RU2796572C1 - Screw connection and its application - Google Patents
Screw connection and its application Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796572C1 RU2796572C1 RU2022113670A RU2022113670A RU2796572C1 RU 2796572 C1 RU2796572 C1 RU 2796572C1 RU 2022113670 A RU2022113670 A RU 2022113670A RU 2022113670 A RU2022113670 A RU 2022113670A RU 2796572 C1 RU2796572 C1 RU 2796572C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- male
- threaded
- thread
- female
- zone
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к резьбовому соединению, частично находящемуся в самостопорящемся зацеплении с наружным заплечиком, способному выдерживать повышенный крутящий момент. Конструкция настоящего изобретения подходит для разработки или разведки скважин, в том числе глубоководных скважин. Соединение согласно настоящему изобретению способно выдерживать повышенные крутящие моменты, необходимые для специальных применений, например, бурение с обсадной колонной, обсадка во время бурения, вращение во время цементирования или в сильнонаклонной скважине для уменьшения или учета сопротивления, когда это необходимо. Согласно настоящему изобретению повышенный крутящий момент относится к более высокому крутящему моменту, чем резьбовое соединение с упорным заплечиком, например, выше (30,000 фут-фунтов) 40,674 Н⋅м для тел труб более 127 мм (5 дюймов). Применения будут особенно подходящими для соединения, которое необходимо вращать в скважине без ущерба для герметичности и сопротивления конструкции.The present invention relates to a threaded connection, partially in self-locking engagement with the outer shoulder, capable of withstanding increased torque. The design of the present invention is suitable for the development or exploration of wells, including deep water wells. The connection according to the present invention is able to withstand the increased torques required for special applications, such as drilling with casing, casing while drilling, rotation during cementing or in a highly deviated well to reduce or account for resistance when necessary. According to the present invention, increased torque refers to higher torque than a threaded connection with a thrust shoulder, for example, above (30,000 ft-lbs) 40.674 Nm for pipe bodies larger than 127 mm (5 inches). Applications will be particularly suitable for a connection that needs to be rotated downhole without compromising sealing and structural resistance.
Соединения обсадных труб, хвостовики и другие трубы для нефтяных месторождений часто используются для бурения, заканчивания и добычи из скважин. Например, соединения обсадных труб могут быть размещены в стволе скважины для стабилизации и защиты пласта от высоких давлений в стволе скважины (например, давлений в стволе скважины, которые превышают пластовое давление), которые в противном случае могли бы повредить пласт. Соединения обсадных труб представляют собой секции трубы (например, стальной или титановой), которые могут быть соединены встык резьбовыми соединениями или любыми другими соединительными механизмами, известными в данной области техники. Как таковые, соединения обычно проектируются таким образом, чтобы образовалось по меньшей мере одно уплотнение между внутренней частью соединенных соединений обсадных труб и кольцевым пространством, образованным между наружными стенками соединений обсадных труб и внутренними стенками ствола скважины (т.е. пластом).Casing joints, liners and other pipes for oil fields are often used for drilling, completion and production from wells. For example, casing joints may be placed in the wellbore to stabilize and protect the formation from high wellbore pressures (eg, wellbore pressures that exceed formation pressure) that would otherwise damage the formation. Casing joints are sections of pipe (eg, steel or titanium) that can be joined end-to-end with threaded connections or any other connection mechanisms known in the art. As such, connections are typically designed to form at least one seal between the inside of the connected casing connections and the annulus formed between the outer walls of the casing connections and the inside walls of the wellbore (i.e., the formation).
Как правило, в резьбовом трубном соединении с наружной и внутренней резьбой охватываемый компонент соединения называется элементом «с наружной резьбой», а охватывающий компонент называется элементом «с внутренней резьбой». В контексте данного документа термин «свинчивание» относится к зацеплению элемента с наружной резьбой с элементом с внутренней резьбой и свинчиванию элементов вместе посредством крутящего момента и вращения, «свинчивание» относится к процессу сборки соединений, которые должны удерживаться перед опусканием колонны труб в скважину. Обычно для данного соединения устанавливается номинальный крутящий момент свинчивания. Номинальный крутящий момент свинчивания соответствует значению, при котором конец с наружной резьбой и конец с внутренней резьбой, если предположить, что они были правильно зацеплены, достаточно вставлены друг в друга и приведены в действие для опускания в скважину и обеспечения требуемой производительности.Typically, in a threaded pipe connection with male and female threads, the male component of the connection is called the “male” element, and the female component is called the “female” element. In the context of this document, the term "make-up" refers to engaging a male threaded element with a female threaded element and screwing the elements together through torque and rotation, "make-up" refers to the process of assembling the connections that must be held before lowering the tubing string into the well. Normally, the nominal make-up torque is set for this connection. The nominal make-up torque corresponds to the value at which the male end and female end, assuming they have been properly engaged, are sufficiently inserted into each other and actuated to be lowered into the hole and provide the required performance.
Что касается геометрии резьб, термин «опорная сторона» обозначает поверхность боковой стенки резьбы, которая обращена в сторону от внешнего конца соответствующего элемента с наружной резьбой или с внутренней резьбой, на котором образована резьба, и выдерживает вес (т.е. растягивающие усилие) нижнего трубного элемента, висящего в стволе скважины. Подобным образом, термин «закладная сторона» обозначает поверхность боковой стенки резьбы, которая обращена к внешнему концу соответствующего элемента с наружной резьбой или с внутренней резьбой и воспринимает усилия, сжимающие соединения по направлению друг к другу во время начального свинчивания соединения или, например, усилие, прикладываемое для прижатия нижнего трубного элемента к забою скважины (т.е. сжимающее усилие). Термины «впадина» и «вершина» обозначают поверхности, удерживаемые между смежными закладной стороной и опорной стороной одной и той же резьбы, при этом впадина противоположна вершине, а вершины определяют самую наружную поверхность соответствующей наружной резьбы и внутренней резьбы.With respect to the geometry of the threads, the term "support side" means the surface of the sidewall of a thread that faces away from the outer end of the respective male or female threaded element on which the thread is formed and which bears the weight (i.e. tensile forces) of the lower tubular element hanging in the wellbore. Similarly, the term "laid side" means the surface of the sidewall of the thread that faces the outer end of the respective male or female threaded element and receives forces that compress the joints towards each other during the initial make-up of the joint, or, for example, the force applied to press the lower tubular element to the bottom of the well (ie compressive force). The terms “root” and “apex” refer to surfaces held between an adjacent embed side and a back side of the same thread, with the root opposite the apex and the apexes defining the outermost surface of the respective external thread and internal thread.
Трапециевидные резьбы содержат опорную сторону, закладную сторону, впадину и вершину, так что между двумя смежными впадинами, опорной стороной, закладной стороной и вершиной определена заметно трапециевидная форма, где переходы между опорной стороной и любой из впадины и вершины могут быть изогнутыми, и то же самое касается переходов между закладной стороной и любой из впадины и вершины. Резьбы типа «ласточкин хвост» относятся к трапециевидному профилю резьбы, в котором существует первое положение по высоте резьбы, где осевая ширина резьбы, измеренная вдоль продольной оси трубы, в этом первом положении больше, чем осевая ширина той же резьбы во втором положении по высоте резьбы, при этом второе положение по высоте резьбы находится ближе к впадине этой резьбы, чем первое положение по высоте резьбы. Профиль «ласточкин хвост» предотвращает радиальное разделение соединения охватываемых и охватывающих элементов, особенно при циклах растяжения-сжатия с внутренними напряжениями сжатия.Trapezoidal threads comprise a trapezoid, a trap, a root, and a crest, so that between two adjacent troughs, a trap, a trap, and a crest, a markedly trapezoidal shape is defined, where the transitions between the abut and either of the trough and crest can be curved, and the same the same goes for the transitions between the mortgage side and any of the bottoms and tops. Dovetail threads refer to a trapezoidal thread profile in which there exists a first thread height position where the axial width of the thread, measured along the longitudinal axis of the pipe, at that first position is greater than the axial width of the same thread at the second thread height position. , while the second position in the height of the thread is closer to the root of this thread than the first position in the height of the thread. The dovetail profile prevents radial separation of the connection of male and female elements, especially during tension-compression cycles with internal compressive stresses.
