Резьбовое соединение муфтовой части бурильного замка с трубой Советский патент 1992 года по МПК E21B17/42 

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

Известно резьбовое соединение бурильных труб, включающее индикатор в виде тонкостенного цилиндра, в котором выполнены перемычки различной ширины

(1).

Недостатком указанного соединения является низкая точность из-за того, что индикатор и резьбовое соединение подвергаются действию неодинаковых напряжений. Кроме того, для оценки состояния резьбы необходима разборка соединения.

Цель изобретения - обеспечение дифференциальной оценки степени повреждения резьбового соединения, повышение точности прогнозирования усталостного ресурса резьбового соединения муфтовой ча сти замка с трубой, упрощение контроля за состоянием резьбового соединения.

Поставленная цель достигается тем, что рабочие элементы индикатора усталостных

повреждений образованы кольцевыми выточками, выполненными на гладкой части внутренней конической поверхности муфты бурильного замка.

На чертеже представлена конструкция резьбового соединения муфтовой части бурильного замка с трубой, содержащего индикатор усталостных повреждений

Предлагаемое резьбовое соединение включает трубу 1 с резьбой 2 и муфтовую часть 3 замка 4 с резьбой 5, сопрягаемые по гладкой конической поверхности, и индикатор б усталостных повреждений, рабочие элементы которого образованы кольцевыми выточками, выполненными на внутренней гладкой поверхности муфтовой части 3 замка 4 между последним витком резьбы и ее торцом, первая из которых размещена от конца резьбы на расстоянии, принимаемом из соотношения:

7 тг Ю, еслирр /0в, или 5 -рг- 7,весли/0р рв,

сл

С

vi сл о сл со

где I - расстояние первой кольцевой выточки от конца резьбы;

РР - радиус впадины резьбы;

РЕ - радиус кольцевой выточки, а расстояние между выточками и расстояние от торца муфтовой части замка до бли- жайшей из них определяется из соотношения:

5 г 7,

РР

где а - расстояние между кольцевыми выточками,

причем глубина выточек увеличивается от конца резьбы муфты к ее торцу и выбирается экспериментально из условия разрушения замка по каждой из выточек при исчерпании 0,5; 0,75; 0,9 усталостного ресурса. Разрушение замка по каждой из выточек не приведет к внезапному отказу, поскольку гладкая поверхность не является несущей.

Расстояние от конца резьбы до первой выточки определяется из условия, исключающего взаимовлияние концентрации напряжений QT резьбы и от выточки. Экспериментально установлено, что концентрация напряжений при вершине треугольной формы впадины на 20% превышает концентрацию напряжений в круглой впадине. Установлено также, что при круглой форме выточек индикатора взаимовлияние двух соседних выточек отсутствует на расстоянии а 5. Завышение расстояния между выточками нецелесообразно, поэтому принято вышеупомянутое соотношение Установлено также, что коническая гладкая поверхность разгружает последний виток резьбы и разрушение таких соединений происходит по телу трубы в сечении, расположенном под торцом муфтовЪй части бурильного замка, где действуют максимальные осевые напряжения. Расстояние от торца муфтовой части до ближайшей выточки индикатора определяется из условия, исключающего влияние выточки на увеличение концентрации напряжений по торцу муфтовой части замка. Если условия выбора расстояния от резьбы к первой выточке и расстояние между выточками выпол- нены согласно вышеизложенным соотношениям, то расстояние от последней выточки до торца муфтовой части подлежит проверке по приведенному условию

Соединение с индикатором работает следующим образом.

В процессе бурения соединение подвергается воздействию нормальных (осевых) переменных напряжений. Максимальные напряжения в сечении трубы возникают под торцом муфтовой части

замка. Это сечение является опасным для трубы. В теле муфтовой части максимальные напряжения возникают в сечении ближней к торцу выточки. Выточка выполняется

с условием превышения уровня напряжений в муфтовой части в такой степени, чтобы разрушение происходило по выточке при исчерпании соединением 0,5 ресурса. После разрушения по первой выточке напряжения, действующие в сечении трубы под торцом муфтовой части (т.е. под первой выточкой), превысят уровень напряжений, действующих в сечении трубы, находившемся под торцом муфты до разрушения. А

в муфтовой части соединения максимальные напряжения будут действовать в сечении второй выточки. После разрушения по второй выточке, которое произойдет после исчерпания 0,75 ресурса соединения, максимальные напряжения переместятся под горец разрушенной по второй выточке муфтовой части замка. В последнем витке резьбы муфтовой части по мере приближения торца (т.е, по мере уменьшения дли.ш) гладкой конической сопрягаемой поверхности напряжения увеличатся несущественно. Максимальные напряжения будут действовать под торцом муфтовой части соединения. Разрушение муфтовой части по третьей

выточке произойдет раньше чем по резьбе, поскольку выточка выполняется с таким условием, чтобы напряжения в сечении выточки превышали напряжения в резьбе и разрушение происходило при исчерпании

0,9 ресурса соединения. Наличие гладкой конической сопрягаемой поверхности, предназначенной для разгружения последнего витка резьбы, обеспечивает нормальную работу соединения по условиям

нагружения до разрушения по последней выточке индикатора.

Экспериментальными и теоретическими исследованиями установлено, что для труб ТБВК-140 выточки должны быть выполнены на расстоянии не менее 10 мм от края резьбы. Это обусловлено формой и размерами резьбы и выточек как концентраторов напряжений. Чтобы условие, изложенное выше, сохранялось, необходимо выбирать

радиус выточки:

РВ (мм).

Расстояние между выточками выбирается из условия: а 5рв 52 10 (мм).

Формула изобретения Резьбовое соединение муфтовой части бурильного замка с трубой, включающее ниппельную и муфтовую части, сопрягаемые по конической резьбе, и индикатор усталостных повреждений ниппельной части, содержащий набор разрушаемых рабочих элементов, отличающееся тем, что, с целью обеспечения дифференциальной оценки повреждения соединения, рабочие элементы индикатора образованы кольцевыми выточками, выполненными на гладкой части внутренней конической поверхности муфты между последним витком ее резьбы и ее торцом, причем первая выточка размещена от конца резьбы на расстоянии, принимаемом из соотношения:

если рр рв,

и

5 гН7если рр РВ.

где I - расстояние первой кольцевой выточки от конца резьбы;

РР - радиус впадины резьбы: РВ - радиус кольцевой выточки, а расстояние между выточками принимает- ся из следующего соотношения:

где а - расстояние между кольцевыми вы- точками, причем глубина выточек увеличивается от конца резьбы муфты к ее торцу.

Использование:в соединениях бурильных труб со средствами контроля их усталостного повреждения. Сущность изобретения заключается в том, что резьбовое соединение муфтовой части бурильного замка с трубой имеет индикатор усталостных повреждений, выполненный на внутренней гладкой поверхности муфтовой части в виде кольцевых выточек. Причем приведены определенные соотношения по выбору расстояния между выточками и от последнего витка резьбы 1 ил

/