RU124937U1

RU124937U1 - CONIC PIPE CONNECTION WITH THREAD WITHOUT FORCED REMOVAL

Info

Publication number: RU124937U1
Application number: RU2012121543/06U
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Курнев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "РОБУТ" (ООО "РОБУТ")
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2013-02-20

Abstract

Коническое трубное соединение с резьбой без принудительного сбега, состоящее из муфты с конической внутренней резьбой и трубы, имеющей на концах соответствующую наружную удлиненную резьбу, выполненную от начала до конца под одним углом уклона, и последовательно расположенный индикатор свинчиваемости резьбы, выполненный в виде конической зарезьбовой проточки с этим же углом уклона, отличающееся тем, что наружный диаметр конической проточки в плоскости, совпадающей с ее началом, соответствует наружному диаметру тела трубы, изготовленной с максимальным минусовым допуском, и превышает диаметр впадин резьбы в указанном сечении, при этом впадины наружной резьбы заходят за начало зарезьбовой проточки на 2-3 нитки.A conical pipe connection with a thread without forced escape, consisting of a sleeve with a conical internal thread and a pipe having a corresponding external elongated thread, made from beginning to end at the same angle of inclination, and a consecutively arranged thread screw indicator made in the form of a conical threading groove with the same slope angle, characterized in that the outer diameter of the conical groove in the plane coinciding with its beginning corresponds to the outer diameter of the pipe body made d with a maximum minus tolerance, and exceeds the diameter of the troughs of the thread in the specified section, while the troughs of the external thread go beyond the beginning of the threaded groove by 2-3 threads.

Description

Заявленная полезная модель относится к области горного дела, а именно к трубам нефтяного сортамента, в частности насосно-компрессорным, обсадным и изделиям с трубными резьбами, предназначенных для добычи нефти и газа, а также для строительства скважин.The claimed utility model relates to the field of mining, and in particular to oil pipes, in particular tubing, casing and pipe threads designed for oil and gas production, as well as for well construction.

Известны конструкции насосно-компрессорных и обсадных труб (НКТ и ОТ) с конической треугольной (закругленной) резьбой наружной, нарезаемой на концах труб, и внутренней, нарезаемой в соединительных муфтах. [ГОСТ 633-80 «Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия. Резьбовые соединения труб гладких и с высаженными наружу концами», п.2.13.1, п.2.13.2, черт.5 и черт.6; ГОСТ 632-80 «Трубы обсадные и муфты к ним. Технические условия. Соединения труб с треугольной резьбой», п.2.13.1, п.2.13.2, черт.5 и черт.6]Known designs of tubing and casing (tubing and OT) with a conical triangular (rounded) thread, external, cut at the ends of the pipes, and internal, cut in the couplings. [GOST 633-80 “Tubing and couplings for them. Technical conditions Threaded connections of pipes smooth and with upset ends ", Clause 2.13.1, Clause 2.13.2, Fig. 5 and Fig. 6; GOST 632-80 "Casing pipes and couplings to them. Technical conditions Pipe connections with a triangular thread ”, Clause 2.13.1, Clause 2.13.2, Fig. 5 and Fig. 6]

В конструкциях данных соединений наружная коническая резьба треугольного профиля от торца трубы до определенного расстояния нарезается с углом уклона φ ее образующей, соответствующем конусности (К), равной 1/16. Затем угол уклона образующей впадин резьбы увеличивается (примерно до 15°), и выполняется так называемый сбег резьбы. Линия пересечения конуса по впадинам сбегающих ниток с наружной поверхностью трубы является индикатором контроля свинчиваемости муфты и трубы.In the designs of these compounds, the external conical thread of a triangular profile from the end of the pipe to a certain distance is cut with a slope angle φ of its generatrix corresponding to the taper (K) of 1/16. Then the angle of inclination of the forming troughs of the thread increases (up to about 15 °), and the so-called thread run is performed. The line of intersection of the cone along the hollows of the run-off threads with the outer surface of the pipe is an indicator of the control of the make-up of the coupling and pipe.

