RU2513937C1

RU2513937C1 - Method of sealing by restricted gasket

Info

Publication number: RU2513937C1
Application number: RU2013111326/03A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Алексеевич Копылов; Наталья Григорьевна Фёдорова
Original assignee: Геннадий Алексеевич Копылов; Наталья Григорьевна Фёдорова
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2014-04-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: screw joint elements are subjected to local elastic and elastoplastic deformations. Elastoplastic sealing element is composed of metal ring gasket (4) to be arranged between the ends of casing pipes (1, 2). Gasket is pre-cooled in refrigerator, for example, in liquid nitrogen and, then, fitted in its proper place. Pipes (1, 2) are quickly screwed off to prevent fast heating of gasket (4). Note here that said gasket (4) gets in constricted position in lengthwise axis of casing. Note here that at heating said gasket expands to fill the gap between the surfaces of its location but stays contracted like a spring since the gap between surfaces being sealed inhibit its complete expansion.

EFFECT: tightness of casing thread joints at whatever loads, longer life.

4 dwg

Description

Изобретение относится к способам герметизации обсадных труб, применяемых в нефтяной и газовой промышленности.The invention relates to methods for sealing casing used in the oil and gas industry.

Известен способ соединения обсадных труб [1] с помощью конической резьбы треугольного профиля с использованием муфты в соответствии с ГОСТ 632-64.A known method of connecting casing [1] using a tapered thread of a triangular profile using a sleeve in accordance with GOST 632-64.

Недостатками этого метода являются: недостаточная герметичность такого соединения; прочность этого муфтового соединения составляет от 55 до 70% прочности по телу ненарезанного участка трубы.The disadvantages of this method are: insufficient tightness of such a compound; the strength of this coupling connection is from 55 to 70% of the strength along the body of the uncut section of the pipe.

Известен способ обеспечения герметичности резьбовых соединений за счет применения смазочно-уплотнительных составов [2].A known method of ensuring the tightness of threaded joints through the use of lubricating and sealing compounds [2].

Недостатком этого метода является то, что смазки со временем изменяют свои свойства и, как правило, в сторону их ухудшения, а следовательно, ухудшается герметичность соединения. Также используемые смазки выдавливаются по свободному винтовому каналу между сопрягаемыми поверхностями нарезки, появляющимися после свинчивания обсадных труб, внутренним давлением газа или жидкости.The disadvantage of this method is that the lubricants change their properties over time and, as a rule, in the direction of their deterioration, and therefore, the tightness of the connection. Also, the lubricants used are squeezed out through a free screw channel between the mating cutting surfaces that appear after screwing up the casing pipes, by the internal pressure of gas or liquid.

Наиболее близким к предлагаемому является способ муфтового соединения обсадных труб с резьбой трапецеидального профиля повышенной герметичности (шифр ОТТГ1) [1]. Трубы с таким соединением имеют уплотнительные поверхности - наружную у ниппельного конца трубы и внутреннюю в срединной части муфты. Само резьбовое соединение закрепляется до упора торца трубы в срединный выступ муфты. При таком закреплении соединения создается посадка по уплотнительным коническим поверхностям и по внутреннему и наружному диаметрам резьбы, точно фиксируется заданный диаметральный натяг (примерно 0,5 мм), устраняется зазор между соединяемыми деталями, чем достигается более высокая герметичность. Однако независимо от профиля резьбы и типа соединения в резьбовом соединении после свинчивания остается винтовой канал между сопрягаемыми поверхностями нарезки. Наличие дополнительных конструктивных элементов в соединениях повышенной герметичности, таких как поясковые гладкие поверхности на ниппеле и муфте, упорные торцы, значительно повышает надежность резьбового соединения, но не обеспечивает их достаточной герметичности для жидкостей и газов при реальных перепадах давлений на резьбовых соединениях. Кроме того, отрицательное влияние допусков на геометрические размеры резьб и дефектов изготовления лишь частично снижается при закреплении соединений за счет локальных упругих и упруго-пластических деформаций и притирания сопрягаемых поверхностей.Closest to the proposed one is a method of sleeve connection of casing pipes with a trapezoidal profile thread of increased tightness (code OTTG1) [1]. Pipes with such a connection have sealing surfaces - external at the nipple end of the pipe and internal at the middle of the coupling. The threaded connection itself is fixed to the end of the pipe against the middle protrusion of the coupling. With this fastening of the joint, a fit is created on the sealing conical surfaces and on the inner and outer diameters of the thread, the predetermined diametrical tightness is precisely fixed (approximately 0.5 mm), the gap between the joined parts is eliminated, thereby achieving higher tightness. However, regardless of the thread profile and type of joint, the screw channel between the mating cutting surfaces remains after screwing in the threaded joint. The presence of additional structural elements in the joints of increased tightness, such as gusseted smooth surfaces on the nipple and the coupling, thrust ends, significantly increases the reliability of the threaded connection, but does not provide them with sufficient tightness for liquids and gases at real pressure drops on the threaded joints. In addition, the negative effect of tolerances on the geometric dimensions of threads and manufacturing defects is only partially reduced when the joints are fixed due to local elastic and elastic-plastic deformations and grinding of the mating surfaces.