В контексте данного документа термин «изменяющаяся резьбовая зона» представляет собой резьбы, независимо от конкретной формы резьбы, которые увеличиваются по осевой ширине (т.е. осевому расстоянию между опорными сторонами и закладными сторонами, измеренному вдоль продольной оси трубы) в противоположных направлениях соответственно на элементе с наружной резьбой и элементе с внутренней резьбой, так что взаимодополняющие наружная и внутренняя резьбы с изменяющейся шириной входят в зацепление при свинчивании соединения. Резьбы с изменяющейся шириной обычно находятся в самостопорящейся компоновке в конце свинчивания. Самостопорящаяся компоновка означает, что в конце свинчивания не остается осевого зазора резьбы ни между соответствующими опорными сторонами элемента с наружной резьбой и элемента с внутренней резьбой, ни между закладными сторонами элемента с наружной резьбой и элемента с внутренней резьбой соответственно.In the context of this document, the term "variable threaded zone" refers to threads, regardless of the specific thread form, that increase in axial width (i.e., the axial distance between the supporting sides and the embedded sides, measured along the longitudinal axis of the pipe) in opposite directions by respectively an element with an external thread and an element with an internal thread, so that complementary external and internal threads with varying widths engage when the connection is made up. Variable width threads are usually in a self-locking arrangement at the end of the make-up. The self-locking arrangement means that at the end of the make-up there is no axial thread clearance between the respective bearing sides of the male threaded member and the female threaded member, or between the insert sides of the male threaded member and the female threaded member, respectively.
Скорость, с которой резьбы изменяются по ширине вдоль соединения, определяется переменной, известной как «изменяющееся отношение ширины». В контексте данного документа термин «изменяющееся отношение ширины», хотя технически это не отношение, относится к разнице между ходом закладной стороны и ходом опорной стороны и описывает, как противоположные поверхности сближаются при каждом обороте резьбы. Кроме того, в контексте данного документа термин «ход» резьбы относится к дифференциальному расстоянию между компонентами резьбы на последовательных резьбах. Таким образом, «ход закладной стороны» представляет собой расстояние между закладными сторонами последовательных шагов резьбы по осевой длине соединения. Разница в ширине резьбы для резьбы с изменяющейся шириной возникает в результате того, что опорные стороны имеют разные ходы по сравнению с закладными сторонами. Ход резьбы может быть выражен в мм на один оборот. Следует отметить, что это значение противоположно обычно используемому термину «шаг резьбы», который обычно измеряется количеством витков резьбы на миллиметр.The rate at which the threads change in width along the joint is determined by a variable known as the "changing width ratio". In the context of this document, the term "changing width ratio", although technically not a ratio, refers to the difference between the stroke of the embed side and the stroke of the back side and describes how the opposing surfaces approach each turn of the thread. Also, in the context of this document, the term "lead" of a thread refers to the differential distance between thread components on successive threads. Thus, the "embedd side stroke" is the distance between the embedded sides of successive thread pitches along the axial length of the connection. The difference in thread width for variable width threads results from the fact that the abutment sides have different strokes compared to the embed sides. The thread lead can be expressed in mm per revolution. It should be noted that this value is the opposite of the commonly used term "thread pitch", which is usually measured by the number of threads per millimeter.
Обычно резьбы с изменяющейся шириной, например, как описано в патенте США №5360239 или патенте США №6682101, не имеют заплечиков с жестким упором для крутящего момента, поэтому их свинчивание является «неопределенным». В результате относительное положение элемента с наружной резьбой и элемента с внутренней резьбой может изменяться в большей степени при выбранном свинчивании для данного диапазона прилагаемого крутящего момента, чем для соединений, имеющих заплечик с жестким упором для крутящего момента. Таким образом, для резьб с изменяющейся шириной, имеющих натяг сторон при выбранном свинчивании и не имеющих заплечика с жестким упором для крутящего момента, номинальный крутящий момент при свинчивании определяется таким образом, чтобы выбранная величина крутящего момента получалась после того, как наблюдается сопротивление крутящему моменту из-за посадки с натягом оператором на диаграмме свинчивания.Typically, variable width threads, such as those described in US Pat. No. 5,360,239 or US Pat. No. 6,682,101, do not have hard torque shoulders, so their make-up is "indeterminate". As a result, the relative position of the male threaded member and the female threaded member may vary more for the selected make-up for a given range of applied torque than for connections having a hard torque shoulder. Thus, for threads with varying widths that have flank interference at the selected make-up and do not have a hard torque shoulder, the nominal make-up torque is determined so that the selected torque value is obtained after torque resistance is observed from - for interference fit by the operator on the make-up diagram.
Таким образом, резьба с изменяющейся шириной может обеспечивать резьбовое уплотнение при более высоких давлениях газа и/или жидкости за счет конструкции соединения, обеспечивающего больший натяг сторон и/или натяг впадин/вершин. Однако повышенный натяг может увеличить нагрузку на соединение во время выбранного свинчивания, что может привести к преждевременному выходу соединения из строя. Кроме того, те резьбы с изменяющейся шириной с наибольшей посадкой с натягом свинчиваются еще более неопределенно, относительное осевое положение элемента с наружной резьбой и элемента с внутренней резьбой в конце свинчивания будет меняться в течение последовательных циклов свинчивания и развинчивания.Thus, variable width threads can provide a thread seal at higher gas and/or liquid pressures by designing the joint to provide more flank and/or root/crown interference. However, increased tightness can increase the load on the connection during the selected make-up, which can lead to premature failure of the connection. In addition, those variable width threads with the largest interference fit are made up even more indefinitely, the relative axial position of the male and female threads at the end of make-up will change during successive make-up and break-out cycles.
Как упоминалось ранее, резьбы с изменяющейся шириной обычно не содержат заплечики с жестким упором для крутящего момента, потому что заплечики с жестким упором для крутящего момента уменьшают толщину трубы, доступную для резьб. Вместо этого резьбы основаны на «эффекте клина» или резьбах с изменяющейся шириной, зацепляющихся закладными и опорными сторонами и позволяющих изменяющемуся отношению ширины действовать как «заплечик для крутящего момента». С резьбовыми соединениями с изменяющейся шириной все же могут остаться сложности. Однако, поскольку относительные окончательные положения элементов с внутренней и наружной резьбой после завершения выбранного свинчивания резьб с изменяющейся шириной могут варьироваться от одного свинчивания к другому, это может вызвать изменение контактных напряжений нерезьбовых элементов соединения, т.е. уплотнений. Выход из строя уплотнений может привести к преждевременному выходу из строя резьбового соединения.As previously mentioned, variable width threads typically do not include hard torque shoulders because hard torque shoulders reduce the thickness of the pipe available to the threads. Instead, the threads are based on "wedge effect" or threads with varying widths engaging the insert and back sides and allowing the varying width ratio to act as a "torque shoulder". Threaded connections with varying widths can still be tricky. However, since the relative final positions of the female and male threads after the selected make-up of variable width threads has been completed may vary from one make-up to the next, this may cause the contact stresses of the non-threaded members of the connection to change, i.e. seals. Failure of seals can lead to premature failure of the threaded connection.
