RU2808401C1 - Threaded connection of pump-compressor pipes - Google Patents
Threaded connection of pump-compressor pipes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808401C1 RU2808401C1 RU2022134305A RU2022134305A RU2808401C1 RU 2808401 C1 RU2808401 C1 RU 2808401C1 RU 2022134305 A RU2022134305 A RU 2022134305A RU 2022134305 A RU2022134305 A RU 2022134305A RU 2808401 C1 RU2808401 C1 RU 2808401C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- male
- thread
- female
- sealing
- elements
- Prior art date
Links
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 62
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 101150096674 C20L gene Proteins 0.000 description 1
- 102220543923 Protocadherin-10_F16L_mutation Human genes 0.000 description 1
- 101100445889 Vaccinia virus (strain Copenhagen) F16L gene Proteins 0.000 description 1
- 101100445891 Vaccinia virus (strain Western Reserve) VACWR055 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к резьбовым соединениям насосно-компрессорных труб и может быть использовано для соединения элементов колонн насосно-компрессорных труб, применяемых при строительстве и эксплуатации вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважин на нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождениях.The invention relates to threaded connections of tubing pipes and can be used to connect elements of tubing columns used in the construction and operation of vertical, directional and horizontal wells in oil, gas and gas condensate fields.
Насосно-компрессорные трубы, используемые на нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений, эксплуатируются в сложных условиях, при значительных механических нагрузках. При этом основными требованиями к насосно-компрессорным трубам являются сохранение герметичности при высоких разнонаправленных механических нагрузках и износостойкость.Tubing pipes used in oil, gas and gas condensate fields are operated in difficult conditions, under significant mechanical loads. At the same time, the main requirements for pumping and compressor pipes are maintaining tightness under high multidirectional mechanical loads and wear resistance.
Кроме того, в связи со сборкой резьбовых соединений насосно-компрессорных труб в «полевых» условиях необходимым их свойством являются высокие характеристики свинчиваемости - быстрота и легкость сборки и разборки соединения, надежная центровка, стабилизация элементов соединения друг относительно друга, выдерживание многократных свинчиваний-развинчиваний без повреждений (задиров) контактирующих поверхностей резьбы, уплотнительных и упорных торцевых поверхностей.In addition, in connection with the assembly of threaded connections of pump-compressor pipes in “field” conditions, their necessary property is high make-up characteristics - speed and ease of assembly and disassembly of the connection, reliable alignment, stabilization of the connection elements relative to each other, withstanding repeated make-up and unscrewing without damage (scoring) of the contacting surfaces of the threads, sealing and thrust end surfaces.
Известно резьбовое соединение насосно-компрессорных труб (патент RU №182758, Е21В 17/042, F16L 15/00, опубл. 30.08.2018), принятое в качестве прототипа, содержащее охватываемый и охватывающий элементы, на концах которых выполнены, соответственно, внешняя и внутренняя резьбы с конусностью 1:16, шагом 3,175 или 4,233 мм, с опорной гранью, выполненной под углом 1÷5° к нормали осевой линии резьбы, и закладной гранью, выполненной под углом 8÷12° к нормали осевой линии резьбы.A threaded connection of pump-compressor pipes is known (patent RU No. 182758, E21B 17/042, F16L 15/00, published on August 30, 2018), adopted as a prototype, containing male and female elements, at the ends of which there are, respectively, external and internal thread with a taper of 1:16, pitch 3.175 or 4.233 mm, with a supporting edge made at an angle of 1÷5° to the normal of the thread center line, and a embedded face made at an angle of 8÷12° to the normal of the thread center line.
Внутренний герметизирующий узел образован уплотнительными поверхностями, выполненными под углом 55÷65° к нормали осевой линии резьбы, и упорными торцевыми поверхностями, выполненными под углом 10÷20° к нормали осевой линии резьбы.The internal sealing unit is formed by sealing surfaces made at an angle of 55÷65° to the normal of the thread center line, and thrust end surfaces made at an angle of 10÷20° to the normal of the thread center line.
Однако резьбовое соединение насосно-компрессорных труб не обладает необходимыми характеристиками свинчиваемости, позволяющими соединению выдерживать многократные свинчивания-развинчивания без повреждений (образования задиров) контактирующих поверхностей резьбы, уплотнительных и упорных торцевых поверхностей. Заклинивание соединения на начальном этапе свинчивания и повреждение (образование задиров) поверхностей резьбы, уплотнительных и упорных торцевых поверхностей соединения при его эксплуатации ведет, под воздействием механических нагрузок высокого уровня, к потере герметичности соединения.However, the threaded connection of pump-compressor pipes does not have the necessary make-up characteristics that allow the connection to withstand repeated make-up and unscrewing without damage (the formation of scuffing) of the contacting surfaces of the thread, sealing and thrust end surfaces. Jamming of the connection at the initial stage of make-up and damage (formation of scoring) of the thread surfaces, sealing and thrust end surfaces of the connection during its operation leads, under the influence of high-level mechanical loads, to loss of tightness of the connection.