Недостатками такого соединения является необходимость выполнения резьбы с очень высокой точностью, что не всегда возможно. А при искривлении ствола скважины появляются на соединении изгибающие моменты, которые нарушают равномерность нагружения резьбового соединения. Также независимо от профиля резьбы и типа соединения в резьбовом соединении после свинчивания остается винтовой канал между сопрягаемыми поверхностями нарезки. Наличие дополнительных конструктивных элементов в соединениях повышенной герметичности, таких как поясковые гладкие поверхности на ниппеле и муфте, упорные торцы, значительно повышает надежность резьбового соединения, но не обеспечивает их достаточной герметичности для жидкостей и газов при реальных перепадах давлений на резьбовых соединениях. Кроме того, отрицательное влияние допусков на геометрические размеры резьб и дефектов изготовления лишь частично снижается при закреплении соединений за счет локальных упругих и упруго-пластических деформаций и притирания сопрягаемых поверхностей. В результате требуемая герметичность соединения не достигается.The disadvantages of this connection is the need to perform threads with very high accuracy, which is not always possible. And when the borehole is bent, bending moments appear on the joint that violate the uniform loading of the threaded joint. Also, regardless of the thread profile and the type of joint, the screw channel between the mating cutting surfaces remains after screwing in. The presence of additional structural elements in the joints of increased tightness, such as gusseted smooth surfaces on the nipple and the coupling, thrust ends, significantly increases the reliability of the threaded connection, but does not provide them with sufficient tightness for liquids and gases at real pressure drops on the threaded joints. In addition, the negative effect of tolerances on the geometric dimensions of threads and manufacturing defects is only partially reduced when the joints are fixed due to local elastic and elastic-plastic deformations and grinding of the mating surfaces. As a result, the required tightness of the connection is not achieved.

Задачей изобретения является устранение (уменьшение) недостатков, указанных в отмеченных выше способах, в том числе и в прототипе.The objective of the invention is to eliminate (reduce) the disadvantages indicated in the above methods, including in the prototype.

Технической задачей является разработка способа, увеличивающего степень герметизации обсадной колонны по сравнению с существующими методами герметизации.The technical task is to develop a method that increases the degree of sealing of the casing compared to existing methods of sealing.

Известно [3], что недостаточная герметичность резьбовых соединений колонн труб является причиной пропуска газа (газопроявление) в 80% случаев, когда наблюдаются большие потери газа и опасные явления. Поэтому желательно обеспечивать приемлемую герметичность обсадных колонн.It is known [3] that insufficient tightness of the threaded joints of pipe columns is the cause of gas leakage (gas manifestation) in 80% of cases when there are large gas losses and dangerous phenomena. Therefore, it is desirable to provide acceptable casing tightness.

