Резьбовое соединение тонкостенных бурильных труб Советский патент 1993 года по МПК E21B17/42 

Изобретение относится к оборудованию для бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в частности к резьбовым соединениям, и может быть использовано в нефтяной, газовой и химической промышленности.

Целью изобретения является повышение герметичности и надежности соединения при работе в зоне высоких температур и давлений, возможность многократного свинчивания и развинчивания.

На фиг.1 схематически показаны детали соединения, продольные сечения без вставных витков, продольные сечения для установки уплотнительных элементов; на фиг.2 - деталь замка с установленными вставными витками и уплотнительными элементами; на фиг.З - соединение в сборе.

Резьбовое соединение тонкостенных труб включает муфту 1 и ниппель 2. На внутренней конической поверхности 3 муфты выполнена спиральная канавка 4, а на на-N

О О

ружной конической поверхности 5 ниппеля выполнена спиральная канавка 6. В полости 7, образованной спиральными канавками муфты и ниппеля после их сборки, расположен конический спиральный элемент 8, дли- на которого по крайней мере на два витка меньше длины винтовых канавок муфты и ниппеля, соответственно свободные канавки 13 и 14, С обеих сторон спиральных канавок выполнены стабилизирующие участки, расположенные на внутренней конической поверхности муфты - участки 9 и 10 и на наружной конической поверхности ниппеля - участки 11 и 12, на которых с одной стороны или с обеих сторон установлены допол- нительные уплотнительные элементы 15 и 16.

Резьбовое соединение работает следующим образом.

При использовании заявляемого соеди- нения в горячих скважинах или в термоизолированных трубах при закачке теплоносителя в пласт при температуре 350-400° С и давлении 22-30 МПа, за счет

того, что вставной конический спиральный

элемент изготовлен из материала с коэффициентом линейного расширения большим; чем муфты и ниппеля, создаются дополнительные контактные давления в радиальном направлении, обеспечивающие высокую герметичность. Вставной конический элемент может быть изготовлен, например, из бронзы ОСЦ-555, предел текучести которой приближается к пределу текучести стали.

С повышением температуры происхо- дит удлинение вставного конического элемента и заполняет свободные винтовые канавки, имеющиеся по обе его стороны. Наличие свободных винтовых канавок предотвращает создание контактных напряже- ний. превышающих упругость материала.

Кроме того, коэффициент трения бронза-сталь на 50% меньше,чем сталь по стали, что благоприятно влияет на приработку резьбы и облегчает сборку соединения. Для обеспечения многократного свинчивания и уменьшения крутящего момента отвинчивания соединения используется,как вариант, установка вставного спирального конического элемента в конце винтовой канавки муфты с последующей фиксацией в специальном углублении. Следовательно,свободные винтовые канавки расположены в начале муфты.

С целью повышения герметичности резьбового соединения стабилизирующие участки снабжены уплотнительными элементами, причем уплотнительные элементы могут быть изготовлены как на обоих концах стабилизирующих учэстков так и на одном.

5 Ю 15

0

5

0

5 0

5 0

5

Уплотнительные элементы изготавливаются из вторуглеродистых материалов или из материала,коэффициент линейного расширения которого больше коэффициента линейного расширения материала конст- рукции,или из материала,обладающего памятью формы.

Выбор материала для уплотнительных элементов зависит от условий эксплуатации. Например, втермоизолйрованных трубах, используемых для перекачки жидкости или газа при высокой температуре,целесообразно применение металлических уплотнителей, а в конструкциях, используемых для закачки, например С02 - вторуглеродистых уплотнителей.

Таким образом, данное резьбовое соединение тонкостенных труб при работе в зоне высоких температур и давлений обладает повышенной герметичностью, позво-. ляет многократное свинчивание и развинчивание и имеет технические преимущества по сравнению с прототипом,

Экономический эффект создается за счет повышения надежности.

Формула изобретения

1.Резьбовое соединение тонкостенных бурильных труб, включающее муфту и ниппель с взаимодействующими коническими поверхностями и размещенными на них стабилизирующими участками, вставной спиральный элемент, расположенный в полости, образованной коническими спиральными канавками, выполненными на взаимодействующих конических поверхностях муфты и ниппеля с конусностью, меньшей конусности последних поверхностей на величину отношения диаметра поперечного сечения вставного спирального элемента к длине конической поверхности муфты или ниппеля со спиральной канавкой, отличающееся тем, что, с целью повышения герметичности и надежности соединения при работе в зонах с высокими температурами, длина участков конических поверхностей муфты и ниппеля, имеющих спиральные канавки, больше длины вставного спирального элемента по крайней мере на два витка, спиральный элемент выполнен из материала с коэффициентом линейного расширения, большим коэффициента линейного расширения материала муфты и ниппеля, а шаг спиральных канавок равен 1,5-2,5 диаметра поперечного сечения вставного спирального элемента.

2.Соединение по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что вставной спиральный элемент размещен в средней части полости, образуемой спиральными канавками муфты м ниппеля.

3.Соединение по пп. 1 и 2, о т л ти ч а ю- щ е е с я тем, что начало вставного спирального элемента размещено в начале полости, образуемой спиральными канавками муфты и ниппеля, а один из концов спирального элемента зафиксирован относительно одной из последних деталей.

4.Соединение по пп,1-3. отличающееся тем, что оно снабжено по крайней мере одним уплотнительным элементом, а

0

стабилизирующий участок выполнен с кя навкой для его размещения, причем vn/mi- нительный элемент выполнен из материала, коэффициент линейного расширения кото рого больше коэффициента линейного ряс ширения муфты и ниппеля.

5. Соединение по п.4, отличающее- с я тем, что уплотнительный элемент вы полней из материала, обладающего па мятью формы.

Изобретение относится к оборудованию для бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Целью изобретения является повышение герметичности и надежности соединения при работе в зонах с высокими температурами. Резьбовое соединение включает муфту и ниппель с взаимодействующими коническими поверхностями и размещенными на них стабилизирующими участками. В полости, образованной коническими спиральными канавками, размещен вставной спиральный элемент. Участки конических поверхностей муфты и ниппеля, имеющих спиральные канавки, длиннее вставного спирального элемента, который выполнен из материала с коэффициентом линейного расширения, большим коэффициента линейного расширения материала муфты и ниппеля, а шаг спиральных канавок равен 1,5...2,5 диаметрам поперечного сечения вставного спирального элемента. Такое выполнение конструкции за счет наличия свободных винтовых канавок позволяет при повышении температуры предотвратить создание контактных напряжений, превышающих упругость материала. Вставной спиральный элемент может быть размещен в средней части полости, образуемой спиральными канавками муфты и ниппеля, а один из его концов зафиксирован относительно муфты или ниппеля. Резьбовое соединение может быть снабжено уп- лотнительным элементом, выполненным из материала с коэффициентом линейного расширения, большим коэффициента линейного расширения муфты и ниппеля, или выполнен из материала, обладающего памятью формы. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фиг. 2

of v

Фиг.З