Технический результат, обеспечиваемый заявляемым изобретением, заключается в высокой степени герметичности соединения при воздействии комбинированных разнонаправленных механических нагрузок за счет улучшенных характеристик свинчиваемости соединения - обеспечения на начальном этапе свинчивания надежной центровки охватывающего элемента относительно охватываемого и предотвращения заклинивания соединения, отсутствия повреждений поверхностей соединения при многократных свинчиваниях-развинчиваниях.The technical result provided by the claimed invention is a high degree of tightness of the connection under the influence of combined multidirectional mechanical loads due to improved characteristics of the connection's make-up - ensuring, at the initial stage of make-up, reliable alignment of the female element relative to the male and preventing jamming of the connection, no damage to the connection surfaces during repeated make-up - unscrewing.
Указанный технический результат достигается за счет того, что резьбовое соединение насосно-компрессорных труб содержит охватываемый и охватывающий элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены трапецеидальные конические резьбы с конусностью 1:16 и образующие внутренний герметизирующий узел уплотнительные и упорные торцевые поверхности, выполненные под углом 14÷16° к нормали осевой линии резьбы. Согласно изобретению, резьбы охватываемого и охватывающего элементов выполнены с углом наклона опорной грани профиля витка от -1 до +1° к нормали осевой линии резьбы и углом наклона закладной грани профиля витка 14÷16° к нормали осевой линии резьбы, вершинами профиля витка параллельными осевой линии резьбы и впадинами профиля витка, выполненными с конусностью 1:16,The specified technical result is achieved due to the fact that the threaded connection of pump-compressor pipes contains male and female elements, at the ends of which, on the outer and inner surfaces, respectively, trapezoidal conical threads with a taper of 1:16 are made and forming an internal sealing unit, sealing and thrust end surfaces made at an angle of 14÷16° to the normal of the thread center line. According to the invention, the threads of the male and female elements are made with an inclination angle of the support face of the thread profile from -1 to +1° to the normal of the center line of the thread and an inclination angle of the embedded face of the coil profile of 14÷16° to the normal of the center line of the thread, with the tops of the coil profile parallel to the axial thread lines and recesses of the coil profile, made with a taper of 1:16,
Внутренний герметизирующий узел образован уплотнительными поверхностями, выполненными на охватываемом и охватывающем элементе с углом наклона 17÷19° к осевой линии резьбы, и упорными торцевыми поверхностями охватываемого и охватывающего элементов, при этом внутренний герметизирующий узел снабжен дополнительнымиThe internal sealing unit is formed by sealing surfaces made on the male and female element with an inclination angle of 17÷19° to the center line of the thread, and thrust end surfaces of the male and female elements, while the internal sealing unit is equipped with additional
поверхностями, выполненными между уплотнительными поверхностями и упорными торцевыми поверхностями на охватываемом и охватывающем элементах, причем сочленение уплотнительных поверхностей с дополнительными поверхностям выполнено в виде вогнутой сферической поверхности на охватываемом элементе и выпуклой сферической поверхности на охватывающем элементе.surfaces made between the sealing surfaces and the thrust end surfaces on the male and female elements, and the connection of the sealing surfaces with additional surfaces is made in the form of a concave spherical surface on the male element and a convex spherical surface on the female element.
В частном случае выполнения трапецеидальные конические резьбы охватываемого и охватывающего элементов выполнены с шагом 3,175 мм.In a particular case, the trapezoidal tapered threads of the male and female elements are made with a pitch of 3.175 mm.
В частном случае выполнения трапецеидальные конические резьбы охватываемого и охватывающего элементов выполнены с шагом 4,233 мм.In a particular case, the trapezoidal tapered threads of the male and female elements are made with a pitch of 4.233 mm.
В частном случае выполнения опорная грань профиля витка резьбы охватываемого элемента снабжена дополнительным участком, примыкающим к впадине и выполненным под углом 4÷^6° к нормали осевой линии резьбы.In a particular case, the supporting face of the thread profile of the male element is equipped with an additional section adjacent to the cavity and made at an angle of 4÷^6° to the normal of the thread centerline.
В частном случае выполнения вогнутая сферическая поверхность, соединяющая уплотнительную и дополнительную поверхности охватываемого элемента, выполнена радиусом 7÷9 мм.In a particular case, the concave spherical surface connecting the sealing and additional surfaces of the male element is made with a radius of 7÷9 mm.
В частном случае выполнения выпуклая сферическая поверхность, соединяющая уплотнительную и дополнительную поверхности охватывающего элемента, выполнена радиусом 4÷6 мм.In a particular case, the convex spherical surface connecting the sealing and additional surfaces of the female element is made with a radius of 4÷6 mm.