Поставленная задача решается описываемым способом, включающим использование локальных упругих и упруго-пластических деформаций элементов таких соединений, а в качестве упруго-пластического герметизирующего элемента используется кольцевая металлическая прокладка, помещаемая между торцами соединяемых обсадных труб, причем прокладка предварительно охлаждается в криостате, например в жидком азоте, после чего она быстро устанавливается на предназначенное ей место, и трубы быстро свинчиваются, чтобы прокладка не успела нагреться; при этом прокладка оказывается в стесненном положении в направлении продольной оси обсадной колонны и в дальнейшем, при прогреве, она расширяется, заполняя зазор между поверхностями ее расположения, но оставаясь в сжатом состоянии, подобно пружине, так как пространство между герметизирующимися поверхностями не позволяет ей полностью расшириться, и когда, в частности при искривлении скважины или других подобных случаях, зазор между этими поверхностями становится неравномерным и герметичность ухудшается, то прокладка, расширяясь, также обеспечивает неравномерное, но полное заполнение образовавшегося зазора, не давая нарушаться герметичности соединения.The problem is solved by the described method, including the use of local elastic and elasto-plastic deformations of the elements of such compounds, and as an elastic-plastic sealing element, an annular metal gasket is used, placed between the ends of the casing pipes to be connected, and the gasket is pre-cooled in a cryostat, for example, in liquid nitrogen , after which it is quickly installed in its intended place, and the pipes are quickly screwed so that the gasket does not have time to heat up; while the gasket is in a constricted position in the direction of the longitudinal axis of the casing and later, when heated, it expands, filling the gap between the surfaces of its location, but remaining in a compressed state, like a spring, since the space between the sealing surfaces does not allow it to expand completely , and when, in particular, when the well is bent or other similar cases, the gap between these surfaces becomes uneven and the tightness deteriorates, then the gasket, expanding, also provides an uneven, but complete filling of the formed gap, without letting the seal leak.

Анализ отобранных известных технических решений, обнаруженных в ходе патентных исследований, показал, что на дату подачи заявки, объекты, охарактеризованные такой совокупностью существенных признаков и которые при их использовании приводили бы к достижению более высокого технического результата, чем у предложенного, не обнаружены, что позволяет сделать заключение о соответствии заявленного объекта критериям «Новизна» и «Изобретательский уровень». А его промышленная применимость подтверждается полным описанием его осуществления.An analysis of selected well-known technical solutions found during patent research showed that at the filing date of the application, objects characterized by such a combination of essential features and which, if used, would have achieved a higher technical result than the proposed one, were not found, which allows to conclude that the declared object meets the criteria of "Novelty" and "Inventive step". And its industrial applicability is confirmed by a full description of its implementation.

Представленные рисунки поясняют суть изобретения, где на фиг.1 представлен продольный разрез муфтового резьбового соединения с использованием предлагаемой кольцевой прокладки, устанавливаемой между обсадными трубами. На фиг.2 изображен продольный разрез резьбового соединения с помощью муфты, имеющей срединный выступ, по обем сторонам которого располагаются предлагаемые прокладки. На фиг.3 показан продольный разрез муфтового резьбового соединения при действии изгибающего момента Мизг., приводящего к неравномерному зазору между обсадными трубами, заполняемому прокладкой. На фиг.4 изображена предлагаемая прокладка на виде с торца и в продольном разрезе.The presented drawings explain the essence of the invention, where Fig. 1 shows a longitudinal section of a threaded coupling using the proposed ring gasket installed between the casing pipes. Figure 2 shows a longitudinal section of a threaded connection using a coupling having a middle protrusion, on both sides of which are the proposed gaskets. Figure 3 shows a longitudinal section of a male threaded joint under the action of a bending moment Mizg., Leading to an uneven gap between the casing, filled with a gasket. Figure 4 shows the proposed gasket in the end view and in longitudinal section.