Таким образом, из документа US-2011/278838 известно резьбовое соединение с изменяющейся шириной с внутренним заплечиком с жестким упором для крутящего момента, смежным с внутренним уплотнением, для улучшения соответствующих характеристик уплотнения. Заплечик с жестким упором для крутящего момента позволяет правильно расположить уплотнительные поверхности. Обработка этого резьбового соединения требует небольших допусков на обработку, чтобы достичь надлежащего баланса между уплотнением и резьбой с изменяющейся шириной, которые в то же время должным образом сочетаются.Thus, from document US-2011/278838 a threaded connection with a variable width with an internal shoulder with a rigid torque stop adjacent to the internal seal is known to improve the corresponding sealing characteristics. A shoulder with a rigid torque stop allows the correct positioning of the sealing surfaces. The machining of this threaded connection requires small machining tolerances to achieve the proper balance between sealing and variable width threads, which at the same time match properly.
Из документа US-9273521 известен другой тип резьбового соединения с изменяющейся шириной с наружным заплечиком с жестким упором для крутящего момента, смежным с наружным уплотнением, но в соответствии с рекомендациями этого документа для снижения риска выскакивания независимо от положения резьбы при низком крутящем моменте свинчивания после свинчивания остается осевой промежуток между закладными сторонами. Соединение не имеет самостопорящейся компоновки и допускает более высокие допустимые допуски на обработку, поэтому резьбы не могут обеспечить какой-либо элемент уплотнения, а герметичность должна быть достигнута путем добавления элементов уплотнения на обоих концах резьбовой части. В случае чрезмерного крутящего момента как наружный заплечик, так и уплотнения будут пластически деформироваться, и производительность будет неприемлемой. Документ US-9273521 не содержит информации о решении для возможности повышенного крутящего момента.From US-9273521 another type of variable width threaded connection with an external shoulder with a hard torque stop adjacent to the external seal is known, but following the recommendations of this document to reduce the risk of pop-out regardless of the position of the thread at low make-up torque after make-up there is an axial gap between the mortgage sides. The connection does not have a self-locking arrangement and allows higher allowable machining tolerances, so the threads cannot provide any sealing element, and tightness must be achieved by adding sealing elements at both ends of the threaded part. In the event of excessive torque, both the outer shoulder and the seals will plastically deform and performance will be unacceptable. Document US-9273521 does not contain information about the solution for the possibility of increased torque.
Из документа US-2018-340378 также известно другое резьбовое соединение с изменяющейся шириной с заплечиком с жестким упором для крутящего момента, обеспечиваемым специальной конструкцией упора резьбы на конце резьбовой части как элемента с наружной резьбой, так и элемента с внутренней резьбой. Упоры наружной и внутренней резьб выполнены с возможностью контакта, когда наружная и внутренняя резьбы с изменяющейся шириной полностью зацеплены. Согласно этой конструкции упор наружной резьбы и упор внутренней резьбы действуют как традиционный заплечик с жестким упором для крутящего момента и «защищают» соединение в случае чрезмерного крутящего момента резьбового соединения либо во время свинчивания, либо во время других внутрискважинных операций. В такой конфигурации, когда соединение чрезмерно затянуто, резьба перестает перемещаться в контакт и может препятствовать дополнительному относительному вращательному движению (и повреждению резьбы) резьбовых трубных элементов. В документе US-2018-340378 содержится информация о поддержании контактных напряжений между упорами резьбы ниже предела текучести материала соединения.Also known from US-2018-340378 is another variable width threaded connection with a rigid torque stop shoulder provided by a special design of the thread stop at the end of the threaded portion of both the male and female threads. The stops of the external and internal threads are made with the possibility of contact when the external and internal threads with varying width are fully engaged. According to this design, the male thread stop and the female thread stop act as a conventional hard torque shoulder and "protect" the connection in the event of excessive torque on the threaded connection, either during make-up or other downhole operations. In such a configuration, when the connection is overtightened, the threads stop moving into contact and can prevent additional relative rotational movement (and thread damage) of the threaded tubular members. US-2018-340378 provides information on maintaining contact stresses between thread stops below the yield strength of the joint material.
Существует потребность в соединении с надлежащим балансом между затратами на механическую обработку, высокими характеристиками уплотнения с точным относительным положением уплотнения в конце свинчивания и обеспечением предсказуемой процедуры свинчивания, чтобы выдерживать более высокий крутящий момент после свинчивания при вставке и/или вращении в скважине.There is a need for a connection with a proper balance between machining costs, high seal performance with accurate relative seal position at the end of the make-up, and providing a predictable make-up procedure to withstand higher post-make-up torque during insertion and/or rotation in the well.
В настоящем изобретении предложено усовершенствованное соединение в отношении низких производственных затрат и вышеупомянутых проблем.The present invention provides an improved connection with respect to low manufacturing costs and the above problems.
Настоящее изобретение относится к резьбовому соединению, содержащему первый и второй трубные компоненты, причем первый трубный компонент содержит первое тело трубы и охватываемый конец, причем охватываемый конец содержит дальнюю поверхность и резьбовую зону, расположенную на наружной периферийной поверхности охватываемого конца, причем второй трубный компонент содержит второе тело трубы и охватывающий конец, содержащий дальнюю поверхность и резьбовую зону, расположенную на внутренней периферийной поверхности охватывающего конца, причем как охватываемая, так и охватывающая резьбовые зоны соответственно содержат изменяющуюся зону, где резьба имеет изменяющуюся ширину, и неизменяющуюся зону, смежную с изменяющейся зоной, где резьба имеет постоянную ширину, причем изменяющаяся зона охватываемой резьбовой зоны свинчена с изменяющейся зоной охватывающей резьбовой зоны, и неизменяющаяся зона охватываемой резьбовой зоны свинчена с неизменяющейся зоной охватывающей резьбовой зоны, причем профиль резьбы охватываемой и охватывающей резьбовых зон является трапециевидным и содержит опорную сторону, закладную сторону, впадину и вершину, при этом наружный заплечик конца с наружной резьбой на охватываемом конце находится в осевом упорном контакте с соответствующей упорной поверхностью охватывающей дальней поверхности, причем такой наружный заплечик конца с наружной резьбой удерживается между первым телом трубы и охватываемой резьбовой частью.The present invention relates to a threaded joint comprising first and second tubular components, the first tubular component comprising a first pipe body and a male end, the male end comprising a distal surface and a threaded area located on an outer peripheral surface of the male end, the second tubular component comprising a second a pipe body and a female end containing a distal surface and a threaded zone located on the inner peripheral surface of the female end, and both the male and female threaded zones respectively contain a variable zone, where the thread has a variable width, and an unchanging zone adjacent to the variable zone, where the thread has a constant width, and the changing area of the male threaded area is screwed with the changing area of the female threaded area, and the unchanging area of the male threaded area is screwed to the unchanging area of the female threaded area, and the thread profile of the male and female threaded areas is trapezoidal and contains a support side, a mortgage a side, a trough and a top, wherein the outer shoulder of the male end at the male end is in axial buttress contact with the corresponding abutment surface of the female distal surface, such outer shoulder of the male end being held between the first pipe body and the male threaded part.
Предпочтительно осевой зазор резьбы между закладной стороной наружной резьбы и закладной стороной внутренней резьбы в неизменяющейся зоне может составлять от 0,002 мм до 1 мм, предпочтительно от 0,05 до 0,5 мм, еще более предпочтительно может быть равен 0,036 мм после свинчивания.Preferably, the axial thread clearance between the insertion side of the male thread and the insertion side of the internal thread in the fixed zone may be 0.002 mm to 1 mm, preferably 0.05 to 0.5 mm, even more preferably 0.036 mm after make-up.