В частном случае выполнения дополнительные поверхности на охватываемом и охватывающем элементах выполнены цилиндрическими.In a particular case, the additional surfaces on the male and female elements are made cylindrical.
В частном случае выполнения дополнительные поверхности на охватываемом и охватывающем элементах выполнены с конусностью 1:10.In a particular case, the additional surfaces on the male and female elements are made with a taper of 1:10.
В частном случае выполнения дополнительная поверхность на охватываемом элементе выполнена с конусностью 1:10, а дополнительная поверхность на охватывающем элементе выполнена цилиндрической.In a particular case, the additional surface on the male element is made with a taper of 1:10, and the additional surface on the female element is made cylindrical.
Изобретение поясняется чертежами, на фиг.1 показано резьбовое соединение насосно-компрессорных труб в собранном состоянии, на фиг.2 показан вид А на фиг.1 - профиль витка резьбы соединения, на фиг.3 показан вид Б на фиг.1 - внутренний герметизирующий узел.The invention is illustrated by drawings, Fig. 1 shows a threaded connection of pump-compressor pipes in an assembled state, Fig. 2 shows view A, Fig. 1 - profile of the thread of the connection, Fig. 3 shows view B, Fig. 1 - internal sealing node
Резьбовое соединение насосно-компрессорных труб содержит обхватываемый (1) и охватывающий (2) элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены трапецеидальные конические резьбы (3).The threaded connection of pump-compressor pipes contains male (1) and female (2) elements, at the ends of which, on the outer and inner surfaces, respectively, trapezoidal tapered threads (3) are made.
Резьбы (3), выполненные на наружной поверхности охватываемого элемента (1) и на внутренней поверхности охватывающего элемента (2), имеют конусность 1:16. Выполнение резьб (3) с конусностью 1:16 обеспечивает оптимальное сочетание высокой степени зацепления резьб охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов друг с другом при свинчивании соединения, возможность восприятия соединением изгибающих и растягивающих нагрузок, действующих во время эксплуатации соединения, и сохранения высоких характеристики свинчиваемости соединения, предотвращение заклинивания резьбы.The threads (3) made on the outer surface of the male element (1) and on the inner surface of the female element (2) have a taper of 1:16. Making threads (3) with a taper of 1:16 ensures an optimal combination of a high degree of engagement of the threads of the male (1) and female (2) elements with each other when screwing up the joint, the ability of the joint to absorb bending and tensile loads acting during operation of the joint, and maintain high characteristics of joint make-up, prevention of thread jamming.
Профиль витка резьб (3) представляет собой неравнобедренную трапецию, боковые стороны которой выполнены в виде опорной (4) и закладной (5) граней, имеющих различные углы наклона к нормали осевой линии резьбы.The profile of the thread turn (3) is an unequal trapezoid, the sides of which are made in the form of support (4) and embedded (5) faces, having different angles of inclination to the normal of the thread axial line.
Профиль витка резьб (3) охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов выполнен с углом наклона опорной грани (4) от -1 до +1° к нормали осевой линии резьбы и углом наклона закладной грани (5) 14÷16° к нормали осевой линии резьбы.The profile of the thread turn (3) of the male (1) and female (2) elements is made with an inclination angle of the supporting face (4) from -1 to +1° to the normal of the center line of the thread and an inclination angle of the embedded face (5) of 14÷16° to normal to the center line of the thread.
Под нормалью осевой линии резьбы понимается перпендикуляр, проведенный к осевой линии резьбы.The normal of the center line of the thread is understood as a perpendicular drawn to the center line of the thread.
Выполнение угла наклона опорной грани (4) профиля витка резьб (3) от -1 до +1° к нормали осевой линии резьбы обеспечивает исключение возможности выхода витков резьб (3) охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов из зацепления друг с другом при значительных растягивающих и изгибающих нагрузках (потеря герметичности), воздействующих на соединение под действием собственного веса колонны, опускаемой в скважину.Making the angle of inclination of the supporting face (4) of the profile of the thread turn (3) from -1 to +1° to the normal of the center line of the thread ensures that the thread turns (3) of the male (1) and female (2) elements do not come out of engagement with each other. under significant tensile and bending loads (loss of tightness) affecting the connection under the influence of its own weight of the column lowered into the well.
Выполнение в частном случае заявляемого изобретения опорной грани (4) профиля витка резьбы (3) охватываемого элемента (1) с дополнительным участком, примыкающим к впадине (7) и выполненным под углом 4÷6° к нормали осевой линии резьбы, исключает контакт опорных граней (4) профиля витка резьб (3) охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов в зоне примыкания к впадине (7), что исключает повреждение поверхностей опорных граней (4) в данной зоне (образование задиров) и является дополнительным фактором, обеспечивающим возможность многократного свинчивания-развинчивания соединения без повреждений поверхностей.In a particular case of the claimed invention, the implementation of the supporting edge (4) of the profile of the thread turn (3) of the male element (1) with an additional section adjacent to the cavity (7) and made at an angle of 4÷6° to the normal of the center line of the thread, eliminates contact of the supporting edges (4) the profile of the thread turn (3) of the male (1) and female (2) elements in the area adjacent to the cavity (7), which eliminates damage to the surfaces of the supporting edges (4) in this area (the formation of scoring) and is an additional factor ensuring possibility of repeated screwing and unscrewing of the connection without damaging the surfaces.
