины относительно развития усталостной трещины в ниппеле, являющимся здесь несущим элементом соединения.

В плоскости последних рабочих витков резьбы относительно упорного торца муфты монолитность муфты и ниппеля частично нарушена, поэтому основная часть динамических нагрузок приложенных к соединению, действует на муфту, что обусловливает преимущественно развитие усталостных трещин в этом сечении муфты. Наличие кон1;ентратора напряжений заданных размеров в ниппеле в этом сечении способствует одновременному или боле быстрому развитию в нем усталостных трещин относительно развития усталостных трещин в муфте, являющейся в этом сечении несущим элементом резьбового соединения.

Размеры концентраторов напряжений, например глубина, острота и их протяженность, определяются расчетным или экспериментальным пу.тем, исходя из условия обеспечения одновременного или более раннего усталостного разрушения индикатора относительно несущих элементов резьбового соединения.

Таким образом, выполнение индикатора усталостных повреждений согласно описываемому не уменьшает в целом долговечность резьбового соединения. Повышение точности контроля за состоянием резьбового соединения обеспечено за счет непосредственного воздействия фактических динамических нагрузок на индикатор усталостных повреждений, так и на резьбовую часть соединения.

Усталостное разрушение упорного торца муфты и свободного конца ниппеля по концентраторам напряжений не приводит к внезапной потере работоспособности всего резьбового соединения, поскольку эти элементы соединения не являются несущими.

Контроль за состоянием резьбового соединения осуществляется визуальным осмотром внешней поверхности муфты вблизи ее упорного торца и свободного конца ниппеля на наличие усталостных повреждений. Контроль ниппеля осуществляют без развинчивания резьбового соединения по наличию усталостной трещины на муфте вблизи ее упорного торца, а контроль муфты - после развинчивания соединения по усталостному повреждению свободного конца ниппеля,

В связи с тем, что замковые резьбовые соединения бурильной колонны разрушаются по ниппельной части, контроль их осуществляется без развинчивания бурильных труб, а разрушение УБТ большого диаметра (свыше 178 мм) может происходить как по ниппелю, так и по муфте, и их контроль осуществляется с развинчиванием всех резьбовых соединений.

Усталостное разрушение муфты вблизи ее упорного торца или свободного конца ниппеля по концентраторам напряжений индикатора усталостных повреждений свидетельствует о том, что рес5рс работоспособности контролируемой детали исчерпан, благодаря чему предотвращается аварийная ситуация в скважине.

Технико-экономическая э ффективность заключается в увеличении скорости проводки скважины за счет сни-жения аварий, связанных с поломкой резьбовых соединений бурильных труб от усталостных напряжений. Формула изобретения

Резьбовое соединение бурильных груб, включающее ниппель с муфтой.

сопрягаекые по конической резьбе, и индикатор усталостных повреждений с концентратором напряжений в виде : надрезов, отличающееся темг что, с целью повышения точности и упроще-н1т контроля за состоянием резьбового соединения, надрезы выполнены во впадинах первых рабочих витков резьбы муфты и ниппеля соответственно со стороны упорного торца муфты и свободного конца ниппеля.

Источники информа1;ии, принятые во внимание при экспертизе

1.Щербюк-Н.Д. и Якубовский.Н.В. Резьбовые соединения труб нефтя. ного сортамента и забойных двигателей. М., Недра, 1974, с.70.

2.Авторское свидетельство СССР 655810, кл. Е 21 В 17/04, 1977

10 (прототип).