Известна конструкция ОТ с конической упорной (трапецеидальной) резьбой, нарезаемой от торца трубы под одним углом уклона φ ее образующей (по впадинам ниток) до точки пересечения с наружной поверхностью трубы, т.е. без принудительного сбега резьбы под углом 15° к оси трубы. [ГОСТ Р 51906-2002 «Соединения резьбовые обсадных, насосно-компрессорных труб и трубопроводов и резьбовые калибры для них. Общие технические требования. П.4.3.2, рис.7, табл.12]The OT design is known with a conical resistant (trapezoidal) thread cut from the pipe end at the same slope angle φ of its generatrix (along the hollows of the threads) to the point of intersection with the outer surface of the pipe, i.e. without forced run of the thread at an angle of 15 ° to the axis of the pipe. [GOST R 51906-2002 "Threaded connections for casing, tubing and pipes and threaded gauges for them. General technical requirements. Clause 4.3.2, Fig. 7, Table 12]

Ввиду значительного допуска по наружному диаметру обсадных труб (+1,0% и -0,5%) и небольшого угла уклона φ образующей впадин резьбы, соответствующего конусности 1/16, расстояние от торца трубы до линии пересечения впадин резьбы и наружной поверхности трубы по сравнению с расчетным может изменятся, например, для труб диаметром 140 мм от 0 до 22 мм, что затрудняет контроль свинчиваемости. В этом случае за точкой пересечения образующей впадин резьбы и наружной поверхности трубы наносится специальная метка, например, в виде треугольного клейма.Due to the significant tolerance on the outer diameter of the casing pipes (+ 1.0% and -0.5%) and the small slope angle φ of the forming troughs corresponding to the 1/16 taper, the distance from the pipe end to the line of intersection of the thread troughs and the outer surface of the pipe compared with the calculated one can change, for example, for pipes with a diameter of 140 mm from 0 to 22 mm, which complicates the control of screwing. In this case, a special mark, for example, in the form of a triangular mark, is applied behind the intersection of the generatrix of the hollows of the thread and the outer surface of the pipe.

Также известны конические трубные резьбовые соединения, в которых на участке принудительного сбега стандартных резьб протачивается кольцевая канавка, являющаяся индикатором свинчиваемости трубы и муфты [патент РФ №2294476, МПК (2006.01) F16L 15/00, опубл. 27.02.2007; патент РФ №2244195 МПК (7) F16L 15/00, опубл. 01.10.2005; патент РФ №2360692 МПК (2006.01) F16L 15/00, опубл. 10.06.2007].Conical pipe threaded joints are also known in which an annular groove is pierced in the forced-run section of standard threads, which is an indicator of the make-up of the pipe and coupling [RF patent No. 2294476, IPC (2006.01) F16L 15/00, publ. 02/27/2007; RF patent No. 224195 IPC (7) F16L 15/00, publ. 10/01/2005; RF patent No. 2360692 IPC (2006.01) F16L 15/00, publ. 06/10/2007].

Ширина кольцевой канавки согласно указанным патентам равна продольному перемещению торца муфты в пределах допускаемого осевого натяга (5,1÷6,4 мм). Наружный диаметр канавки согласно патенту №2294476 может быть меньше номинального наружного диаметра трубы на 1,5 мм; диаметр канавки согласно патенту №2244195 больше диаметра впадин резьбы, при этом винтовая поверхность впадин может проходить по дну канавки на всю ее ширину; диаметр в начале канавки согласно патенту №2300692 меньше диаметра впадин резьбы в этом сечении. Конструкция указанных резьбовых соединений с кольцевым индикатором свинчивания разработана для стандартных резьб, рабочая длина которых ограничена дальней от торца трубы стенкой канавки.The width of the annular groove according to the indicated patents is equal to the longitudinal displacement of the end face of the coupling within the permissible axial interference (5.1 ÷ 6.4 mm). The outer diameter of the groove according to patent No. 2294476 may be less than the nominal outer diameter of the pipe by 1.5 mm; the diameter of the groove according to patent No. 2244195 is greater than the diameter of the grooves of the thread, while the helical surface of the grooves can extend along the bottom of the groove over its entire width; the diameter at the beginning of the groove according to patent No. 2300692 is less than the diameter of the troughs of the thread in this section. The design of these threaded joints with a ring screw indicator is designed for standard threads whose working length is limited by the groove wall farthest from the pipe end.

К недостаткам всех указанных конструкций следует отнести небольшую ширину канавок, которая при довинчивании с максимальным моментом перекрывается муфтой, что затрудняет контроль процесса свинчивания резьбы, покрытой смазкой.The disadvantages of all these structures include the small width of the grooves, which when screwed up with a maximum torque is blocked by the coupling, which makes it difficult to control the process of making up threads coated with grease.