Высота указанного дополнительного участка опорной грани (4) профиля витка резьбы (3) охватываемого элемента (1) может достигать 30÷40% от высоты профиля витка резьбы (3).The height of the specified additional section of the supporting edge (4) of the profile of the thread (3) of the male element (1) can reach 30÷40% of the height of the profile of the thread (3).
Выполнение угла наклона закладной грани (5) профиля витка резьб (3) к нормали осевой линии резьбы, равным 14÷16°, стабилизирует положение охватываемого элемента (1) относительно охватывающего элемента (2) на начальном этапе свинчивания соединения, что предотвращает заклинивание соединения, повреждение поверхностей витков резьб (3), образование задиров и обеспечивает возможность многократного свиничивания-развиничивания соединения при сохранении свойств герметичности.Making the angle of inclination of the embedded face (5) of the thread coil profile (3) to the normal of the thread center line equal to 14÷16° stabilizes the position of the male element (1) relative to the female element (2) at the initial stage of making up the connection, which prevents jamming of the connection, damage to the surfaces of the threads (3), the formation of scoring and provides the possibility of repeated screwing and unscrewing of the connection while maintaining the tightness properties.
Кроме того, по закладным граням (5) профиля витка резьб (3) соединения в свинченном состоянии образуется конструктивный зазор, что обеспечивает возможность многократного свинчивания-развинчивания без повреждения (образования задиров) по закладным граням (5) профиля витка резьб (3).In addition, a structural gap is formed along the embedded edges (5) of the profile of the coil of threads (3) of the connection in the screwed state, which provides the possibility of repeated screwing and unscrewing without damage (formation of scuffing) along the embedded edges (5) of the profile of the coil of threads (3).
Вершины (6) профиля витка резьб (3) выполнены параллельными осевой линии резьбы, что исключает заедание, заклинивание резьбы на начальном этапе свинчивания, обеспечивает глубокий свободный заход охватываемого элемента (1) в охватывающий элемент (2) при свинчивании, отсутствие задиров по вершинам (6) профиля витка резьб (3).The vertices (6) of the profile of the thread turn (3) are made parallel to the center line of the thread, which eliminates jamming and jamming of the thread at the initial stage of make-up, ensures deep free entry of the male element (1) into the female element (2) during make-up, and the absence of scoring on the vertices ( 6) thread profile (3).
При этом впадины (7) профиля витка резьб (3) выполнены с конусностью 1:16, как и конусность резьб (3), что уменьшает потери толщины стенки охватываемого элемента (1) при нанесении на него резьбы (3) и обеспечивает общее увеличение прочности охватываемого элемента (1).In this case, the depressions (7) of the profile of the thread turn (3) are made with a taper of 1:16, just like the taper of the threads (3), which reduces the loss of wall thickness of the male element (1) when threads (3) are applied to it and provides a general increase in strength male element (1).
Резьбовое соединение выполнено с внутренним герметизирующим узлом, образованным контактирующими между собой уплотнительными поверхностями (8), (9) и упорными торцевыми поверхностями (10), (11), выполненными на охватываемом (1) и охватывающем (2) элементах соединения.The threaded connection is made with an internal sealing unit formed by sealing surfaces (8), (9) in contact with each other and thrust end surfaces (10), (11) made on the male (1) and female (2) elements of the connection.
Уплотнительные поверхности (8), (9) соединения в свинченном состоянии контактируют между собой со значительными контактными напряжениями, с возникновением деформации в упругой области и образованием уплотнения типа «металл-металл», обеспечивают высокую герметичность соединения, в том числе газовую, при воздействии на него разнонаправленных комбинированных механических нагрузок в любых сочетаниях.The sealing surfaces (8), (9) of the joint in the screwed state are in contact with each other with significant contact stresses, with the occurrence of deformation in the elastic region and the formation of a metal-to-metal seal, ensuring high tightness of the joint, including gas, when exposed to it multidirectional combined mechanical loads in any combination.
Уплотнительные поверхности (8), (9) выполнены с углом наклона 17÷19° к осевой линии резьбы.The sealing surfaces (8), (9) are made with an inclination angle of 17÷19° to the center line of the thread.
Указанный угол наклона уплотнительных поверхностей (8), (9) обеспечивает оптимальную площадь их контакта и высокий уровень напряжений контактирующих уплотнительных поверхностей (8), (9), обеспечивающий герметичность соединения при всех сочетаниях нагрузок во всем диапазоне полей допусков.The specified angle of inclination of the sealing surfaces (8), (9) provides an optimal area of their contact and a high level of stress of the contacting sealing surfaces (8), (9), ensuring the tightness of the connection under all combinations of loads in the entire range of tolerance fields.