Например, количество витков в пределах изменяющейся зоны, в случае если изменяющиеся зоны свинчены в самостопорящейся компоновке так, что закладная сторона наружной резьбы контактирует с закладной стороной внутренней резьбы, а опорная сторона наружной резьбы контактирует с опорной стороной внутренней резьбы, может составлять от 2 до 15, предпочтительно от 2 до 12.For example, the number of turns within the variable zone, in the event that the variable zones are screwed together in a self-locking arrangement such that the insert side of the male thread contacts the insert side of the female thread and the seat side of the male thread contacts the seat side of the female thread, may be from 2 to 15 , preferably from 2 to 12.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения 5-50% от количества витков в пределах охватывающей изменяющейся зоны могут иметь профиль резьбы с неполной высотой, при этом вершины внутренней неполной резьбы в изменяющейся зоне удерживаются на цилиндрической части.In a preferred embodiment of the present invention, 5-50% of the number of threads within the female variable zone may have a partial height thread profile, with the tips of the internal partial thread in the variable zone being held on the cylindrical portion.
Подобным образом, в том же предпочтительном варианте осуществления или в другом варианте осуществления 10-30% от общего количества витков охватывающей резьбовой зоны могут иметь профиль резьбы с неполной высотой.Similarly, in the same preferred embodiment or another embodiment, 10-30% of the total number of threads of the female threaded area may have a partial height thread profile.
Предпочтительно изменяющаяся и неизменяющаяся зоны могут быть смежными на одной и той же винтовой линии. И еще более предпочтительно каждая из обеих из охватываемой и охватывающей резьбовых зон выполнена из одной винтовой линии.Preferably, the variable and non-variable zones may be adjacent on the same helix. And even more preferably, each of both the male and female threaded zones is made of a single helix.
В предпочтительном варианте осуществления 0-50% от количества витков в пределах охватываемой неизменяющейся зоны могут иметь профиль резьбы с неполной высотой, при этом вершины наружной неполной резьбы в неизменяющейся зоне удерживаются на цилиндрической части.In a preferred embodiment, 0-50% of the number of threads within the male fixed zone may have a partial height thread profile, with the external partial threads in the fixed zone being held on the cylindrical portion.
Трапециевидный профиль резьбы охватываемой и охватывающей резьбовых зон предпочтительно может представлять собой ласточкин хвост во избежание выскакивания в условиях высокого внутреннего давления. С этой целью трапециевидный профиль резьбы охватываемой и охватывающей резьбовых зон может содержать опорную и/или закладную стороны, предусматривающие «отрицательные» углы на по меньшей мере части радиального размера соответствующих сторон. Опорная сторона и закладная сторона охватываемой и охватывающей резьбовых зон могут определять отрицательный угол с плоскостью, перпендикулярной продольной оси первого компонента, причем такой отрицательный угол находится в диапазоне от 1° до 15°, предпочтительно от 3° до 7°, например, равен 5°.The trapezoidal thread profile of the male and female threaded zones may preferably be dovetailed to avoid popping out under high internal pressure conditions. To this end, the trapezoidal thread profile of the male and female threaded zones may include support and/or embed sides providing "negative" angles on at least a portion of the radial dimension of the respective sides. The bearing side and the embed side of the male and female threaded zones may define a negative angle with a plane perpendicular to the longitudinal axis of the first component, such a negative angle being in the range of 1° to 15°, preferably 3° to 7°, for example equal to 5° .
Например, после свинчивания между вершинами наружных резьб и впадинами внутренних резьб может оставаться радиальный промежуток, например, радиальный промежуток, составляющий от 0,05 мм до 0,5 мм, предпочтительно от 0,05 до 0,15 мм, например, равный 0,1 мм.For example, after make-up, a radial gap may remain between the tops of the external threads and the troughs of the internal threads, for example, a radial gap of from 0.05 mm to 0.5 mm, preferably from 0.05 to 0.15 mm, for example, equal to 0, 1 mm.
Наружный заплечик конца с наружной резьбой также может определять обратный угол, составляющий от 1° до 45°, предпочтительно от 5° до 20°, например, равный 15°. Такая конфигурация лучше выдерживает сжатие.The outer shoulder of the male end may also define a reverse angle of 1° to 45°, preferably 5° to 20°, such as 15°. This configuration better withstands compression.
Охватываемая дальняя поверхность может оставаться на ненулевом расстоянии от любой соответствующей внутренней поверхности охватывающего конца после свинчивания.The male distal surface may remain a non-zero distance from any appropriate inner surface of the female end after make-up.
Предпочтительно резьбовое соединение может содержать уплотнение металл-металл по типу торус-конус, предпочтительно когда торус находится на охватываемом конце, а конус - на охватывающем конце, причем такое уплотнение металл-металл находится напротив наружного заплечика конца с наружной резьбой и расположено между охватываемой резьбовой зоной и охватываемой дальней поверхностью. Таким образом, уплотнение металл-металл расположено на удалении от заплечика, который может пластически деформироваться. С целью дополнительной защиты уплотнения металл-металл цилиндрическая канавка может быть предусмотрена между охватываемой резьбовой частью и частью уплотнения металл-металл.Preferably, the threaded connection may comprise a torus-cone metal-to-metal seal, preferably with the torus at the male end and the cone at the female end, such a metal-to-metal seal opposite the outer shoulder of the male end and located between the male threaded area and covered far surface. Thus, the metal-to-metal seal is located away from the shoulder, which can be plastically deformed. For additional protection of the metal-to-metal seal, a cylindrical groove may be provided between the male threaded portion and the metal-to-metal seal portion.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения резьбовые зоны являются конусообразными с конусностью, находящейся в диапазоне от 4% до 15%, предпочтительно составляющей 1/14.According to a preferred embodiment of the present invention, the threaded zones are tapered with a taper ranging from 4% to 15%, preferably 1/14.
Целью настоящего изобретения также является применение резьбового соединения согласно настоящему изобретению в качестве такового для обсадной трубы или хвостовика, при этом внешний диаметр тела трубы выбран больше 177,8 мм (7 дюймов), предпочтительно больше 244,5 мм (9 5/8 дюйма) и еще предпочтительнее больше 406,4 мм (16 дюймов), причем резьбовые соединения этих обсадной трубы и хвостовика выполнены «полуобтекаемыми».It is also an object of the present invention to use the threaded connection of the present invention as such for casing or liner, wherein the outside diameter of the pipe body is chosen to be greater than 177.8 mm (7 inches), preferably greater than 244.5 mm (9 5/8 inches) and more preferably greater than 406.4 mm (16 inches), wherein the threaded connections of these casing and liner are "semi-streamlined".
В сочетании с резьбовым соединением согласно настоящему изобретению целью настоящего изобретения также является определение способа свинчивания этого резьбового соединения, при этом упор наружного заплечика конца с наружной резьбой в соответствующую упорную поверхность охватывающего конца происходит до того, как осевой зазор резьбы между закладной стороной наружной резьбы и закладной стороной внутренней резьбы в изменяющейся зоне будет равен нулю. Такой способ может быть определен таким образом, что в конце свинчивания наружный заплечик конца с наружной резьбой упирается в соответствующую упорную поверхность охватывающего конца, и осевой зазор резьбы между закладными сторонами в изменяющейся зоне остается большим или равным 0. В качестве альтернативы или в дополнение к этому, в конце свинчивания осевой зазор резьбы между закладными сторонами в изменяющейся зоне может оставаться меньше осевого зазора резьбы между закладными сторонами в неизменяющейся зоне.In combination with a threaded connection according to the present invention, the aim of the present invention is also to determine the method of making up this threaded connection, while the contact of the external shoulder of the male end against the corresponding abutment surface of the female end occurs before the axial clearance of the threads between the embed side of the male thread and the embed side of the female thread in the changing zone will be equal to zero. Such a method can be defined such that at the end of the make-up, the outer shoulder of the male end abuts against the corresponding abutment surface of the female end and the axial clearance of the threads between the insert sides in the changing zone remains greater than or equal to 0. Alternatively or in addition to this , at the end of make-up, the axial clearance of the thread between the embedded sides in the variable zone may remain less than the axial clearance of the thread between the embedded sides in the unchanged zone.