Поскольку коническая резьба, например, НКТ свинчивается многократно, то по мере приработки и небольшого износа около контактирующих ниток возникают зазоры, которые могут быть перекрыты путем более глубокого ввинчивания трубы в муфту. Но в случае со стандартными резьбами дальнейшему ввинчиванию препятствует принудительный сбег резьбы под углом 15° к оси, а в случае с резьбами, имеющими кольцевой индикатор свинчиваемости - задняя боковая стенка канавки. В этом случае соединение работает в скважине без надлежащего радиального натяга в сопрягаемых нитках резьбы, что приводит к потере герметичности и повреждениям.Since tapered threads, for example, tubing, are screwed multiple times, gaps appear near the contact threads as they are run-in and wear out, which can be blocked by screwing the pipe deeper into the sleeve. But in the case of standard threads, further screwing is prevented by the forced runaway of the thread at an angle of 15 ° to the axis, and in the case of threads with an annular make-up indicator, the rear side wall of the groove. In this case, the connection works in the well without proper radial interference in the mating threads of the thread, which leads to a loss of tightness and damage.

Наиболее близко к заявленной полезной модели относится резьбовое соединение (прототип) [патент РФ №2386072, МПК (2006.01 (F16L 15/00, опубл. 10.04.2010], состоящее из трубы, на концах которых имеется коническая удлиненная резьба треугольного профиля с шагом, равным 2,54 мм или 3,175 мм, последовательно расположенная зарезьбовая цилиндрическая канавка, и муфты с соответствующей внутренней резьбой. Причем наружная удлиненная резьба на трубе изготовлена с постоянным углом уклона φ образующей конуса по впадинам ниток от торца трубы до зарезьбовой канавки, являющейся одновременно индикатором свинчиваемости трубы и муфты. Ширина зарезьбовой цилиндрической канавки в первом приближении рекомендуется равной 12,7 мм и более.Closest to the claimed utility model is a threaded connection (prototype) [RF patent No. 2386072, IPC (2006.01 (F16L 15/00, publ. 04/10/2010]), consisting of a pipe, at the ends of which there is a tapered elongated triangular profile with a pitch, equal to 2.54 mm or 3.175 mm, a serially threaded cylindrical groove, and couplings with a corresponding internal thread. at the same time, it is recommended that the width of the threaded cylindrical groove as a first approximation be 12.7 mm or more.

В патенте №2386072 приводятся формулы, по которым рекомендуется рассчитывать длину резьбы L от торца трубы до канавки и диаметр по дну канавки Dп.The patent No. 2386072 provides formulas by which it is recommended to calculate the thread length L from the pipe end to the groove and the diameter along the bottom of the groove Dп.

Диаметр по дну канавки Dп, рассчитанный согласно формулам патента, меньше диаметра впадин резьбы в плоскости, контактирующей с началом канавки на расстоянии L от торца трубы. Таким образом, канавка получается в виде кольцевого надреза на теле трубы, глубина которого больше глубины ниток резьбы в соответствующем сечении. При действии только осевых растягивающих нагрузок напряжение, возникающее в сечении НКТ и ОТ, проходящем через канавку, значительно ниже напряжения в сечениях, проходящих через впадины сопряженных ниток, расположенных между основной плоскостью и канавкой.The diameter along the bottom of the groove Dp, calculated according to the formulas of the patent, is smaller than the diameter of the troughs of the thread in the plane in contact with the beginning of the groove at a distance L from the end of the pipe. Thus, the groove is obtained in the form of an annular notch on the pipe body, the depth of which is greater than the depth of the threads in the corresponding section. Under the action of only axial tensile loads, the stress arising in the tubing and OT section passing through the groove is significantly lower than the stress in the sections passing through the hollows of the conjugate threads located between the main plane and the groove.

Но в процессе цементирования ОТ или проведения гидравлического разрыва пластов (ГРП) с применением НКТ возникает очень высокое внутритрубное давление, которое в сочетании с максимальной осевой нагрузкой в верхней части спущенной в скважину колонны труб может привести к разрыву, приуроченному к канавке.But in the process of cementing OT or conducting hydraulic fracturing (Fracturing) using tubing, a very high in-pipe pressure occurs, which, combined with the maximum axial load in the upper part of the pipe string lowered into the well, can lead to a gap confined to the groove.

Расчеты по 4-й теории прочности на максимально допустимую осевую нагрузку в сочетании с технологически необходимым внутренним давлением показывают, что в плоскости поперечного сечения тела трубы эквивалентное напряжение σэ существенно ниже допустимого при любых возможных значениях размеров наружного диаметра трубы и толщины стенки.Calculations according to the 4th theory of strength for the maximum permissible axial load in combination with technologically necessary internal pressure show that in the plane of the cross section of the pipe body, the equivalent stress σe is significantly lower than the allowable one at any possible values of the pipe outer diameter and wall thickness.