Контакт уплотнительных поверхностей (8), (9), расположенных под указанным углом наклона, происходит с натягом на сравнительно небольшой площади, при этом возникают значительные контактные напряжения, обеспечивая высокую герметичность. Кроме того, при повторной сборке соединения не происходят повреждения уплотнительных поверхностей (8), (9) за счет быстрого достижения величины радиального натяга в процессе сборки.The contact of the sealing surfaces (8), (9), located at the specified angle of inclination, occurs with interference over a relatively small area, and significant contact stresses arise, ensuring high tightness. In addition, when reassembling the connection, damage to the sealing surfaces (8), (9) does not occur due to the rapid achievement of the radial interference value during the assembly process.
Упорные торцевые поверхности (10), (11) охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов выполнены под углом 14÷16° к нормали осевой линии резьбы, что обеспечивает "поджатие" и фиксацию уплотнительных поверхностей (8), (9) соединения, создает его устойчивость к сжимающим нагрузкам, обеспечивает дополнительный уплотнительный барьер. Кроме того, обеспечивается четкое позиционирование охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов относительно друг друга, точное фиксирование заданной величины натяга и крутящего момента в процессе свинчивания соединения - то есть улучшенные характеристики свинчиваемости, возможность контроля свинчивания соединения. Увеличенная площадь контакта упорных торцевых поверхностей (10), (11) друг с другом за счет угла наклона (14÷16°) позволяет при свинчивании соединения увеличить крутящий момент свинчивания при сохранении контактных напряжений на необходимом уровне в пределах упругой деформации, то есть обеспечить отсутствие повреждения (задиров) упорных торцевых поверхностей (10), (11).The thrust end surfaces (10), (11) of the male (1) and female (2) elements are made at an angle of 14÷16° to the normal of the thread center line, which ensures “pressing” and fixation of the sealing surfaces (8), (9) of the connection , creates its resistance to compressive loads, provides an additional sealing barrier. In addition, it ensures clear positioning of the male (1) and female (2) elements relative to each other, precise fixation of the specified amount of interference and torque during the process of making up the joint - that is, improved make-up characteristics, the ability to control the make-up of the connection. The increased contact area of the thrust end surfaces (10), (11) with each other due to the angle of inclination (14÷16°) allows, when making up a connection, to increase the make-up torque while maintaining contact stresses at the required level within the limits of elastic deformation, that is, to ensure the absence damage (scoring) of the thrust end surfaces (10), (11).
Между уплотнительными поверхностями (8), (9) и упорными торцевыми поверхностями (10), (11) на охватываемом и охватывающем элементах выполнены не контактирующие между собой дополнительные поверхности (12), (13), образующие зазор. Дополнительные поверхности (12), (13) могут быть выполнены как цилиндрическими, так и коническими с конусностью, например, 1:10.Between the sealing surfaces (8), (9) and the thrust end surfaces (10), (11) on the male and female elements there are additional surfaces (12), (13) not in contact with each other, forming a gap. Additional surfaces (12), (13) can be made either cylindrical or conical with a taper, for example, 1:10.
Выполнение уплотнительных поверхностей (8), (9) на расстоянии от упорных торцевых поверхностей (10), (11), то есть удаление зоны контакта уплотнительных поверхностей (8), (9) от зоны контакта упорных торцевых поверхностей (10), (11), обеспечивает снижение зависимости друг от друга работы уплотнительных и упорных торцевых поверхностей на уплотнение и, соответственно, обеспечивает максимальную герметичность соединения при любых сочетаниях нагрузок, в том числе - газогерметичность.Making the sealing surfaces (8), (9) at a distance from the thrust end surfaces (10), (11), that is, removing the contact zone of the sealing surfaces (8), (9) from the contact zone of the thrust end surfaces (10), (11 ), ensures a reduction in the dependence of the sealing and thrust end surfaces on the seal from each other and, accordingly, ensures maximum tightness of the connection under any combination of loads, including gas tightness.
Сочленение уплотнительных поверхностей (8), (9) с дополнительными поверхностями (12), (13) выполнено в виде вогнутой сферической поверхности (14) на охватываемом элементе (1) и выпуклой сферической поверхности (15) на охватывающем элементе (2).The connection of the sealing surfaces (8), (9) with additional surfaces (12), (13) is made in the form of a concave spherical surface (14) on the male element (1) and a convex spherical surface (15) on the female element (2).