На фиг.1 представлен продольный разрез резьбового соединения обсадных труб 1 и 2 с помощью муфты 3. Между торцами обсадных труб устанавливается прокладка 4. Муфта 3 навернута на торец одной из труб, например на трубу 1, на заводе с определенным натягом резьб на трубе и на муфте. При спуске обсадной колонны труба 1 опускается в скважину, а труба 2 приподнимается и подготавливается к свинчиванию со свободной резьбой муфты (ее верхней частью). Но до начала свинчивания кольцо 4 опускается в криостат и выдерживается в нем до тех пор, пока его температура не сравняется с температурой в криостате, например с температурой жидкого азота (-195°C). Когда оборудование будет подготовлено для свинчивания труб, кольцо 4 вынимается из криостата и помещается на торец трубы 1 и сразу начинается вворачивание трубы 2 в муфту и обеспечение в конце этой операции требуемого натяга. Свинчивание трубы 2 с муфтой должно осуществляться как можно быстрее, чтобы нагрев кольца 4 от температуры криостата произошел как можно меньше. Если используется муфта со срединным выступом, как показано на фиг.2, тогда применяется две кольцевые прокладки 4: между торцами труб 1 и 2 и боковыми поверхностями срединного выступа. В этом случае прокладки устанавливаются поочередно: сначала размещается одна прокладка с одной стороны муфты с вворачиванием в нее трубы, например 1, до упора с натягом. После этого таким же образом устанавливается вторая прокладка и вворачивается в муфту труба 2. На фиг.3 изображено изменение формы и размеров прокладки 4 при неодинаковом изменении (появлении) зазоров между герметизируемыми поверхностями (торцами) обсадных труб. Такое состояние прокладки возможно, например при искривлении скважины и появлении изгибающего момента Мизг. На фиг.4 изображена предлагаемая кольцевая прокладка 4, имеющая высоту h и диаметры: d и D - внутренний и внешний. Диаметр D не должен быть больше внутреннего диаметра соединительной муфты 3 по ее резьбе. Для упрощения установки прокладки 4 необходимо выполнить размер D на 1-2 мм меньше внутреннего диаметра муфты 3. Внутренний диаметр прокладки d не требует такого тщательного выполнения по сравнению с диаметром D. Однако надо помнить, что если он будет больше внутреннего диаметра соединяемых труб, то это образует круговые выступы, которые будут увеличивать гидравлические сопротивления при циркуляции, уменьшать площадь внутреннего поперечного сечения и т.п. Поэтому этот диаметр рациональнее выполнять равным внутреннему диаметру обсадных труб или на 1-2 мм больше. Для уменьшения теплопередачи к прокладке (увеличения времени ее прогрева) на боковые ее поверхности наносятся слои 5 и 6 материала с низкой теплопроводностью.Figure 1 shows a longitudinal section of the threaded connection of the casing pipes 1 and 2 using the sleeve 3. A gasket 4 is installed between the ends of the casing pipes. The sleeve 3 is screwed onto the end of one of the pipes, for example, pipe 1, at a factory with a certain thread tightness on the pipe and on the coupling. When lowering the casing string, the pipe 1 is lowered into the well, and the pipe 2 is lifted and prepared for screwing with a loose thread of the coupling (its upper part). But before making-up, ring 4 is lowered into the cryostat and maintained in it until its temperature is equal to the temperature in the cryostat, for example, the temperature of liquid nitrogen (-195 ° C). When the equipment is prepared for making up the pipes, the ring 4 is removed from the cryostat and placed on the end of the pipe 1 and immediately begins to screw the pipe 2 into the sleeve and provide the required tightness at the end of this operation. The screwing of the pipe 2 with the coupling should be carried out as quickly as possible, so that the heating of the ring 4 from the temperature of the cryostat occurs as little as possible. If a sleeve with a middle protrusion is used, as shown in FIG. 2, then two annular gaskets 4 are used: between the ends of the pipes 1 and 2 and the side surfaces of the middle protrusion. In this case, the gaskets are installed one at a time: first one gasket is placed on one side of the coupling with the pipe screwed into it, for example 1, until it stops with an interference fit. After that, the second gasket is installed in the same way and the pipe 2 is screwed into the sleeve. Figure 3 shows the change in the shape and size of the gasket 4 when the gaps between the sealing surfaces (ends) of the casing pipes are not the same. This condition of the gasket is possible, for example, when the well is bent and a bending moment Mizg appears. Figure 4 shows the proposed annular gasket 4 having a height h and diameters: d and D - internal and external. The diameter D should not be larger than the inner diameter of the coupling 3 along its thread. To simplify the installation of the gasket 4, it is necessary to make a dimension D 1-2 mm smaller than the inner diameter of the coupling 3. The inner diameter of the gasket d does not require such careful performance compared to the diameter D. However, it must be remembered that if it is larger than the inner diameter of the pipes to be connected, this forms circular protrusions that will increase the hydraulic resistance during circulation, reduce the internal cross-sectional area, etc. Therefore, this diameter is more rational to perform equal to the inner diameter of the casing or 1-2 mm more. To reduce heat transfer to the gasket (increase the time of its heating), layers 5 and 6 of material with low heat conductivity are applied to its lateral surfaces.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Предварительно изготавливается прокладка 4 с соблюдением размеров d и D под размеры соединяемых обсадных труб 1 и 2. Высота накладки h выбирается из условия достаточности усилия P (см. фиг.1, 3), развивающейся в прокладке 4 и действующей на торцы соединяемых труб 1 и 2. Это усилие рассчитывается следующим образом.The proposed method is implemented as follows. The gasket 4 is preliminarily manufactured in compliance with the dimensions d and D for the dimensions of the connected casing pipes 1 and 2. The height of the lining h is selected from the condition of sufficient force P (see Figs. 1, 3) developing in the gasket 4 and acting on the ends of the pipes 1 and 2. This force is calculated as follows.