Поскольку наружный диаметр канавки задается постоянным, а наружный диаметр тела трубы за счет плюсового допуска может быть увеличен и толщина стенки трубы за счет минусового допуска (до минус 12,5%) может быть существенно уменьшена, то площадь сечения металла по канавке заметно снижается по сравнению с площадью сечения металла в теле трубы. И, как следствие, эквивалентное напряжение в плоскости поперечного сечения по канавке выше допустимого напряжения. В стандартных резьбовых соединениях тело трубы в опасном сечении, приуроченном к основной плоскости резьбы, от разрыва высоким внутренним давлением защищено муфтой.Since the outer diameter of the groove is set constant, and the outer diameter of the pipe body due to the plus tolerance can be increased and the wall thickness of the pipe due to the minus tolerance (to minus 12.5%) can be significantly reduced, the cross-sectional area of the metal along the groove is markedly reduced in comparison with the cross-sectional area of the metal in the pipe body. And, as a result, the equivalent stress in the plane of the cross section along the groove is higher than the allowable stress. In standard threaded connections, the pipe body in a dangerous section, confined to the main plane of the thread, is protected by a sleeve from high-pressure internal pressure.

Целью полезной модели является повышение прочности и надежности удлиненной резьбы, выполненной без принудительного сбега от торца трубы до зарезьбовой проточки-индикатора свинчивания трубы и муфты.The purpose of the utility model is to increase the strength and reliability of elongated threads made without a forced run from the end of the pipe to the threaded groove-indicator for screwing the pipe and sleeve.

Указанная цель достигается за счет выполнения зарезьбовой конической проточки с углом уклона, соответствующим конусности резьбы, при этом начальный (малый) диаметр Dп конической проточки соответствует наружному диаметру НКТ и ОТ с учетом максимально возможного минусового допуска, и нарезания конической резьбы (неполного профиля) на поверхности проточки на длине от ее начала, равной длине 2^х÷3^х ниток резьбы.This goal is achieved by performing a threaded conical groove with a slope corresponding to the taper of the thread, while the initial (small) diameter Dp of the conical groove corresponds to the outer diameter of the tubing and OT taking into account the maximum possible minus tolerance, and cutting of the conical thread (incomplete profile) on the surface grooves at a length from its beginning, equal to the length of 2 ^x ÷ 3 ^x thread threads.

Например, для НКТ-89 с номинальным наружным диаметром, равным 88,9 мм и минусовым допуском -0,79 мм, начальный диаметр конической проточки Dп должен быть не менее 88,1 мм.For example, for NKT-89 with a nominal outer diameter of 88.9 mm and a minus tolerance of -0.79 mm, the initial diameter of the conical groove Dp should be at least 88.1 mm.

Как показывают результаты фактических измерений НКТ и ОТ, допуск на наружный диаметр в основном имеет плюсовое значение или близок к нулю, поэтому начало канавки будет заметно. За счет эллипсности трубы, некоторого смещения резьбы по отношению к оси трубы канавка на определенной длине по периметру также прослеживается.As the results of actual measurements of tubing and CT show, the tolerance on the outer diameter is mostly positive or close to zero, so the beginning of the groove will be noticeable. Due to the ellipse of the pipe, a certain displacement of the thread relative to the axis of the pipe, a groove at a certain length along the perimeter is also traced.

В крайне редких случаях, когда диаметр трубы будет с максимальным минусовым допуском и начало канавки будет малозаметным, контроль свинчиваемости следует проводить по расстоянию от торца муфты до последней риски резьбы. При изготовлении труб расстояние от торца трубы до последней риски резьбы должно выдерживаться постоянным.In extremely rare cases, when the pipe diameter will be with the maximum minus tolerance and the beginning of the groove will be barely noticeable, make sure that the screwing is checked by the distance from the coupling end to the last thread risk. In the manufacture of pipes, the distance from the end of the pipe to the last thread risk must be kept constant.

Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами.The essence of the utility model is illustrated by the following drawings.

На фиг.1 изображена труба с треугольной удлиненной резьбой в сборе с муфтой. Положение а - при машинном свинчивании с номинальным заданным моментом. Положение б - при ручном свинчивании резьбы. На фиг.2 (вид А) дано взаимное расположение трубы 1 и муфты 2 и зарезьбовой проточки 3, начальный диаметр которой Dп, в собранном положении.Figure 1 shows a pipe with a triangular elongated thread assembly with a sleeve. Position a - for machine make-up with a nominal set torque. Position b - for manual screwing of threads. Figure 2 (view A) shows the relative position of the pipe 1 and the sleeve 2 and the threaded groove 3, the initial diameter of which Dp, in the assembled position.

