Резьбовое соединение теплонагнетательных труб

 

Изобретение может быть использовано для соединения труб в теплонагнетательных скважинах. Целью изобретения является повышение надежности работы резьбового соединения при термоциклических процессах. Резьбовое соединение содержит муфту (М) с двусторонним уступом в средней части, коническими резьбовыми участками и коническими уплотнительными поверхностями со стороны уступа. Ниппели (Н) соединения имеют ответные М коническую резьбу и конический уплотнительный участок с кольцевой проточкой под герметизирующий элемент (ГЭ), которые выполнены на торце Н. Установлен ГЭ с возможностью взаимодействия его торца с уступом М и выполнен из материала со степенью расширения при повышении температуры большей, чем степень расширения материала М и Н. Наружная поверхность ГЭ имеет коническую форму, ответную конической уплотнительной поверхности М. При этом ГЭ может быть выполнен из материала, коэффициент линейного расширения которого больше коэффициента линейного расширения материала М и Н или из материала с памятью формы. Приведены расчетные выражения для определения диаметра наружной конической поверхности ГЭ в расчетной плоскости и для выбора длины кольцевой проточки на Н. Поверхности двустороннего уступа М и взаимодействующие с ними торцы ГЭ могут быть выполнены в виде части конической поверхности с вершинами конусов, образующих эти поверхности, направленными от средней части М к ее торцам. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4498291/03 (22) 01.08.88 (46) 15.07.91. Бюл, Nò 26 (71) Ивано-Франковский институт нефти и газа (72) Б.А. Чернов, И.С. Бабюк, К.А, Оганов и

Я.Б. Чернов (53) 622,245. 13(088.8) (56) Патент США

N. 4712815, кл. F 16 3 15/04, 1987.

Трубы обсадные и муфты к ним. ГОСТ

632-80. ИзДательство стандартов, 1986, с.

50-55, (54) РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТЕПЛОНАГНЕТАТЕЛЬНЫХ ТРУБ (57) Изобретение может быть использовано для соединения труб в теплонагнетательных скважинах, Целью изобретения является повышение надежности работы резьбового соединения при термоциклических процессах. Резьбовое соединение содержит муфту(М) с двусторонним уступом в средней части, коническими резьбовыми участками и коническими уплотнительными поверхностями со стороны уступа. Ниппели (Н) соединения имеют ответные М коничеИзобретение относится к бурению и может быть использовано для соединения в теплонагнетательных скважинах, Цель изобретения — повышение надежности в работе при термоциклических процессах, На фиг. 1 схематично представлено резьбовое соединен ие тепло нагнетател ьных труб, частичный разрез; на фиг. 2— вариант выполнения торца герметизирующих элементов и взаимодействующего с ними уступа муфты., . Ж„„1663174 А1

)s Е 21 В 17/02. 17/042, F 16 t 15/00 скую резьбу и конический уплотни. ельный участок с кольцевой проточкой под герметизирующий элемент (ГЭ), которые выполнены на торце Н. Установлен ГЭ с возможностью взаимодействия его торца с уступом М и выполнен из материала со степенью расширения при повышении температуры большей, чем степень расширения материала M и Н. Наружняя поверхность ГЭ имеет коническую форму, ответную конической уплотнительной поверхности М. При этом ГЭ может быть выполнен из материала, коэффициент линейного расширения которого больше коэффициента линейного расширения материала М и Н или из материала с памятью формы. Приведены расчетные выражения для определения диаметра наружной конической поверхности ГЭ в расчетной плоскости и для выбора длины кольцевой проточки на Н. Поверхности двустороннего уступа M и взаимодействующие с ними торцы ГЭ могут быть выполнены в виде части конической поверхности с вершинами кон ности, напр ее торцам. 4 усов, образующих эти поверхавленными от средней части М к з.п. ф-лы. 2 ил. ()

° Ъ ое соединение теплонагнетавключает муфту 1 с двусторон-!

2 в с е ней части, коническими

Резьбов тельных труб ним уступом р д резьбовыми участками 3 и коническими уплотнительными поверхностями 4 со стороны уступа и ниппели 5 с ответными муфте конической резьбой 6 и коническим уплотнительным участком 7 с кольцевой проточкой 8 под герметизирующий элемент 9, наружняя поверхность 10 которого имеет коническую форму. ответную конической уплотнительной поверхности 4. Проточка 8

1663174

20 где d< — внутренний диаметр ниппеля, мм; бг — внутренний диаметр герметизирующего элемента, мм;

01, К= —; бг

PK — контактное давление на взаимодействующих конических уплотнительных повер- 30 ,хностях герметизирующего элемента и муфты, МПа; а> и аг — коэффициенты линейного расширения соответственно герметизирующего элемента и материала муфты и ниппе- 35 ля, 1/ С, ЛT — перепад температуры, С;

Е и Ег — модули упругости соответственно материала герметизирующего элемента и материала муфты и ниппеля, Mfla; 40 р1.и,иг — коэффициенты поперечной деформации соответственно для материала герметизирующего элемента и материала муфты и ниппеля;

Aa — начальный диаметральный натяг 45 конических уплотнительных поверхностей герметизирующего элемента и муфты, мм.

Другой возможный вариант выбора материала для герметизирующего элемента 9 — материал, обладающий памятью формы.