Известно [4], что напряжение в материале детали σ=P/F, где P - усилие (сила), действующее на деталь; F - площадь поперечного сечения детали (максимальное напряжение будет в самом узком месте).It is known [4] that the stress in the material of the part is σ = P / F, where P is the force (force) acting on the part; F is the cross-sectional area of the part (the maximum voltage will be at its narrowest point).

В свою очередь относительное удлинение детали ε определится как [4]: ε=σ/E. Отсюда: σ=εЕ. Из формул по определению напряжения получается, что εЕ=P/F. Тогда: Р=FεЕ.In turn, the relative elongation of the part ε is defined as [4]: ε = σ / E. Hence: σ = εЕ. From the formulas for determining the voltage it turns out that εЕ = P / F. Then: P = FεЕ.

С другой стороны, относительное удлинение ε=Δℓ/ℓ [4], где Δℓ - абсолютное удлинение детали; ℓ - длина стержня до его нагружения.On the other hand, the relative elongation ε = Δℓ / ℓ [4], where Δℓ is the absolute elongation of the part; ℓ - the length of the rod to its loading.

Отсюда: Δℓ=εℓ.Hence: Δℓ = εℓ.

Однако известно [5], что ε=αΔT, где α - коэффициент температурного линейного расширения материала; ΔT - изменение температуры детали. Для алюминиевых сплавов, например (как один из самых больших), α=23/10⁶·1/°C. Температура жидкого азота равна - 195°C. Будем считать, что прокладка до опускания в криостат находилась при нормальной температуре, т.е. при 20°C и вернется к ней при прогреве после свинчивания. Тогда ΔT=195+20=215°.However, it is known [5] that ε = αΔT, where α is the coefficient of temperature linear expansion of the material; ΔT - change in temperature of the part. For aluminum alloys, for example (as one of the largest), α = 23/10 ⁶ · 1 / ° C. The temperature of liquid nitrogen is - 195 ° C. We assume that the gasket was at normal temperature before lowering into the cryostat, i.e. at 20 ° C and will return to it when warming up after make-up. Then ΔT = 195 + 20 = 215 °.

Отсюда: ε=23/10⁶×215=4945/10⁶.Hence: ε = 23/10 ⁶ × 215 = 4945/10 ⁶ .

Примем высоту прокладки 4 равной 10 мм, т.е. ℓ=10 мм.We take the height of the gasket 4 equal to 10 mm, i.e. ℓ = 10 mm.

Тогда Δℓ=εℓ=4945/10⁶·10=0,04945 мм ≈ 0,05 мм.Then Δℓ = εℓ = 4945/10 ⁶ · 10 = 0.04945 mm ≈ 0.05 mm.

Определим площадь F, на которую будет действовать сила P, т.е. площадь кольца с диаметрами D и d, см. фиг.4. Для примера возьмем обсадную трубу, у которой внешний диаметр равен 114 мм, а толщина стенки составляет 5,2 мм, т.е. D=114 мм, d=103,6 мм ≈ 104 мм. F=πD²/4-πd²/4=π/4(D²-d²)=3,14/4(12996-10816)=3,14/4·2180≈1711 мм². Т.е. F=1711 мм²=17,11 см².We define the area F on which the force P will act, i.e. the area of the ring with diameters D and d, see figure 4. For example, take a casing pipe with an outer diameter of 114 mm and a wall thickness of 5.2 mm, i.e. D = 114 mm, d = 103.6 mm ≈ 104 mm. F = πD ^2/4-πd ^2/4 = π / 4 (D ² -d ^{2) = 3.14 / 4 (12996-10816} ) = 3.14 / 4 · 2180≈1711 mm ^2. Those. F = 1711 mm ² = 17.11 cm ² .