Дополнительные характеристики и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из следующего подробного описания и графических материалов, на которых:Additional features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description and drawings, in which:
на фиг. 1 схематически показана резьбовая зона соединения согласно настоящему изобретению в половинном виде в продольном сечении;in fig. 1 schematically shows the threaded area of the connection according to the present invention in half view in longitudinal section;
на фиг. 2a и 2b представлены подробные виды в продольном сечении трапециевидного профиля резьбы охватывающей и соответственно охватываемой резьбовых зон соединения согласно настоящему изобретению;in fig. 2a and 2b are detailed longitudinal sectional views of the trapezoidal thread profile of the female and respectively male threaded regions of a joint according to the present invention;
на фиг. 3 представлен график, показывающий процесс изменения ходов между опорными сторонами и закладными сторонами вдоль резьб охватываемого и охватывающего элементов в соответствии с фиг. 1 в зависимости от расстояния от дальней поверхности охватываемого конца;in fig. 3 is a graph showing the process of changing strokes between the supporting sides and the embedded sides along the threads of the male and female elements in accordance with FIG. 1 depending on the distance from the far surface of the male end;
на фиг. 4 схематично показаны в половинном виде в продольном сечении подробности охватываемого конца между резьбовой зоной и дальней поверхностью охватываемого конца;in fig. 4 shows schematically in half view in longitudinal section the details of the male end between the threaded area and the distal surface of the male end;
на фиг. 5a и 5b показаны в половинном виде в продольном сечении подробности изменения деформации, наблюдаемой в конце свинчивания в соединении согласно настоящему изобретению, на основе анализа упругопластических свойств способом конечных элементов для охватывающего конца и охватываемого конца соответственно между наружным заплечиком и их резьбовыми зонами;in fig. 5a and 5b show, in half view in longitudinal section, details of the change in strain observed at the end of make-up in a joint according to the present invention, based on finite element analysis of elastic-plastic properties for the female end and the male end, respectively, between the outer shoulder and their threaded zones;
на фиг. 6 показана кривая свинчивания крутящего момента соединения согласно настоящему изобретению.in fig. 6 shows a torque make-up curve for a joint according to the present invention.
Прилагаемые графические материалы служат не только для дополнения настоящего изобретения, но и, при необходимости, для его определения. Как и в случае со всеми графическими материалами в половинном виде в продольном сечении настоящей заявки, представления иллюстрируют полуплоскости, поскольку обе полуплоскости вдоль вида в продольном сечении по существу симметричны относительно оси трубы и соединения.The accompanying drawings serve not only to complement the present invention, but, if necessary, to define it. As is the case with all of the longitudinal half-section drawings of this application, the representations illustrate half-planes because both half-planes along the longitudinal section view are substantially symmetrical about the pipe and joint axis.
На фиг. 1 представлено соединение согласно настоящему изобретению, образованное свинчиванием первого трубного компонента C1, имеющего охватываемый конец 1, со вторым трубчатым компонентом C2, оснащенным охватывающим концом 2. Соединение содержит внутреннее уплотнение 3.In FIG. 1 shows a connection according to the present invention, formed by screwing a first tubular component C1, having a
Каждый из трубных компонентов C1 и C2 содержит тело трубы, соответственно 10 и 20. Охватывающий конец и охватываемый конец, предназначенные для образования соединения согласно настоящему изобретению, расположены на концах таких труб. Охватываемый конец 1 расположен на одном конце первого тела 10 трубы. Охватывающий конец 2 расположен на одном конце второго тела 20 трубы. Тела 10 и 20 труб могут иметь длину в несколько метров, например, тип диапазона 3 имеет длину от 10 до 15 метров. Предпочтительно тела 10 и 20 труб имеют одинаковый номинальный внешний диаметр и одинаковую номинальную ширину трубы. Труба большой длины может быть оснащена охватываемым коном на одном конце и охватывающим резьбовым элементом на противоположном конце. Однако настоящее изобретение, тем не менее, может быть также применено к соединению, в котором используется муфта, содержащая короткую трубку, оснащенную охватывающими концами на обоих своих концах.Each of the pipe components C1 and C2 comprises a
Соединение согласно настоящему изобретению может быть использовано для образования обсадных колонн или колонн насосно-компрессорных труб для углеводородных скважин, ремонтных разделительных колонн или колонн бурильных труб для тех же самых скважин.The connection according to the present invention can be used to form casing strings or tubing strings for hydrocarbon wells, workover separation strings or drill pipe strings for the same wells.
Трубы предпочтительно образованы из стали. Например, марка стального материала составляет от 80 тысяч фунтов на квадратный дюйм (550 МПа) до 140 тысяч фунтов на квадратный дюйм (965 МПа). Например, марка стали составляет выше 100 тысяч фунтов на квадратный дюйм (690 МПа), например, 125 тысяч фунтов на квадратный дюйм (860 МПа). Фактически они могут быть изготовлены из разных марок нелегированной, низколегированной или высоколегированной стали или даже из черного или цветного сплава, термообработаны или наклепаны в зависимости от условий эксплуатации, таких как, например: уровень механической нагрузки, коррозионный характер текучей среды внутри или снаружи труб и т. д. Возможно также применение стальных труб, обладающих низкой коррозионной стойкостью, покрытых защитным покрытием, например, покрытием из коррозионностойкого сплава или синтетического материала.The pipes are preferably formed from steel. For example, the grade of steel material is from 80 thousand psi (550 MPa) to 140 thousand psi (965 MPa). For example, the steel grade is above 100 thousand pounds per square inch (690 MPa), for example, 125 thousand pounds per square inch (860 MPa). In fact, they can be made from different grades of unalloyed, low-alloyed or high-alloyed steel, or even from black or non-ferrous alloy, heat treated or riveted, depending on operating conditions, such as, for example: the level of mechanical stress, the corrosive nature of the fluid inside or outside the pipes, etc. e. It is also possible to use steel pipes with low corrosion resistance coated with a protective coating, for example, a coating of a corrosion-resistant alloy or synthetic material.