Труба 1 (фиг.1, 2) с наружным диаметром D на концах имеет коническую резьбу треугольного (трапецеидального) профиля с постоянным углом уклона образующей по впадинам ниток на всей длине и зарезьбовую коническую проточку, конусность которой соответствует конусности резьбы. На расстоянии l от торца трубы 5 до основной плоскости 6 расположена резьба с нитками полного профиля на участке за основной плоскостью - резьба с нитками неполного профиля.The pipe 1 (Figs. 1, 2) with an outer diameter D at the ends has a conical thread of a triangular (trapezoidal) profile with a constant slope angle forming threads along the hollows along the entire length and a threaded conical groove, the taper of which corresponds to the taper of the thread. At a distance l from the end of the pipe 5 to the main plane 6 there is a thread with threads of a full profile in the area behind the main plane - a thread with threads of an incomplete profile.

Муфта 2 (фиг.1, 2) имеет коническую резьбу, соответствующую резьбе трубы 1, в торце 7 муфты 2 выполнена заходная фаска под углом β, равным 75°, к плоскости торца муфты.The coupling 2 (figure 1, 2) has a tapered thread corresponding to the thread of the pipe 1, in the end face 7 of the sleeve 2 there is a lead-in chamfer at an angle β equal to 75 ° to the plane of the end face of the sleeve.

При машинном докреплении резьбового соединения с заданным моментом торец 7 муфты 2 должен совпадать с началом зарезьбовой проточки 3.When machine attachment of the threaded connection with a given moment, the end face 7 of the coupling 2 should coincide with the beginning of the threaded groove 3.

Зазоры в контактирующих нитках резьбы, образующиеся при их износе или радиальной деформации (сжатии) ниппеля, устраняются путем более глубокого ввинчивания трубы в муфту. За счет нарезанных ниток по поверхности проточки 3 на длине l₀ (фиг.2) и конусной расточки в торце муфты под углом β труба имеет возможность более глубокого ввинчивания в муфту на 4-5 оборотов.Gaps in the contacting threads of the thread, formed during their wear or radial deformation (compression) of the nipple, are eliminated by a deeper screwing of the pipe into the coupling. Due to the cut threads on the surface of the groove 3 at a length l ₀ (FIG. 2) and the conical bore in the end of the coupling at an angle β, the pipe has the possibility of deeper screwing into the coupling by 4-5 turns.

Глубина ввинчивания резьбы в муфту 2 ограничивается перемещением торца трубы 5 до середины 4 муфты 2, при этом торец 7 муфты 2 не должен перекрывать проточку 3 полностью, т.е. торец муфты не должен доходить до конца конической проточки 3.The thread screwing depth into the sleeve 2 is limited by the movement of the pipe end 5 to the middle 4 of the sleeve 2, while the end face 7 of the sleeve 2 should not completely overlap the groove 3, i.e. the end face of the coupling should not reach the end of the conical groove 3.

По способу изготовления заявленное коническое трубное соединение с резьбой без принудительного сбега не отличается от способа изготовления существующих резьбовых соединений.According to the manufacturing method, the claimed conical pipe connection with thread without forced run-off does not differ from the manufacturing method of existing threaded connections.

Анализом уровня техники по патентным и научно-техническим источникам, содержащих сведения об аналогах, заявителем не выявлена конструкция конического трубного соединения с резьбой без принудительного сбега тождественного всем существенным признакам заявленной полезной модели.The analysis of the prior art by patent and scientific and technical sources containing information about analogues, the applicant has not revealed the design of a conical pipe connection with thread without a forced run identical to all the essential features of the claimed utility model.

Таким образом, предлагаемая полезная модель по совокупности своих существенных признаков, характеризующихся оптимальными параметрами зарезьбовой конической проточки, позволяет повысить эксплуатационную надежность резьбового соединения и увеличить срок его работы в скважине.Thus, the proposed utility model, based on the set of its essential features, characterized by the optimal parameters of the threaded conical grooves, can improve the operational reliability of the threaded connection and increase its life in the well.

Claims

A conical pipe connection with a thread without forced escape, consisting of a sleeve with a conical internal thread and a pipe having a corresponding external elongated thread made from the beginning to the end at the same angle of inclination, and a consecutively arranged thread screw indicator made in the form of a conical threading groove with the same slope angle, characterized in that the outer diameter of the conical groove in the plane coinciding with its beginning corresponds to the outer diameter of the pipe body made d with a maximum minus tolerance, and exceeds the diameter of the thread troughs in the indicated section, while the troughs of the external thread extend 2-3 threads behind the start of the threaded groove.