Способ проектирования замкового конусного резьбового соединения Советский патент 1988 года по МПК E21B17/42 

Изобретение относится к буровой- технике, а именно к замковым резьбовым соединениям бурильной колонны.

Цель изобретения - повышение на- дежности работы замкового конусного резьбового соединения за счет увеличения сопротивления усталости его элементов.

На фиг.1 показано проектируемое замковое конусное резьбовое соединение, частичный разрез; на фиг. 2 - результаты усталостных испытаний УБТ-178 с резьбами 3-147 и 3-14П; на фиг.З - результаты усталостных испы- таний УБТ-203 с резьбами 3-171 и 3-147.

Способ проектирования замкового конусного резьбового соединения,состоящего из ниппеля I с внутренним диаметром Вц и средним диаметром резьбы Dp.H , муфты 2 с внешним диаметром Ьд, и средним диаметром резьбы Гр.д , осуществляют следующим образом

Одно из условий определения положения проектируемой резьбы относи тепьно заданных значений D и определяется коэффициентом внешней нагрузки ниппеля на изгиб и вычисляется из выражения

уНЫ-

л. U - -

(1)

обеспечивается при условии, что предел выносливости муфты в плоскости II-II равен пределу выносливости замкового соединения в плоскости I-I приусталостных разругаениях по ниппелю. Это условие можно записать в следующем виде:

М

пр

М яр.

(3)

где М

пр

М

пр

- пределы выносливости соответственно соединения и муфты по расчетным плоскостям. Выражая предельные изгибающие моменты через напряжения. ПОЛУЧИМ ui- ходное равенство, определяющее оптимальные геометрические размеры муфты в расчетной плоскости:

.W H-WM,(4)

где 6., ,(:,- пределы выносливости замкового соединения и муфты в плоскостях I-I и II-II;

0} WM осевме моменты сопротивления замкового соединения и муфты в тех же плоскостях.

We

W,

3,14( D) .

-5Г-Б-

3,l4(Dt - D.M) .

(5)

M

Изобретение относится к буровой технике. Цель изобретения - повьш1ение надежности работы соединения за счет увеличения сопротивления усталости его элементов. Определяют коэффициент внешней нагрузки на изгиб в ниппеле и отношение пределов выносливости ниппеля и муфты. С учетом последних определяют средний диаметр резьбы ниппеля на расстоянии 12 мм от упорного уступа D р,, и средний диаметр резьбы муфть в плоскости ее первого рабочего витка D р.м по выражениям: Dp.H (0,2...0,3) D J,

1„ и I

М

- моменты инерции ниппеля и муфты, определяемые в плоскости I-I (см.фиг.1) на расстоянии 12мм от упорных поверхностей:

3,14 52(.

р.н

и

т - 3,14 f ч

«ИЗ- м - р.мЬ

(2)

Стендовыми испытаниями на усталость определялось такое значение К J , при котором предел выносливости замкового соединения, в случае излома по ниппелю, имел бы наибольшее значение. Исходя из этого условия, попучено - , 0,3 - 0,2.

В зависимости от конструктивных

особенностей замкового соединения ус.

талостные разрушения могут происходить в плоскости II-II муфты (см. 4иг.1), Максимальное сопротивление усталости всего замкового соединения

Ha основе широкого комплекса натурных стендовых испытаний на уста- лость замковых резьбовых соединений диаметрами от 80 - 203 мм находят постоянное соотйошение пределов выносливости по расчетным плоскостям для равнопрочных соединений

/ / t, 0,85 - 0,95. (6)

Исходя из вьш1еизложеннрго, для осуществления данного способа -проектирования резьбового соединения при определении среднего диаметра резьбы ниппеля 1 на расстоянии 2мм от упорного устзша 3 (на фиг. 1, плоскость I-l) используются экспериментально полученное значение К 0,3 - 0,2 и формулы (1) и (2), а при определении среднего диаметра резьбы муфты 2 в плоскости первого ее рабочего витка (см.фиг.1, плос-, кость II-Il) экспериментально полученную .зависимость б,/ 6, 0,85 - 0,95 и формулы (4) и (5).

Расчетные значения имеют вид;

. (0,2-0,3)Пи + (n,8...0,7)D«

,., (7) ,

р.м У(П,05-0,15)в;,+ (0,95-П,85)Пн.

(8) соответственно

де D

р. н

D

р.м

средние диаметры резьбы ниппеля в плоскости на расстоянии 12мм от упорного уступа и муфты в плоскости первого рабочего витка, мм; ц - соответственно наружный диаметр муфты и внутренний диаметр ниппеля,мм Ориентировочное значение необходимой конусности резьбовой части замкового соединения К определяется по найденным значениям D р.н и Dp.,, из выражения

DM, D

1

Z

се

Р.н р.м

(9)

где Z ев 0,62 - 0,75, D р.„ - ра- циональиая длина свинчивания замковых резьбовых соединений (2). На основе определенных значений

D

D

р.н , р.д и К, при заданных значениях В „ и D ц находится ближайшее стандартное резьбовое соединение или проектируется новое.

В качестве примера в представленной таблице приведены фактические, расчетные и рекомендуемые значения основных геометрических параметров УБТ 178, D 178мм, D 80мм и УБТ 203, D 203мм, В„ 80мм. Приведенные на фиг.2 и 3 результаты усталостных испытаний этих соединений показали пивьгаение предела выносливости по сравнению со стандартными

замковыми соединениями и на 43 - 45%. При этом долговечность таких соединений повышается в несколько раз.

При использовании данного способа проектирования резьбового конусного соединения обеспечивается снижение материальных затрат, связанных с проводкой скважин, за счет повышения срока службы колонны бурильных труб и сокращения поломок их в скважине.

Формула изобретения

Способ проектирования замкового конусного резьбового соединения,вклю- чающий определение среднего диамет0 ра резьбы ниппеля на расстоянии 12 мм от упорного уступа, определение среднего диаметра резьбы муфты в плоскости ее первого рабочего витка и определение конусности соединения, о т5личающийся тем, что, с целью повышения надежности работы соединения за счет увеличения сопротивления усталости его элементов,определяют коэффициент внешней нагруз0 ки на изгиб в ниппеле и отношение пределов выносливости ниппеля и муфты, после чего с учетом последних определяют средние диаметры резьб ниппеля и муфты по следукнцим зависимос5

I I,

Бр.„ i{(0,2-0,3)Dl-b (0,8-0,7)

Dp.л | (0,05-0,15 ) (0,95-0,85)D;| - соответственно

0

н

где В

Р.н

и D

р.м

DU и D

5

м

средний диаметр резьбы ниппеля и муфты, мм;

соответственно внутренний диаметр ниппеля и наружный муфты, мм.

бы

3-147 -3-UO3-171

140,7121 - 132130,9164,9

125,297,2-116,7105,4148,8

1:6 1:41:41:6

0,420,2-0,30,290,47

А1 -5741

%

130-143

105,5-130,4

1:6

0,2-0,3

г.;

ff/ 0,2 ft 0,7 1 г « 7 N Число цикле /v Л7

Фиг.2

ff Ща

70

ВО

5S

ffO

резьёаЗ-т Q-резьба 3-л J

Г

0,г Ott 0,7 1 2 « 7 JO

Vi/CJro IfUMfftA/ /ff Фие.З