На фиг. 1 охватываемый конец 1 содержит охватываемую резьбовую зону 13, расположенную на наружной периферийной поверхности указанного охватываемого конца 1, и охватывающий конец 2 содержит охватывающую резьбовую зону 23 на внутренней периферийной поверхности охватывающего конца. Согласно этому варианту осуществления как охватываемая, так и охватывающая резьбовые зоны 13 и 23 являются конусообразными по существу с одинаковой конусностью, например, с конусностью, находящейся в диапазоне от 4 % до 15 %, предпочтительно составляющей приблизительно 1/14.In FIG. 1, the
Для свинчивания таких резьбовых зон 13 и 23 вместе предпочтительно использовать смазку для герметизации резьбового соединения или покрытие, не содержащее смазку, уже нанесенное на по меньшей мере одну из резьбовых зон.To screw such threaded
Внутренняя охватываемая кромка 11 обеспечена между охватываемой резьбовой зоной 13 и свободным дальним концом 17 охватываемого конца 1. Свободная дальняя поверхность 17 проходит по существу радиально относительно продольной оси компонента C1. В конце свинчивания охватываемая дальняя поверхность 17 никак не контактирует с охватывающим концом 2. Охватывающий конец 2 содержит охватывающую внутреннюю выточку 24, обращенную к охватываемой внутренней кромке 11. Эта охватывающая внутренняя выточка содержит внутренний заплечик 28 на ненулевом расстоянии от охватываемой дальней поверхности 17.An inner
Охватывающая внутренняя выточка также содержит коническую охватывающую внутреннюю уплотняющую поверхность 26 с диаметром, который уменьшается по направлению к внутреннему упору 28 с углом полураствора конуса в диапазоне от 2° до 15°. Эта уплотнительная поверхность 26 способна вступать в контакт с натягом с соответствующей охватываемой внутренней уплотнительной поверхностью 15, обеспеченной на внутренней охватываемой кромке 11. Охватывающая внутренняя уплотнительная поверхность 26 может иметь такую же конусность, что и охватываемая внутренняя уплотнительная поверхность 15. Охватываемая внутренняя уплотнительная поверхность 15 может быть тороидальной с радиусом выпуклости в диапазоне от 10 до 80 мм.The female inner recess also comprises a conical female
Кроме того, охватываемый конец 1 содержит охватываемую внешнюю выточку 34 на своей наружной периферии за охватываемой резьбовой зоной 13 в направлении тела 10 трубы. Охватываемая внешняя выточка содержит цилиндрическую поверхность 34, непосредственно смежную с охватываемой резьбовой зоной 13, причем такая цилиндрическая поверхность 34 доходит вплоть до наружной упорной поверхности 37, также называемой наружным заплечиком 37 конца с наружной резьбой. Охватывающий конец 2 дополнительно содержит внешнюю охватывающую кромку 21 на своей внутренней периферии за резьбовой зоной 23 в направлении свободной дальней поверхности 42. Указанная внешняя охватывающая кромка 21 имеет цилиндрическую форму и обращена на ненулевом расстоянии к соответствующей цилиндрической поверхности 34 охватываемой внешней выточки.In addition, the
В конце свинчивания охватывающая дальняя поверхность 42 образует упорную поверхность, которая упирается в соответствующую охватываемую наружную упорную поверхность 37, для обеспечения соединения с наружным заплечиком. Наружная упорная поверхность 37 имеет положительный угол относительно перпендикуляра к продольной оси соединения. Положительный угол ориентирован в тригонометрическом смысле, т. е. по часовой стрелке. Как наружная упорная поверхность 37, так и охватывающая дальняя поверхность 42 предпочтительно представляют одинаковый угол. Альтернативно охватывающая дальняя поверхность может немного не совпадать с положительным углом α. Положительный угол α находится в диапазоне от 1° до 45°, предпочтительно от 5° до 20° и в раскрытом варианте осуществления равен 15°.At the end of make-up, the female
Резьбовая зона 13 и 23 содержит трапециевидную резьбу с профилем зубьев резьбы, содержащим опорную сторону LF, закладную сторону SF, впадину R и вершину С. Зубья 10 наружной трапециевидной резьбы содержат опорную сторону LFp, закладную сторону SFp, впадину Rp и вершину Cp. Зубья внутренней трапециевидной резьбы содержат опорную сторону LFb, закладную сторону SFb, впадину Rb и вершину Cb. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения на фиг. 2a и 2b эти резьбовые зоны содержат зубья с профилем «ласточкин хвост», так что впадина Rp и Rb и вершина Cp и Cb параллельны продольной оси X тел 10 и 20 труб, и оба из угла β1 между опорной стороной FPp или FPb и смежной впадиной Rp и Rb соответственно и соответственно угла β2 между закладной стороной SFp и смежной впадиной Rp и Rb соответственно меньше 90°, предпочтительно меньше или равны 85°. Предпочтительно углы β1 и d2 равны.The threaded
Трапециевидный профиль резьбы представляет собой ласточкин хвост, поэтому ширина вершины больше ширины этих зубьев в положении, определенном между этой вершиной и смежными впадинами. Предпочтительно, как представлено, высота Hp зубьев наружной резьбы в радиальном направлении меньше, чем высота Hb зубьев внутренней резьбы, так что между вершиной Cp наружной резьбы и впадиной Rp внутренней резьбы определен радиальный зазор. Поскольку резьбовые зоны 13 и 23 является конусообразными, радиальная высота Hsfp опорной стороны LFp наружной резьбы меньше, чем Hp, и, соответственно, радиальная высота Hsfb опорной стороны LFb внутренней резьбы меньше, чем Hb, тогда как Hsfp меньше, чем Hsfb. Этот радиальный зазор определяет путь винтовой линии для уплотняющей смазки во время свинчивания. Поскольку вершины и впадины параллельны одной и той же продольной оси, радиальный зазор может иметь постоянную радиальную высоту на всем протяжении пути, например, такую высоту, которая составляет 0,1 мм.The trapezoidal thread profile is a dovetail, so the width of the crest is greater than the width of these teeth at the position defined between that crest and adjacent troughs. Preferably, as shown, the height Hp of the external thread teeth in the radial direction is less than the height Hb of the internal thread teeth, so that a radial clearance is defined between the male thread crest Cp and the female thread root Rp. Since the threaded
Каждая резьбовая зона 13 и 23 содержит изменяющуюся зону 40, 50 или клиновидную зону и неизменяющуюся зону 41, 51. На фиг. 3 представлен график согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения, показывающий процесс изменения ходов между опорными сторонами и закладными сторонами соответственно для охватываемой резьбовой зоны и охватывающей резьбовой зоны в соответствии с фиг. 1 в зависимости от расстояния от дальней поверхности 17 охватываемого конца 1 при свинчивании соединения. График на фиг. 3 представляет значения хода соответственно закладных сторон (SFP_p) наружной резьбы, опорных сторон (LFP_p) наружной резьбы, закладных сторон (SFP_b) внутренней резьбы и опорных сторон (LFP_b) внутренней резьбы вдоль оси y, причем ось x представляет расположение резьбы вдоль продольной оси трубного компонента между охватывающей дальней упорной поверхностью 42 и охватываемой дальней поверхностью 17 при свинчивании соединения.Each threaded
Точнее, на фиг. 3 охватываемая резьбовая зона 13 содержит первую часть 40, при этом ход SFL_p между закладными сторонами наружной резьбы является постоянным со значением SFL_p1, и ход LFL_p между опорными сторонами наружной резьбы также является постоянным, но имеет другое значение LFL_p1. В примере, показанном на фиг. 1, LFL_p1 строго больше, чем SFL_p1. Например, в одном варианте осуществления настоящего изобретения:More precisely, in Fig. 3, the male threaded
LFL_p1 = 8,466 мм;LFL_p1 = 8.466 mm;
SFL_p1 = 8,066 мм.SFL_p1 = 8.066 mm.
Во второй неизменяющейся части 41 в охватываемой резьбовой зоне 13 ход SFL_p является постоянным с тем же значением SFP_p1, и ход LFL_p также является постоянным и теперь равен SFL_p.In the second unchanging part 41 in the male threaded
Таким образом, изменяющееся отношение ширины первой части 50, которое представляет собой разницу между ходом опорной стороны и ходом закладной стороны, в данном случае равняется 0,4 мм.Thus, the changing width ratio of the first part 50, which is the difference between the stroke of the support side and the stroke of the insert side, is in this case 0.4 mm.
На фиг. 3 охватывающая резьбовая зона 23 содержит первую часть 50, при этом ход SFL_b между закладными сторонами внутренней резьбы является постоянным со значением SFL_b1, и ход LFL_b между опорными сторонами внутренней резьбы также является постоянным, но имеет другое значение LFL_b1. В примере, показанном на фиг. 1, LFL_b1 строго больше, чем SFL_b1. Например, в одном варианте осуществления изобретения:In FIG. 3, the female threaded
LFL_p1 = LFL_b1; иLFL_p1 = LFL_b1; And
SFL_p1 = SFL_b1.SFL_p1 = SFL_b1.