В процессе свинчивания резьбового соединения, после взаимодействия резьб (3) охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов, происходит продвижение уплотнительных поверхностей (8), (9) охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов друг относительно друга, которое начинается с взаимодействия вогнутой сферической поверхности (14) на охватываемом элементе (1) и выпуклой сферической поверхности (15) на охватывающем элементе (2), что облегчает прохождение уплотнительных поверхностей (8), (9) друг относительно друга в первые моменты контакта, обеспечивает сохранность уплотнительных поверхностей (8), (9), их защиту от повреждений (образования задиров) при свинчивании соединения.During the screwing process of a threaded connection, after the interaction of the threads (3) of the male (1) and female (2) elements, the sealing surfaces (8), (9) of the male (1) and female (2) elements move relative to each other, which begins from the interaction of the concave spherical surface (14) on the male element (1) and the convex spherical surface (15) on the female element (2), which facilitates the passage of the sealing surfaces (8), (9) relative to each other in the first moments of contact, ensuring safety sealing surfaces (8), (9), their protection from damage (formation of scoring) when screwing together the joint.
Кроме того, выпуклая сферическая поверхность (15) на охватывающем элементе (2) увеличивает площадь контакта уплотнительных поверхностей (8), (9) охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов, что положительно влияет на герметичность соединения.In addition, the convex spherical surface (15) on the female element (2) increases the contact area of the sealing surfaces (8), (9) of the male (1) and female (2) elements, which has a positive effect on the tightness of the connection.
Заявляемое резьбовое соединение насосно-компрессорных труб работает следующим образом.The inventive threaded connection of pump-compressor pipes works as follows.
При проведении операции свинчивания соединения, после центровки охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов друг относительно друга, первоначально осуществляется взаимодействие охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов за счет конических трапецеидальных резьб (3), выполненных на наружной поверхности охватываемого (1) элемента и внутренней поверхности охватывающего (2) элемента.When carrying out the operation of making up a joint, after centering the male (1) and female (2) elements relative to each other, the interaction of the male (1) and female (2) elements is initially carried out due to conical trapezoidal threads (3) made on the outer surface of the male ( 1) element and the inner surface of the female (2) element.
Далее в контакт вступают сферические поверхности (14), (15) и уплотнительные поверхности (8), (9) охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов, за счет пластической деформации которых создается уплотнение типа "металл-металл".Next, the spherical surfaces (14), (15) and the sealing surfaces (8), (9) of the male (1) and female (2) elements come into contact, due to the plastic deformation of which a metal-to-metal seal is created.
Окончание процесса свинчивания соединения осуществляется при силовом контактировании упорных торцевых поверхностей (10), (11), выполненных на охватываемом (1) и охватывающем (2) элементах, в результате чего на упорных торцевых поверхностях (10), (11) также возникают контактные напряжения, величина которых находится в области упругих деформаций.The completion of the process of making up the connection is carried out by forceful contact of the thrust end surfaces (10), (11) made on the male (1) and female (2) elements, as a result of which contact stresses also arise on the thrust end surfaces (10), (11) , the magnitude of which is in the region of elastic deformations.
Пример осуществления изобретения.An example of the invention.
Для проведения испытаний заявляемого резьбового соединения насосно-компрессорных труб были изготовлены два образца. Для образца №1 в качестве заготовки использована насосно-компрессорная труба номинальным диаметром 73 мм. На внешнюю поверхность охватываемого элемента и внутреннюю поверхность охватывающего элемента этого образца нанесены трапецеидальные конические резьбы с конусностью 1:16, шагом 3,175 мм, углом наклона закладной грани профиля витка 14° и углом наклона опорной грани профиля витка -1° к нормали осевой линии резьбы. Вершины профиля витка параллельны осевой линии резьбы, а впадины профиля витка выполнены с конусностью 1:16.To test the proposed threaded connection of pump-compressor pipes, two samples were made. For sample No. 1, a pump-compressor pipe with a nominal diameter of 73 mm was used as a workpiece. Trapezoidal conical threads with a taper of 1:16, a pitch of 3.175 mm, an inclination angle of the embedded face of the coil profile of 14° and an inclination angle of the supporting face of the coil profile of -1° to the normal of the center line of the thread are applied to the outer surface of the male element and the inner surface of the female element of this sample. The apexes of the coil profile are parallel to the center line of the thread, and the valleys of the coil profile are made with a taper of 1:16.
Сформированы элементы внутреннего герметизирующего узла: уплотнительные поверхности охватываемого и охватывающего элементов выполнены с углом наклона 17° к осевой линии резьбы, дополнительные поверхности выполнены цилиндрическими, вогнутая сферическая поверхность, соединяющая уплотнительную и дополнительную поверхности охватываемого элемента, выполнена радиусом 7 мм, а выпуклая сферическая поверхность, соединяющая уплотнительную и дополнительную поверхности охватывающего элемента, выполнена радиусом 4 мм.The elements of the internal sealing assembly are formed: the sealing surfaces of the male and female elements are made with an inclination angle of 17° to the center line of the thread, the additional surfaces are made cylindrical, the concave spherical surface connecting the sealing and additional surfaces of the male element is made with a radius of 7 mm, and the convex spherical surface, connecting the sealing and additional surfaces of the female element is made with a radius of 4 mm.
