Коническое резьбовое соединение бурильной колонны Советский патент 1993 года по МПК E21B17/42 E21B17/02 

Изобретение относится к буровой технике, в частности к коническим резьбовым соединениям бурильной колонны, и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности.

Цель изобретения - повышение устало- стной прочности конического резьбового соединения бурильной колонны за счет улучшения распределения нагрузки между витками резьбы.

На фиг.1 представлено устройство в рабочем положении; на фиг.2 - конструкция ниппеля; на фиг.З - конструкция муфты с разгружающими канавками.

Устройство состоит из ниппеля 1 и муфты 2, соединенных между собой конической резьбой 3, причем на ниппеле и муфте выполнены разгружающие канавки, состоящие из трех сопрягаемых участков, первые из которых 4 и 9 имеют переменный диаметр, величина которого определяется по приведенным выше зависимостям, участков

5 и 8, имеющих постоянные диаметры, а также участков 6 и 7 с плавно изменяющимися диаметрами.

Соединение, включающее ниппельную и муфтовую части, свинчивается с заданным крутящим моментом. При нагружении соединения усилиями, возникающими при бурении, напряжения, действующие на витки резьбы, за счет наличия разгружающей канавки вышеописанной формы, распределяются между витками резьбы более равномерно. Это приводит к снижению напряжений в зонах опасных сечений деталей, вследствие чего усталостная прочность резьбового соединения повышается.

Пример конкретного выполнения канавок для замкового резьбового соединения ЗШ-146 с резьбой 3-121.

Параметры соединения по ГОСТ 5286-75. DBH сЦ 80 мм 2tgtp 1:4 0,25Т « 15,875 мм D ds 121,709 мм I з 102 мм L 24 мм L 90 мм (по данным испытаний)

ел

с

со

о

4 vj

hO

Профиль разгружающих канавок на ниппеле участок поз.4

х 51 мм D 80 мм х 45мм Dx 83,31 мм х 40 мм D 85,89 мм х 30 мм D 90,72 мм

х -24 мм D 93,43 мм, диаметр второго участка (поз.5) 93,43 мм, длина - 8,13 мм;

на муфте участок поз.9

xi 51 мм Dx 146мм XI 60 мм РХ 144,98 мм xi 70 мм Dx 143,89 мм xi 80 мм DX 142,85 мм

xi 90 мм Ох 141,87мм. диаметр второго участка (поз.8) 141,87 мм длина 12 мм.. Участки поз.6 и 7 выполнены в виде конических поверхностей, сопряженных с цилиндрическими поверхностями тороидов, радиусами 5 мм.

Резьбовое соединение деталей с канавками предложенного профиля обеспечивает снижение напряжений в наиболее нагруженных участках резьбы ниппеля и

муфты и увеличение напряжений на участках, где разгружающие канавки отсутствуют.

Повышение долговечности работы сое- динения на 20-25% обеспечивает экономический эффект, составляющий 130 руб. на одно резьбовое соединение.

Формула изобретения

1. Коническое резьбовое соединение бу- рильной колонны, включающее ниппельную и муфтовую части, связанные резьбой, и разгружающие канавки, выполненные на ниппеле и муфте, отличающееся тем, что, с целью повышения усталостной проч- ности за счет улучшения распределения нагрузки между витками резьбы, разгружающая канавка ниппеля размещена на его внутренней поверхности, а разгружающая канавка муфты - на ее наружной поверхно- Сти.

2. Соединение по п. 1,отличаю щее- с я тем, что разгружающая канавка ниппеля выполнена в виде трех сопрягаемых участков, первый из которых расположен между серединой резьбы и плоскостью опасного сечения и имеет переменный диаметр, величина которого определяется из следующего выражения:

Использование: при бурении глубоких скважин. Сущность: коническое резьбовое соединение бурильной колонны содержит ниппельную и муфтовую части, которые связаны резьбой. На ниппеле и муфте выполнены разгружающие канавки, причем на ниппеле она размещена на его внутренней поверхности, а на муфте - на наружной. Разгружающие канавки выполнены в виде трех сопряженных участков, размещенных в определенном месте резьбового соединения и имеющих определенный диаметр. За счет такого выполнения повышается устало- стная прочность. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

02

ГП l tn,flfT ИГ {P+2tgy(T-l/2)4-DgHHD+2tgy(T-x)3 x;jD+2tgp(T-l/2)---

где D - диаметр разгружающей канавки ниппеля на первом участке;

Т - расстояние от упорного уступа ниппеля до основной плоскости;

I - длина резьбы;

р- угол конуса резьбы;

DBH - внутренний диаметр ниппеля;

D - средний диаметр резьбы в основной плоскости;

х - расстояние от сечения с диаметром

D до упор1 ного уступа, L х 1/2;

L - расстояние от упорного уступа до плоскости опасного сечения ниппеля,

DM -

V

D2 + d + 2 tg (p ( Т - xi ) f - D + 2 tg p ( Т - I/2 ) f

где D - диаметр разгружающей канавки муфты на первом участке;

Т - расстояние от торца муфты до основной плоскости;

Он - наружный диаметр муфты;

xi. - расстояние от сечения с диаметром

разгружающей канавки Dx до торца муфты,

второй участок расположен между плоскостью опасного сечения и основной плоскостью резьбы и имеет постоянный диаметр, а третий имеет переменный диаметр, плавно изменяющийся от диаметра предыдущего участка к диаметру внутреннего канала ниппельной части.

мм

L - расстояние от торца муфты до плоскости опасного сечения муфты,

второй участок расположен между плоскостью опасного сечения и плоскостью, проходящей через конец резьбы, и имеет постоянный диаметр, а третий имеет переменный диаметр, плавно изменяющийся от диаметра предыдущего участка к наружному диаметру муфтовой части.

Основная

Основная

Плоскость Ялосюстб ояясюго

Фиг.1

Плоскость оласяого / сечеяг/я

Фаа.1

13987

Фиг. 3