Во второй части 51 в охватывающей резьбовой зоне 23 ход SFL_b является постоянным с тем же значением SFL_b1, и ход LFL_b также является постоянным и теперь равен SFL_b. В рамках объема настоящего изобретения приемлемы другие значения хода закладных сторон и хода опорных сторон.In the second part 51 in the female threaded
Таким образом, изменяющиеся отношения ширины первых частей 50 и 51 идентичны. Кроме того, охватываемая и охватывающая резьбовые зоны 13 и 23 сконструированы таким образом, что охватываемая изменяющаяся зона 40 перекрывает охватывающую изменяющуюся зону 50, и охватываемая неизменяющаяся зона 41 перекрывает охватывающую неизменяющуюся зону 51.Thus, the changing width ratios of the first portions 50 and 51 are identical. In addition, the male and female threaded
Свинчивание соединения согласно настоящему изобретению выполняется таким образом, что осевое перемещение охватываемого конца 1 в охватывающий конец 2 прекращается, когда обеспечивается упор наружного заплечика. Таким образом, определяется относительное положение изменения между изменяющейся и неизменяющейся зонами. Таким образом, изменение ходов закладных сторон как для охватываемой, так и для охватывающей резьбовых зон происходит в пределах одного и того же витка, предпочтительно в пределах одной и той же половины витка. Резьбовые зоны 13 и 23 могут быть однозаходными. Каждая резьбовая зона может иметь единственную однозаходную винтовую линию. Термин «единственная резьбовая винтовая линия» означает винтовую линию без прерывания. Таким образом, на одной винтовой линии изменяющаяся и неизменяющаяся зоны являются смежными. Угол β2 закладных сторон и угол β1 опорных сторон остаются одинаковыми как в изменяющихся зонах 40, 50, так и в неизменяющихся зонах 41, 51.The make-up of the connection according to the present invention is carried out in such a way that the axial movement of the
Когда зубья неизменяющихся зон 41 и 51 свинчиваются вместе, между закладными сторонами неизменяющихся зон 41 и 51 определяется осевой зазор резьбы (TAG), так как эта резьба с постоянной шириной не свинчивается в самостопорящейся компоновке. TAG, например, больше 0,3 мм. При упоре наружного заплечика 37 конца с наружной резьбой в соответствующую упорную поверхность 42 осевой зазор резьбы между опорными сторонами и закладными сторонами в изменяющейся зоне может быть положительным или равным нулю. В конце свинчивания, когда он положительный, такой осевой зазор резьбы между закладными сторонами в изменяющейся зоне 40, 50 остается меньше, чем TAG.When the teeth of the fixed zones 41 and 51 are screwed together, an axial thread clearance (TAG) is determined between the tangs of the fixed zones 41 and 51, since these fixed width threads are not screwed in a self-locking arrangement. TAG, for example, is greater than 0.3 mm. When the
Таким образом, после свинчивания, когда соединение опускается и вращается в стволе скважины, может быть приложен дополнительный крутящий момент, и такой дополнительный крутящий момент на заплечике приведет к пластической деформации по меньшей мере охватываемой наружной упорной поверхности 37, но затем стопорящиеся резьбы изменяющейся зоны 40 и 50 будут входить в контакт и подвергаться этому уровню крутящего момента, не влияя на герметичность, поскольку конструкция уплотнения допускает небольшое осевое перемещение поверхностей уплотнения. На фиг. 5a и 5b представлена область пластической деформации в пределах наружного заплечика 37 и соответствующей упорной поверхности 42, когда к свинченному соединению приложен избыточный крутящий момент V согласно фиг. 6. Заштрихованная зона 25 стенки, полностью деформируемая пластически, представлена через внешнюю охватывающую кромку 21 на фиг. 6a под действием этого повышенного крутящего момента. Внешняя охватывающая кромка 21 неустойчива в этих условиях чрезмерного крутящего момента. Заштрихованная под углом 45° зона 35 определена рядом с наружным заплечиком 37 по всей высоте этого наружного заплечика 37. Зона 35 является полностью деформируемой пластически, и в состоянии пластической деформации наружного упорного заплечика больше не будет продвижения, если будет приложен дополнительный крутящий момент за пределами уровня V, указанного на фиг. 6. Как видно на фиг. 5a и 5b, на этом уровне V резьбы вообще не деформированы пластически.Thus, after make-up, as the connection descends and rotates in the wellbore, additional torque may be applied and such additional torque on the shoulder will plastically deform at least the male
На фиг. 6 представлена перегрузочная способность по крутящему моменту по оси y соединения в зависимости от относительного количества витков элемента с наружной резьбой в элементе с внутренней резьбой по оси x. Как видно, перед свинчиванием (MU) элемент с наружной резьбой и элемент с внутренней резьбой вращаются относительно друг друга при очень низкой крутизне крутящего момента, поскольку сопротивление крутящему моменту возникает из-за уплотнения и/или радиального натяга резьб, если таковое имеется. Когда наружный заплечик начинает контактировать в точке O, наблюдается сильное увеличение крутизны диаграммы, но осевой зазор резьбы между закладной стороной наружной резьбы и закладной стороной внутренней резьбы в изменяющейся зоне все еще выше нуля, так как резьба в изменяющейся зоне еще не находится в самостопорящейся компоновке.In FIG. 6 shows the torque overload capacity in the y-axis of the connection as a function of the relative number of turns of an element with an external thread in an element with an internal thread in the x-axis. As can be seen, prior to make-up (MU), the male threaded member and the female threaded member are rotated relative to each other at a very low torque slope, since the torque resistance is due to sealing and/or radial interference of the threads, if any. When the male shoulder begins to contact at point O, there is a strong increase in the slope of the diagram, but the axial clearance of the threads between the insert side of the male thread and the insert side of the female thread in the variable zone is still above zero, since the thread in the variable zone is not yet in a self-locking arrangement.
От точки O до точки P крутизна линейная. Между O и P во внутренней охватываемой кромке 11 достигается максимальная пластическая деформация 0,2 %.From point O to point P the slope is linear. Between O and P in the inner
Конец свинчивания в соответствии с требованиями буровой установки MU или номинальным крутящим моментом свинчивания MU выбирается между O и P. От O до P относительное перемещение элементов с наружной резьбой и с внутренней резьбой с точки зрения количества витков «n» очень низкое, например, ниже 0,4 витка. Из-за жесткости наружного заплечика конец с наружной резьбой и конец с внутренней резьбой почти не вращаются относительно друг друга.The make-up end according to the requirements of the drilling rig MU or the rated make-up torque MU is selected between O and P. From O to P, the relative movement of male and female threaded elements in terms of the number of turns "n" is very low, for example below 0 .4 turns. Due to the rigidity of the outer shoulder, the male end and the female end hardly rotate relative to each other.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения номинальное свинчивание MU выбирают таким образом, чтобы осевой зазор резьбы между закладными сторонами в изменяющейся зоне оставался больше 0. Согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения номинальное свинчивание выбирают таким образом, чтобы осевой зазор резьбы между закладными сторонами в изменяющейся зоне больше не существовал и, таким образом, равнялся 0, тогда как осевой зазор резьбы между закладными сторонами в неизменяющейся зоне оставался строго больше 0.According to one embodiment of the present invention, the nominal make-up MU is chosen such that the axial clearance of the thread between the embedded sides in the variable zone remains greater than 0. According to an alternative embodiment of the present invention, the nominal make-up is selected such that the axial clearance of the thread between the embedded sides in the variable zone is greater than did not exist and, thus, was equal to 0, while the axial clearance of the thread between the embedded sides in the unchanged zone remained strictly greater than 0.