Для образца №2 в качестве заготовки использована насосно-компрессорная труба номинальным диаметром 114 мм. На внешнюю поверхность охватываемого элемента и внутреннюю поверхность охватывающего элемента этого образца нанесены трапецеидальные конические резьбы с конусностью 1:16, шагом 4,233 мм, углом наклона закладной грани профиля витка 16° и углом наклона опорной грани профиля витка 1° к нормали осевой линии резьбы. Вершины профиля витка параллельны осевой линии резьбы, а впадины профиля витка выполнены с конусностью 1:16.For sample No. 2, a pump-compressor pipe with a nominal diameter of 114 mm was used as a blank. Trapezoidal conical threads with a taper of 1:16, a pitch of 4.233 mm, an inclination angle of the embedded face of the coil profile of 16° and an inclination angle of the supporting face of the coil profile of 1° to the normal of the thread center line are applied to the outer surface of the male element and the inner surface of the female element of this sample. The apexes of the coil profile are parallel to the center line of the thread, and the valleys of the coil profile are made with a taper of 1:16.
Сформированы элементы внутреннего герметизирующего узла: уплотнительные поверхности охватываемого и охватывающего элементов выполнены с углом наклона 19° к осевой линии резьбы, дополнительные поверхности выполнены с конусностью 1:10, вогнутая сферическая поверхность, соединяющая уплотнительную и дополнительную поверхности охватываемого элемента, выполнена радиусом 9 мм, а выпуклая сферическая поверхность, соединяющая уплотнительную и дополнительную поверхности охватывающего элемента, выполнена радиусом 6 мм.Elements of the internal sealing assembly are formed: the sealing surfaces of the male and female elements are made with an inclination angle of 19° to the center line of the thread, additional surfaces are made with a taper of 1:10, the concave spherical surface connecting the sealing and additional surfaces of the male element is made with a radius of 9 mm, and the convex spherical surface connecting the sealing and additional surfaces of the female element has a radius of 6 mm.
Кроме того, был изготовлен образец №3, имеющий геометрические параметры прототипа, в качестве заготовки для которого использована насосно-компрессорная труба номинальным диаметром 114 мм. На внешнюю поверхность охватываемого элемента и внутреннюю поверхность охватывающего элемента образца №3 нанесены трапецеидальные конические резьбы с конусностью 1:16, шагом 3,175 мм, углом наклона закладной грани профиля витка 10° и углом наклона опорной грани профиля витка 3° к нормали осевой линии резьбы.In addition, sample No. 3 was manufactured, which had the geometric parameters of the prototype, for which a pump and compressor pipe with a nominal diameter of 114 mm was used as a blank. On the outer surface of the male element and the inner surface of the female element of sample No. 3, trapezoidal conical threads with a taper of 1:16, a pitch of 3.175 mm, an inclination angle of the embedded face of the coil profile of 10° and an inclination angle of the supporting face of the coil profile of 3° to the normal of the center line of the thread are applied.
Сформированы элементы внутреннего герметизирующего узла: уплотнительные поверхности выполнены под углом 30° к осевой линии резьбы, упорные торцевые поверхности выполнены под углом 15° к нормали осевой линии резьбы.The elements of the internal sealing unit are formed: the sealing surfaces are made at an angle of 30° to the thread center line, the thrust end surfaces are made at an angle of 15° to the normal of the thread center line.
Испытания образцов проводили на количество выдерживаемых резьбовым соединением свинчиваний-развинчиваний до появления повреждений поверхностей резьбы и внутреннего узла уплотнения.Tests of the samples were carried out on the number of screwings and unscrewings that a threaded connection can withstand until damage to the thread surfaces and the internal sealing unit appears.
Испытания образцов показали наличие повреждений (образование задиров) поверхностей при пятикратном свинчивании-развинчивании образца №3, выполненного по прототипу, и отсутствие заклинивания соединения и повреждений (задиров) поверхностей при девятикратном свинчивании-развинчивании образцов №№1, 2, выполненных в соответствии с заявляемым изобретением.Tests of the samples showed the presence of damage (formation of scuffing) of the surfaces during five-fold screwing-unscrewing of sample No. 3, made according to the prototype, and the absence of jamming of the connection and damage (scoring) of the surfaces during nine-fold screwing-unscrewing of samples No. 1, 2, made in accordance with the claimed invention.
При использовании предлагаемого резьбового соединения насосно-компрессорных труб обеспечивается сохранение герметичности соединения при увеличении на 20% величины комбинированных разнонаправленных механических нагрузок.When using the proposed threaded connection of pump-compressor pipes, the tightness of the connection is ensured when the magnitude of combined multidirectional mechanical loads increases by 20%.