Теперь определим силу P, действующую от прокладки 4 на торцы труб 1 и 2, см. фиг.1, 3:Now we determine the force P acting from the gasket 4 on the ends of the pipes 1 and 2, see figures 1, 3:

P=FεЕ. Здесь Е - модуль упругости. Для алюминиевых сплавов, которые мы рассматриваем в качестве примера, Е=0,715·10⁶ кгс/см² [5].P = FεЕ. Here E is the modulus of elasticity. For aluminum alloys, which we consider as an example, E = 0.715 · 10 ⁶ kgf / cm ² [5].

Тогда P=17,11·4945/10⁶·0,715·10⁶ кгс/см² ≈ 60495≈60,5 т.Then P = 17.11 · 4945/10 ⁶ · 0.715 · 10 ⁶ kgf / cm ² ≈ 60495≈60.5 t.

После этого определяем напряжение, вызываемое этим усилием в прокладке, т.к. ее материал менее прочен по сравнению с материалом обсадных труб, хотя и не обязательно (в нашем примере). А сила действия равна силе противодействия, согласно третьему закону Ньютона.After that, we determine the voltage caused by this effort in the gasket, because its material is less durable than casing material, although not necessarily (in our example). And the force of action is equal to the strength of reaction, according to Newton’s third law.

σ=P/F=60495/17,11≈3536 кгс/см² ≈ 354 МПа.σ = P / F = 60495 / 17.11 ≈ 3536 kgf / cm ² ≈ 354 MPa.

Предел текучести алюминиевых сплавов равен 300-380 МПа.The yield strength of aluminum alloys is 300-380 MPa.

Т.е. 354 МПа находятся на грани предела текучести. И это хорошо, т.к. прокладка будет находиться и в области упругости (более вероятно) и в области пластичности (что улучшает качество заполнения зазора).Those. 354 MPa are on the verge of yield strength. And it’s good, because the gasket will be in the elastic region (more likely) and in the ductility region (which improves the quality of filling the gap).

Таким образом получается, что прокладка 4 с приведенными выше размерами и охлаждением в жидком азоте может развить усилия на соединяемые резьбовой муфтой обсадные трубы в 60 тонн. На практике это усилие будет немного меньше, т.к. прокладка до окончания свинчивания несколько нагреется.Thus, it turns out that gasket 4 with the above dimensions and cooling in liquid nitrogen can develop forces on the casing pipes connected by a threaded sleeve of 60 tons. In practice, this effort will be slightly less, because the gasket will heat up a little before screwing up.

Т.к. со стороны прокладки развиваются большие усилия, то при прижатии ее поверхностей (верхней и нижней) к поверхностям торцов соединяемых труб имеющийся зазор будет ликвидирован за счет расширения прокладки.Because From the side of the gasket, great efforts develop, then when pressing its surfaces (upper and lower) to the surfaces of the ends of the connected pipes, the existing gap will be eliminated by expanding the gasket.

При действии на резьбовое соединение изгибающего момента Мизг. (см. фиг.3), например при искривлении скважины, напряжения в трубах становятся неравномерными: с одной стороны они являются растягивающими, а с противоположной стороны - сжимающими. Это, как правило, приводит к расширению зазора в резьбе с одной стороны резьбового соединения и нарушения (уменьшения) его герметичности. Наличие стесненной прокладки 4, со стороны которой постоянно действует сила P, позволяет ей расширится в сторону освобождающегося объема в зазоре и заполнить его, что предотвращает разгерметизацию.When acting on the threaded connection of the bending moment Mizg. (see figure 3), for example, when the well bends, the stresses in the pipes become uneven: on the one hand they are tensile, and on the opposite side they are compressive. This, as a rule, leads to an expansion of the gap in the thread on one side of the threaded connection and a violation (decrease) in its tightness. The presence of a cramped gasket 4, on the side of which the force P is constantly acting, allows it to expand towards the vacated volume in the gap and fill it, which prevents depressurization.