После точки P кривая слегка отклоняется, так как заплечик пластически деформируется. После MU, а тем более после точки P, резьбы изменяющейся зоны начинают поглощать перегрузочную способность по крутящему моменту. Осевой зазор резьбы между закладной стороной наружной резьбы и закладной стороной внутренней резьбы в изменяющейся зоне начинает постепенно смыкаться, и/или контактное давление между закладными сторонами увеличивается. Отклонение кривой перегрузочной способности по крутящему моменту после MU, а тем более после точки P, является признаком соединения согласно настоящему изобретению.After point P, the curve deviates slightly as the shoulder is plastically deformed. After MU, and even more so after point P, the threads of the changing zone begin to absorb the torque capacity. The axial clearance of the thread between the embedded side of the external thread and the embedded side of the internal thread in the changing zone begins to gradually close, and/or the contact pressure between the embedded sides increases. The deviation of the overload torque curve after MU, and even more so after point P, is a feature of the connection according to the present invention.
Уплотнение 3 представляет собой уплотнение металл-металл с длиной натяга уплотнения, при этом перед свинчиванием внешний диаметр охватываемой уплотнительной поверхности 16 превышает внутренний диаметр охватывающей уплотнительной поверхности 24 на заданном расстоянии, приблизительно соответствующем длине уплотнения.The
Как показано на фиг. 4, охватываемая уплотнительная поверхность 16 представляет собой закругленную по радиусу поверхность с большим радиусом кривизны, расположенную между конусообразной частью 60, по радиусу соединенной с охватываемой дальней поверхностью 17, с одной стороны и цилиндрической частью 61 с другой стороны. Канавка 62 определена на охватываемой внутренней кромке 11, так что канавка 62 расположена между охватываемой изменяющейся резьбовой зоной 40 и цилиндрической частью 61.As shown in FIG. 4, the male sealing surface 16 is a radially rounded surface with a large radius of curvature located between the tapered
Охватывающая изменяющаяся резьбовая зона 50 начинается с неполной резьбы, смежной с охватывающей внутренней выточкой 24, обращенной к этой канавке 62. Неполная резьба называется так потому, что высота резьбы меньше, чем Hb, так как вершина Cb внутренней резьбы в этом конкретном положении неполных резьб выровнена с одной и той же цилиндрической поверхностью. Внутренние неполные резьбы составляют менее половины витков резьбы изменяющейся зоны 50. Внутренние неполные резьбы составляют менее 30 % от общего количества витков резьбы охватывающей резьбовой зоны 23. Внутренние неполные резьбы содержатся исключительно в изменяющейся зоне.The female variable threaded area 50 begins with a partial thread adjacent to the female
Охватываемая неизменяющаяся резьбовая зона 51 начинается с неполной резьбы, смежной с охватываемой цилиндрической поверхностью 34. Неполная резьба называется так потому, что высота резьбы меньше Hp, так как вершина Cp наружной резьбы в этом конкретном положении неполных резьб выровнена на той же поверхности, что и цилиндрическая поверхность 34. Наружные неполные резьбы составляют менее половины витков резьбы в неизменяющейся зоне 51. Наружные неполные резьбы составляют менее 30 % от общего количества витков резьбы охватываемой резьбовой зоны 13. Наружные неполные резьбы содержатся исключительно в неизменяющейся зоне 51.The male, unvarying threaded zone 51 begins with a partial thread adjacent to the male
Количество витков резьбы в самостопорящейся компоновке в изменяющейся зоне установлено от 2 до 12, причем наибольшее количество витков приходится на самый большой размер наружного диаметра (OD) тела трубы. Например, для OD, составляющего 558,8 мм (22 дюйма), количество витков резьбы изменяющейся зоны составляет приблизительно 12, тогда как для OD, составляющего 431,8 мм (17 дюймов), количество витков резьбы изменяющейся зоны составляет приблизительно 9.The number of threads in the self-locking arrangement in the variable zone is set from 2 to 12, with the largest number of threads occurring on the largest outer diameter (OD) dimension of the pipe body. For example, for an OD of 558.8 mm (22 inches), the number of threads of the variable zone is approximately 12, while for an OD of 431.8 mm (17 inches), the number of threads of the variable zone is approximately 9.
Claims (18)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP19215951.5 | 2019-12-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2796572C1 true RU2796572C1 (en) | 2023-05-25 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA006187B1 (en) * | 2002-03-06 | 2005-10-27 | Рамос, Беверли Уоттс | Wedgethread pipe connection |
| RU2335686C1 (en) * | 2004-08-27 | 2008-10-10 | Сумитомо Метал Индастриз, Лтд. | Steel pipe threaded joint |
| RU2443931C2 (en) * | 2006-12-21 | 2012-02-27 | Хайдрил Компани | Threaded connection with modified working sides of thread profile |
| RU2678785C1 (en) * | 2017-11-14 | 2019-02-01 | Акционерное общество "Первоуральский новотрубный завод" | Threaded connection of oilfield casing and tubing goods with high resistance to compression and combined loads (options) |
| EP3514431A1 (en) * | 2016-09-16 | 2019-07-24 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Threaded joint |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA006187B1 (en) * | 2002-03-06 | 2005-10-27 | Рамос, Беверли Уоттс | Wedgethread pipe connection |
| RU2335686C1 (en) * | 2004-08-27 | 2008-10-10 | Сумитомо Метал Индастриз, Лтд. | Steel pipe threaded joint |
| RU2443931C2 (en) * | 2006-12-21 | 2012-02-27 | Хайдрил Компани | Threaded connection with modified working sides of thread profile |
| EP3514431A1 (en) * | 2016-09-16 | 2019-07-24 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Threaded joint |
| RU2678785C1 (en) * | 2017-11-14 | 2019-02-01 | Акционерное общество "Первоуральский новотрубный завод" | Threaded connection of oilfield casing and tubing goods with high resistance to compression and combined loads (options) |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГОСТ 632-80 "Трубы обсадные и муфты к ним. Технические условия", найдено в Интернет http://kalibr.info/GOST/632-80.pdf [он-лайн] [найдено 01.11.2022], дата публикации 11.03.2014 в соответствии с сайтом http://web.archive.org/web/20140311071649/http://kalibr.info/GOST/632-80.pdf. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1520083B1 (en) | Dovetail thread coupling for expandable tubulars | |
| US9004544B2 (en) | Threaded joint for tubes, pipes and the like | |
| EP1175577B1 (en) | Threaded connection with high compressive rating | |
| US6578880B2 (en) | Wedgethread pipe connection | |
| CA2185251C (en) | Threaded joint for tubes | |
| US7331614B2 (en) | Tubular threaded joint with trapezoid threads having convex bulged thread surface | |
| AU2016201258A1 (en) | Tubular connection with helically extending torque shoulder | |
| US9677346B2 (en) | Tubular connection with helically extending torque shoulder | |
| US12054994B2 (en) | Threaded connection for casing string of an oil well | |
| EP3997300A1 (en) | Threaded connection for exploration and production of a hydrocarbon well | |
| RU2796572C1 (en) | Screw connection and its application | |
| US20120146327A1 (en) | pipe connection | |
| US20020117856A1 (en) | Wedgethread pipe connection | |
| JP7549018B2 (en) | Partially self-locking engaging threaded connection with external shoulder capable of withstanding high torque | |
| JP7654631B2 (en) | Tubular threaded connections for the drilling and/or development of hydrocarbon wells | |
| EA044250B1 (en) | THREADED CONNECTION FOR OIL WELL CASING |