Claims (9)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2808401C1 true RU2808401C1 (en) | 2023-11-28 |
Family
ID=
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5462315A (en) * | 1992-03-09 | 1995-10-31 | Marubeni Tubulars, Inc. | Stabilized center-shoulder-sealed tubular connection |
RU76099U1 (en) * | 2008-04-30 | 2008-09-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Тмк-Премиум Сервис" | SEALED THREADED CONNECTION OF OIL PIPES |
RU134279U1 (en) * | 2013-06-17 | 2013-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Скважинные термотехнологии" | SEALED THREADED CONNECTION OF OIL FIELD PIPES |
RU2500875C1 (en) * | 2012-07-20 | 2013-12-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Тмк-Премиум Сервис" | Leakproof screwed connection of tubing string (versions) |
RU2639343C1 (en) * | 2016-08-29 | 2017-12-21 | Публичное акционерное общество "Трубная металлургическая компания" (ПАО "ТМК") | Threaded joint of casing pipes |
RU182758U1 (en) * | 2017-12-26 | 2018-08-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Тмк-Премиум Сервис" | THREADED CONNECTION OF PUMP AND COMPRESSOR PIPES |
RU2704075C1 (en) * | 2018-11-02 | 2019-10-23 | Публичное акционерное общество "Трубная металлургическая компания" (ПАО "ТМК") | Casing threaded connection |
RU2767871C1 (en) * | 2021-09-20 | 2022-03-22 | Акционерное общество "Выксунский металлургический завод" (АО "ВМЗ") | Threaded connection of oilfield tubular products |
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5462315A (en) * | 1992-03-09 | 1995-10-31 | Marubeni Tubulars, Inc. | Stabilized center-shoulder-sealed tubular connection |
RU76099U1 (en) * | 2008-04-30 | 2008-09-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Тмк-Премиум Сервис" | SEALED THREADED CONNECTION OF OIL PIPES |
RU2500875C1 (en) * | 2012-07-20 | 2013-12-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Тмк-Премиум Сервис" | Leakproof screwed connection of tubing string (versions) |
RU134279U1 (en) * | 2013-06-17 | 2013-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Скважинные термотехнологии" | SEALED THREADED CONNECTION OF OIL FIELD PIPES |
RU2639343C1 (en) * | 2016-08-29 | 2017-12-21 | Публичное акционерное общество "Трубная металлургическая компания" (ПАО "ТМК") | Threaded joint of casing pipes |
RU182758U1 (en) * | 2017-12-26 | 2018-08-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Тмк-Премиум Сервис" | THREADED CONNECTION OF PUMP AND COMPRESSOR PIPES |
RU2704075C1 (en) * | 2018-11-02 | 2019-10-23 | Публичное акционерное общество "Трубная металлургическая компания" (ПАО "ТМК") | Casing threaded connection |
RU2767871C1 (en) * | 2021-09-20 | 2022-03-22 | Акционерное общество "Выксунский металлургический завод" (АО "ВМЗ") | Threaded connection of oilfield tubular products |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2439416C1 (en) | Steel pipe threaded joint | |
US4537429A (en) | Tubular connection with cylindrical and tapered stepped threads | |
RU2516775C2 (en) | Pipe component for drilling and operation of hydrocarbon wells and resulting threaded joint | |
US7997627B2 (en) | Threaded joint for steel pipes | |
RU2297512C2 (en) | Air-tight threaded oil-field pipe connection | |
RU2631589C1 (en) | Steel pipe threaded joint | |
US8840151B2 (en) | Seal between pipe sections | |
CA2996133C (en) | Threaded pipe joint | |
US11255134B2 (en) | Threaded joint for oil country tubular goods | |
RU2500875C1 (en) | Leakproof screwed connection of tubing string (versions) | |
EA021308B1 (en) | Threaded joint for steel pipes | |
RU2338866C1 (en) | Leakproof screwed connection of oil-field pipes | |
US11035502B2 (en) | Compression resistant threaded connection | |
RU2639343C1 (en) | Threaded joint of casing pipes | |
RU2704075C1 (en) | Casing threaded connection | |
RU2504710C1 (en) | Sealed threaded connection of casing pipes (versions) | |
RU2398153C1 (en) | Sealed threaded connection of oil-field pipelines | |
RU2808401C1 (en) | Threaded connection of pump-compressor pipes | |
WO2022005320A1 (en) | Threaded joint for production tubing | |
RU2310058C2 (en) | Air-tight threaded oilfield pipe connection | |
EA045905B1 (en) | THREADED CONNECTION OF PUMP-COMPRESSOR PIPES | |
RU2808402C1 (en) | Threaded connection of casing pipes | |
RU115813U1 (en) | PUMP-COMPRESSOR PIPE WITH HIGH SEALED GAS-DENSE THREADED CONNECTION "KSP-PREMIUM" (OPTIONS) | |
RU2543398C1 (en) | Sealed threaded connection of casings | |
RU182758U1 (en) | THREADED CONNECTION OF PUMP AND COMPRESSOR PIPES |