Резьбовое соединение труб

 

Изобретение относится к соединению нефтепромысловых труб, используемых при строительстве скважин. Цель - повышение надежности за счет увеличения эффективности уплотнения. Соединение содержит охватываемую 1 и охватывающую 2 детали. На наружной поверхности детали 1 выполнена резьба 3, а на внутренней поверхности детали 2 - ответная резьба 4 с шагом, отличным от шага резьбы 3 детали 1 для сопряжения с последней с натягом. Рядом со свободным концом резьбовой поверхности детали 1 расположена кольцевая уплотнительная поверхность 5 для создания упорного аксиального уплотнения под действием осевой силы при полном сопряжении деталей 1 и 2 с ответной кольцевой уплотнительной поверхностью 6 детали 2. Шаги резьб 3 и 4 каждой из деталей 1 и 2 отличны друг от друга по крайней мере на двух участках резьбовой поверхности и постоянны по длине на каждом из участков. Шаги резьб 3 и 4 в средней части резьбовой поверхности равны между собой. Между участками 7 и 8 соединения с различными шагами установлено эластичное уплотнительное кольцо. Резьбовая поверхность может иметь три участка 7, 8 и 9 как на детали 1, так и на детали 2. Благодаря данной конструкции соединения нагрузка на передние кромки резьбовых витков снижена, что уменьшает опасность заедания резьбы. Кроме того, повышается усталостная стойкость соединения и уменьшается тенденция к деформации витков на сбеге резьбы на участке 9. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТ У

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П.1НТ СССР

1 (21 ) 3787151/23-03 (22) 30.08.84 (31) 8323348 (32) 31.08 ° 83 (33) ХР (46) 15.06. 90. Ьюл. М 22 (71) Хантинг Ойлфилд Сервисиэ (ЮК), лимитед (GB) и Кавасаки Стил

Корпорейшн (ТР) . (72) Джоффрей Кейв Лирдин, Эдвард Джеффри .Спир (ГВ), Кацуо Уено (1Р) и Дональд Норман Джонс (6В) (53) 662.245.13 (088.8) (56) Патент США Р 3079181, кл. 285-333, 1963.

Патент США Р 4346920, кл. 285-89, 1982. (54) РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБ (57) Изобретение относится к соединению нефтепромысловых труб,используемых при строительстве скважин.

Цель — повыпение надежности за счет увеличения эффективности уплотнения °

Соединение содержит охватываемую 1 и охватывающую 2 детали, На наружной поверхности детали 1 выполнена резьба 3, а на внутренней поверхности детали 2 — ответная резьба 4 с шагом, Ы 7 (51)5 Е 21 В 17/042 F 16 L 15/00

2 отличным от шага резьбы 3 детали для сопряжения с последней с натягом.

Рядом со свободным концом резьбовой поверхности детали 1 расположена кольцевая уплотнительная поверхность

5 для создания упорного аксиального уплотнения под действием осевой силы при полном сопряжении деталей 1 и 2 с ответной кольцевой уплотнительной поверхностью 6 детали 2. Шаги резьб

3 и 4 каждой из деталей 1 и 2 отличны друг от друга по крайней мере на двух участках резьбовой поверхности и постоянны по длине на каждом из участков. Шаги резьб 3 и 4 в средней части резьбовой поверхности равны между собой. Между участками соединения 7 и 8 с различными шагами установлено эластичное уплотнительное кольцо ° Резьбовая поверхность может иметь три участка 7, 8 и 9 как на детали 1, так и на детали 2. Благодаря данной конструкции соединения нагрузка на передние кромки резьбо— вых витков снижена, что уменьшает опасность заедания резьбы. Кроме того, повышается усталостная стойкость соединения и уменьшается тенденция к деформации витков на сбеге резьбы на участке 9. 6 з. п. ф-лы, 6 ил.

157?423

Изобретение относится к конструкциям соединений трубных элементов на резьбе„ в частности к соединениям

ыефтепромысловых труб, используемых . при строительстве скважин, Цель изобретения — повышение надежности резьбового соединения труб за счет увеличения эффективности уплотнения, !О

На фиг.1 и 2 представлено резьбо. вое соединение труб, продольные разрезы; на фиг. 3 и 4 — распределение нагрузки между витками. резьбового соединения; на фиг. 5 и 6 — охваты- 15 ,вающая и охватываемая детали соединения с эластичным уплотнительным кольцом, продольный разрез, Резьбовое соединение труб,изображенное на фиг.1, содержит охватывае- 2О мую деталь 1 и охватывающую деталь

2. На наружной поверхности охватываемой детали выполнена резьба 3, а на внутренней поверхности охватывающей детали — ответная ей резьба 4, 25 причем сопряжение реэьб осуществляется с натягом, На конце детали 1 рядом со свободным концом резьбовой поверхности расположена кольцевая уплотнительная поверхность 5, а на детали 2 ." ответная ей кольцевая уплотнительная поверхность 6, Поверхности 5 и 6 при полном сопряжении охватываемой и охватывающей деталей под действием осевой силы создают упорное аксиальное уплотнение,Резьбовая поверхность каждой из деталей разделена по крайней мере на два участка, шаги резьб на которых отличны друг от друга и постоянны. по длине 4О на каждом из участков. Причем шаги разьб охватывающей и охватываемой деталей в средней части резьбовой поверхности равны между собой, Резьбовая поверхность может иметь, р5 например, три участка 7, 8 и 9 (фиг. 1 и 2 ) как на охв атыв а емой, так и на охватывающей деталях. такое резьбовое соединение содержит средние участки 7 между концами резьб,конце. вые участки 8 между участком 7 и концами резьбы, примыкающими к кольцевым уплотнительным поверхностям 5 и