После изготовления прокладки 4 (прокладок на каждое межтрубное соединение), подготавливается ее размещение между торцами обсадных труб 1 и 2. Для этого труба (колонна с трубой) с навинченной на заводе муфтой 3 опускается в скважину на глубину возможности ввинчивания в нее следующей трубы. Последняя подвешивается в положение немедленного вворачивания и находится в этом положении. Прокладка 4 предварительно опускается (где-то рядом со скважиной) в криостат и выдерживается в нем до тех пор, пока температура прокладки не станет равной температуре внутри криостата. Это время определяется опытным путем заранее. После этого прокладка 4 специальным приспособлением вынимается из криостата и быстро опускается внутрь свободного конца соединительной муфты 3 на торец трубы 1 (см. фиг.1), на которую навинчена муфта, после чего так же быстро (чтобы прокладка меньше нагрелась) в муфту вворачивается верхняя труба 2 с натягом. И операция соединения труб на этом заканчивается. Но в течение некоторого времени прокладка 4 прогреется и за счет линейного температурного расширения будет стремиться увеличиться в размерах. Однако т.к. свинчивание труб с муфтой осуществляется с натягом, то зазор между торцами обсадных соединяемых труб или очень мал, или его вообще может не быть (занят будет прокладкой 4). Поэтому прокладка окажется в стесненных условиях, когда она будет стремиться расшириться, а у нее такой возможности не будет, и она упрется своими поверхностями на торцах в торцы соединяемых труб и будет оказывать на них большие усилия P (см. выше). Раздвинуть же торцы труб этой силы будет недостаточно. Однако прокладка будет находиться в сжатом состоянии, подобно пружине, и постоянно будет стремиться раздвинуть торцы соединяемых труб. Общеизвестно, что со временем в резьбовых соединениях ослабляются усилия затяжки. Причинами этого явления могут быть изменение осевого усилия, температурных режимов, вибрации и др. Вследствие этого может со временем наблюдаться медленное отвинчивание труб из муфты. А это приведет к нарушению герметичности обсадных колонн, появлению межтрубного давления, утечке газа и т.п. Предлагаемая же прокладка, находясь в сжатом состоянии, подобно пружине, будет постоянно (и с течением времени) воздействовать на торцы соединенных обсадных труб с усилием Р, обеспечивая натяг по резьбе и препятствуя отвинчиванию труб из муфты, а также выбирая зазор между торцами соединенных труб, поддерживая тем самым герметичность соединения.After making the gasket 4 (gaskets for each annular connection), it is prepared to place it between the ends of the casing pipes 1 and 2. For this, the pipe (column with pipe) with the coupling 3 screwed at the factory is lowered into the well to the depth of which the next pipe can be screwed into it. The latter is suspended in the position of immediate screwing and is in this position. The gasket 4 is preliminarily lowered (somewhere near the well) into the cryostat and maintained in it until the temperature of the gasket becomes equal to the temperature inside the cryostat. This time is determined empirically in advance. After that, the gasket 4 is taken out of the cryostat by a special device and quickly drops inside the free end of the coupling 3 onto the end of the pipe 1 (see Fig. 1), onto which the coupling is screwed on, after which the upper screw is screwed into the coupling just as quickly pipe 2 with an interference fit. And the operation of connecting the pipes on this ends. But for some time, the gasket 4 will warm up and due to linear thermal expansion will tend to increase in size. However, since If the pipes with the coupling are screwed in tightly, the gap between the ends of the casing pipes to be connected is either very small or it may not be at all (it will be busy laying 4). Therefore, the gasket will be in cramped conditions when it will tend to expand, but it will not have such an opportunity, and it will abut its surfaces at the ends to the ends of the pipes to be joined and will exert a large force P on them (see above). To push the ends of the pipes of this force will not be enough. However, the gasket will be in a compressed state, like a spring, and will constantly strive to push the ends of the pipes to be joined. It is well known that over time, threaded forces weaken in threaded connections. The reasons for this phenomenon may be a change in axial force, temperature conditions, vibration, etc. As a result of this, slow unscrewing of pipes from the coupling may occur over time. And this will lead to a violation of the tightness of the casing, the appearance of annular pressure, gas leak, etc. The proposed gasket, being in a compressed state, like a spring, will constantly (and over time) act on the ends of the connected casing pipes with a force P, providing a tightness on the thread and preventing unscrewing of the pipes from the coupling, and also choosing a gap between the ends of the connected pipes, thereby maintaining the tightness of the connection.