6, и участки 9 между участком 7 и другим концом резьбовой поверхности.На участке 7 шаги Р резьб двух деталей являются одинаковыми. На участке 8 шаг Р резьбы охватываемой детали больше чем шаг Р> резьб охватывающей детали, На участке 9 шаг Р резьбы

4 охватывающей детали больше чем шаг

Р резьбы 3 охватываемой детали. 1tlaru Р и Р могут быть одинаковыми или разными, в зависимости от сжимающей нагрузки на уплотнительных поверхностях и осевой растягивающей нагрузки, При этом шаги постоянны по длине каждого иэ перечисленных участков, Резьбовое соединение может быть снабжено эластичным уплотнительным кольцом 10, установленным между участками соединения с различными шагами, например между участками 7 и 8 (фиг.5). Дпя его размещения на одной из детали выполнена кольцевая канавка 11, Резьбовое соединение может быть размещено как на цилиндрических,так и на конических поверхностях охватываемой и охватывающей деталях, а резьба может быть выполнена и трапецеидальной формы (фиг.5 и 6).Кроме того, ширина впадины профиля резьбы по ее длине может быть выполнена одинаковой, а толщина выступов может изменяться на границе между участками . Кольцевая уплотнительная поверхность 6 может быть расположена рядом со свободным концом резьбовой поверхности охватывающей детали 2, а ответная кольцевая уплотнительная поверхность 5 охватываеиой детали 1 — рядом с другим концом ее резьбовой пов ерхно с ти (фиг. 2 ) °

Резьбы 3 и 4 могут иметь такие размеры, чтобы при полном сопряжении деталей имелся натяг между поверхностью гребня одной резьбы и поверхностью впадины в зазоре между витками другой резьбы, но степень

его можно значительно уменьшить по ср авнению со степенью, необходимой для известной соединительной муфты, из-за меньшей тенденции к развинчиванию в связи с повышенным количеством энергии, заключенной в частях соединения, примыкающих к уплотнительным поверхностям 5 и 6. Натяг можно, однако, свести к нулю или даже к зазору между поверхностями гребня и впадины резьбового профиля, но предпочтительно, чтобы между ними имелся по меньшей мере контакт.

Благодаря описанной выше конструкции при свинчивании деталей 1 и 2 между собой, после соприкосновения после приложения внешнего растягиваю1 щего усилия к известному соединению.

Благодаря предлагаемой конструкции максимальная нагрузка на передние кромки резьбовых витков значительно снижена по сравнению с максимальной нагрузкой на передние кромки резьбовых витков известного соединения, что значительно уменьшает опасность заедания резьбы (см.фиг,3 и 4),Кроме того, повышается усталостная стойкость соединения и сушественно уменьшается тенденция к деформации витков на сбеге резьбы на участке 9.

Резьбовое соединение также может быть выполнено таким. образом, что кольцевая уплотнительная поверхность

6 может быть расположена на свободном конце охватывающей детали 2,как это показано на фиг. 2, где подобные элементы имеют те же обозначения, что и на фиг.l, однако в этом случае сжатая и растянутая детали меняются местами. Кроме того, фиг.1 и 2 иллюстрируют выполнение соединения с р азмещением резьбы тр апецеидальной формы на цилиндрических поверх-. ностях охватываемой и охватывающей деталей.

На фиг.. 5 и 6 изображены соответственно охватывающая 2 и охватываемая 1 детали с резьбой, размещенной на их конических поверхностях с кольцевыми уплотнительными поверхностями 6 и 5, взаимодействующими друг с

l5

35,другом после свинчивания, Резьба 3 охватываемой детали в показанной конструкции (фиг.6) содержит, например, двадцать витков, из которых последние семь витков на любом конце резьбы попадают в концевые участки

8 и 9. Центральные шесть витков попадают на средний участок 7, Витки на участках 7 и 8 имеют один и тот же шаг резьбы Р„, а витки на участ ке 9 имеют меньший mar резьбы Р .