В случае использования муфты 3 со срединным выступом (см. фиг.2) необходимо устанавливать поочередно две прокладки, устанавливаемые между каждым торцом соединяемых труб 1 и 2 и боковыми поверхностями срединного выступа. Одну из прокладок удобнее устанавливать на заводе, а другую - при опускании обсадной колонны. Также предварительно каждую прокладку перед установкой необходимо поместить в криостат, а затем быстро вынуть из него, установить на место и быстро свинтить трубу с муфтой.In the case of using the coupling 3 with the middle protrusion (see figure 2), it is necessary to install two gaskets alternately installed between each end of the connected pipes 1 and 2 and the side surfaces of the middle protrusion. One of the gaskets is more convenient to install at the factory, and the other - when lowering the casing. Also, prior to installation, each gasket must be placed in a cryostat, and then quickly removed from it, put in place and quickly unscrew the pipe with the sleeve.

Когда же соединяются обсадные трубы с безмуфтовым резьбовым соединением, то в этом случае прокладка укладывается между торцом раструба одной трубы и упорным торцом ниппеля другой трубы. При этом также предварительно прокладка помещается в криостат, выдерживается в нем определенное время, вынимается, устанавливается на место, и трубы быстро скручиваются.When casing is connected to a sleeveless threaded connection, in this case the gasket is placed between the end of the socket of one pipe and the persistent end of the nipple of the other pipe. At the same time, the gasket is also preliminarily placed in the cryostat, it is kept in it for a certain time, it is removed, installed in place, and the pipes quickly twist.

Предлагаемый способ герметизации труб обсадных колонн позволяет увеличить степень герметизации, ее долговечность и надежность.The proposed method of sealing casing pipes allows to increase the degree of sealing, its durability and reliability.

Источники информацииInformation sources

1. Соловьев Е.М. Заканчивание скважин. - М.: Недра, 1979. - 304 с.1. Soloviev E.M. Well completion. - M .: Nedra, 1979. - 304 p.

2. Басаргин Ю.М., Будников В.Ф., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Технологические основы освоения и глушения нефтяных и газовых скважин. Учебник для вузов. - М.: Недра, Бизнесцентр, 2001. - С.299.2. Basargin Yu.M., Budnikov V.F., Bulatov A.I., Proselkov Yu.M. Technological basis for the development and killing of oil and gas wells. Textbook for high schools. - M .: Nedra, Business Center, 2001. - P.299.

3. Карабанов В.В., Бохоров И.О. Решение проблемы герметичности и надежности обсадных колонн. Статья в Ж. «Нефтяное хозяйство», №1, 2012. - С.42-45.3. Karabanov V.V., Bokhorov I.O. The solution to the problem of tightness and reliability of casing strings. Article in J. “Oil Economy”, No. 1, 2012. - P. 42-45.

4. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. - М.: Наука, 1972. - С.30-33.4. Feodosiev V.I. Strength of materials. - M .: Nauka, 1972. - S.30-33.

5. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. Справочник. - М.: Машиностроение, 1979. - С.8, 15.5. Birger I.A., Shorr B.F., Iosilevich G.B. Strength calculation of machine parts. Directory. - M.: Mechanical Engineering, 1979. - P.8, 15.

Claims

A method of sealing with a cramped gasket of threaded joints of casing pipes, including the use of local elastic and elastoplastic deformations of the elements of such compounds, characterized in that an annular metal gasket is used that is placed between the ends of the casing pipes to be used as an elastoplastic sealing element, the gasket being pre-cooled in a cryostat, after which it is quickly installed in its intended place, and the pipes are quickly screwed so that the gasket does not have time etsya.