Резьба на участке 9 является исчезающей резьбой, радиальный профиль которой постепенно уменьшается, при этом гребневые поверхности витков р асположены на цилиндре, Гребневая поверхность остальных резьбовых витков расположена на поверхности усеченного конуса, как и поверхность впадин резьбового профиля — между витками резьбы для полного профиля резьбы, Эти конические поверхности имеют один и тот же угол конусности, 5, 1572423 поверхностей 5 и 6 часть по крайней мере передних граней 1? и 13 резьбовых витков на среднем участке 7 находится в плотном контакте. Дальнейшее

5 затягивание соединения приводит к постепенной загрузке этих витков и передает постепенно нагрузку на передние кромки резьбовых витков на концевом участке 8, l0

Последовательность нагружения резьбовых витков на среднем 7 и одном концевом 8 участках зависит от того, имеется или нет натяг между поверхностями гребня и впадины резьбовых профилей, При отсутствии натяга нагр уз ка Я постепенно возр аст ает от витков 14 и 15 на конце среднего участка 7, наиболее близком к концевому участку 8, постепенно переходя на остальные витки среднего участка 7 и витки концевого участка 8, начинаю\ щихся с витков 16 и 17, передаваясь на витки 18 и 19 и, наконец, на витки 20 и 21 Полное распределение нагрузки изображено штрихпунктир-! ной линией 22 на фиг.3.

При наличии контакта или натяга

- между поверхностью гребня одной резьбы и поверхностью впадины в зазоре между витками другой резьбы распределение нагрузки изображено на фиг,4, штрихпунктирная линия 23 °

При полностью свинченных деталях

1 соединения, в случае, когда оно не.

1подвержено воздействию внешним силам, витки резьбы на участке 9 воспринимают незначительную нагрузку, Однако, когда соединение подвергнуто растягивающему усилию с приложением внеш- 40 ней нагрузки, она сначала воспринимается резьбовыми витками среднего 7 и концевого 8 участков и резьбовыми витками другого концевого участка 9, непосредственно примыкающими к сред- 45 нему участку..С возрастанием усилия постепенно нагружаются другие резьбовые витки на концевом участке 9.Окончательное распределение нагрузки на резьбовых витках показано жирными ли- 50 ниями 24 и 25 на фиг. 3 и 4.

Витки резьбы на концевом участке

9 являются нагруженными значительно меньше по сравнению с известным соединением, Это видно из графиков на фиг. 3 и 4, где линии 26 и 27 показывают распределение нагрузки между витками после свинчивания известного соединения, а линии 28 и 29 — то же, 1572423

Охватывающая деталь 2 снабжена резьбой 4, имеющей, как и резьба охватываемой детали, двадцать резь6овых витков, которые разделены на, средний участок 7 и концевые участки 8 и 9. Резьба 4 на участках 7 и

9 охватывающей детали имеет один и тот же шаг Р,, а шаг Р резьбовых витков на участке 8.меньше шага P, . 10

Резьба 4 на охватывающей детали имеет по всей длине постоянный радиальный профиль, при этом поверхности гребней и впадин, лежащие на поверхности усеченного конуса, имеют ту же самую конусность, что и конические поверхности охватываемой детали.

Зффективность уплотнения в дополнение к упорным уплотнительным кольцевым поверхностям 5 и б между уча- 20 стками соединения 7 и 8 с различными шагами, как это показано на фиг,5> увеличивается за счет наличия в кольцевой канавке 1.1 эластичного уплотнительного кольца 10. Это обеспечивается благодаря увеличенному на границе участков 7 и 8 контактному давлению (см,фиг. 3 и 4).

Формула и зобр ет ения

1. Резьбовое соединение труб,включающее охватываемую деталь с резьбой на наружной IIQBepKHocTH H охватываю щую деталь с ответной резьбой на внутренней поверхности с шагом,отличным от шага резьбы охватываемой детали для сопряжения с последней с натягом, и расположенную рядом со сво- 40 бодным концом резьбовой поверхности охватываемой детали кольцевую уплотнительную поверхность для создания упорного аксиального уплотнения под действием осевой силы при полном сопря- 45 жении охватываемой и охватывающей деталей с ответной кольцевой уплотнительной поверхностью охватывающей детали, о т.л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыпения надежности за счет увеличения эффективности уплотнения, шаги резь6 каждой из деталей, отличны друг от друга по крайней мере на двух участках резьбовой поверхности и постоянны по длине на каждом из участков, а шаги резьб охватываеМоН и охватывающей деталей в средней части резьбовой поверхности равны между собой.

2, Соединение по п.l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено эластичным уплотнительным кольцом, установленным между участками соединения с различными шагами, причем для его размещения на одной из детали выполнена кольцевая канавка.

3. Соединение по нп. 1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что резь6а имеет трапецеидальную форму .

4. Резь6овое соединение по пп.1-3, о т л и ч à ю щ е е с я тем, что резьбы размещены на цилиндрических поверхностях охватываемой и охватывающей деталей.

5. Соединение по пп. 1-3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что резьбы размещены на конических поверхностях охватываемой и охватывающей деталей. б. Соединение по п. 3-5, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью изменения шага, ширина впадин профиля резьбы по ее длине выполнена одинаковой, а толщина выступов изменяется на границе между участками.

7. Соединение по пп. 1-б, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что концевая уплотнительная поверхность расположена рядом со свободным концом резьбовой поверхности охватывающей детали, а ответная кольцевая уплотнительная поверхность охватываемой детали рядом с другим концом ее резь6овой поверхности, 1572423

1572423

Составитель В.Савицкий

Тех р ед М. Дидык

Редактор Н. Киштулинец

Корр ектор N, Пожо

Заказ 1524 Тираж, 477 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101