Кроме того, поверхности 12 двустороннего уступа 2 муфты 1 и взаимодействующие с ними торцы 11 герметизирующих элементов могут быть выполнены в виде части ко- 55 нической поверхности, причем вершины конусов, образующих эти поверхности, направлены от средней части муфты к ее торцам. Длина кольцевой проточки 8 на выполнена на торце ниппеля 5, а герметизирующий элемент 9 установлен с возможностью взаимодействия его торца 11 с торцом 12 уступа 2 муфты. Герметизирующий элемент выполнен из материала со сте- 5 пенью расширения при повышении температуры большей, чем степень расширения материала муфты и ниппеля, Герметизирующий элемент может быть выполнен из материала, коэффициент линейного рас- 10 ширения которого больше коэффициента линейного расширения материала муфты и ниппеля, причем диаметр наружной кониче- . ской поверхности 10 герметизирующего элемента 9 в расчетной плоскости выбира- 15 ется из следующего выражения:

d2 = д7

Г72(а -727167 h . 1 1+ К2

Е2 — + — —" - — (- 177 ) + 772 ) - 1

Р„ Р 67 Е( г72(а -d2 1ЛТ Ь.„1 1+ К 7

Е7 j + (2 171) +Ф2) +1

l Pa Pad7 Е7 (1 172 ниппеле 5 может быть выбрана из следующего выражения; ! = (0,75 — 0,85)Z, ге Z — длина конического уплотнительного участка 7 ниппеля.

Устройство собирают следующим образом.

На торце ниппеля 5, на его коническом уплотнительном участке 7 выполняется кольцевая проточка 8, в которую осуществляется посадка герметизирующего элемента 9, Посадка герметизирующего элемента может осуществляться, например при нагреве его до 300-400 С с определенным диаметральным натягом. Затем осуществляется сборка резьбового соединения и спуск его в скважину. При свинчивании резьбового соединения оптимальным крутящим моментом осуществляется плотная посадка конических уплотнительных поверхностей 4 и поверхностей 10 герметизирующего элемента с начальным диаметральным натягом Лоач . Герметизирующий элемент может быть приготовлен, например, из медьсодержащего или алюминиевого сплавов.

При закачке по трубам теплоносителя при повышенных температурах (например, 350-400 С), благодаря .различному значению коэффициентов линейного расширения материалов герметизирующего элемента и муфты (ниппеля) осуществляется дополнительная герметизация соединения за счет повышения контактных давлений по взаимодействующим поверхностям.

Величины увеличения контактного давления зависят от геометрических характеристик соединения, используемого материала и регламентируются выбором определяемого по укаэанной формуле диаметра наружной конической поверхности герметизирующего элемента в его расчетной плоскости, что позволят ограничить контактные давления в пределах, не превышающих предел текучести материала. Аналогичный эффект достигается при использовании для герметизирующего элемента материала, обладающего памятью формы.

Применение торцов герметизирующих элементом в виде конических поверхностей улучшает работоспособность соединения, в том числе и за счет повышения его надежности в искривленных стволах, Таким образом, предлагаемое резьбо вое соединение позволяет повысить надежность работы колонны при термоциклических процессах, увеличить надежность

1663174 герметизирующих элементов за счет предохранения их поверхностей от задиров при свинчивании, Формула изобретения 5

1. Резьбовое соединение теплонагнетательных труб, включающее муфту с двусторонним уступом в средней части, коническими резьбовыми участками и коническими уплотнительными поверхностями 10 со стороны уступа и ниппели с ответными муфте конической резьбой и коническим уплотнительным участком с кольцевой проточкой под герметизирующий элемент, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения 15 надежности в работе п ри термоциклических процессах, проточка под герметизирующий элемент выполнена на торце ниппеля, а герметизирующий элемент установлен и выполнен из материала со Степенью 20 расширения при повышении температуры большей, чем степень расширения материала муфты и ниппеля, причем наружная поверхность герметизирующего элемента имеет коническую форму, ответную кониче- 25 ской уплотнительной поверхности муфты.

2. Соединение по и. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что герметизирующий элемент выполнен из материала, коэффициент линейного расширения которого больше коэф- 30 фициента линейного расширения материала муфты и ниппеля, а диаметр дз наружной конической поверхности герметизирующего элемента в расчетной плоскости выбирается из следующего выражения: 35

43 =

40 где d> — внутренний диаметр ниппеля, мм;

á2 — внутренний диаметр герметизирующего элемента, мм;

К = di/d2;

Рк — контактное давление на взаимодействующих конических уплотнительных поверхностях герметизирующего элемента и муфты. МПа; а и Q2 — коэффициенты линейного расширения соответственно герметизирующего элемента и материала муфты и ниппе1/0 Ñ;

AT — перепад температур, С:

Е и Š— модули упругости соответственно материала герметизирующего элемента и материала муфты и ниппеля, МПа; ,и1 и,и — коэффициенты поперечной деформации соответственно для материала герметизирующего элемента и материала муфты и ниппеля, нач — начальный диаметральный натяг конических уплотнительных поверхностей герметизирующего элемента и муфты. мм;

3. Соединение по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющееся тем, чтодлина1кольцевой проточки на ниппеле выбирается из следующего выражения:

1 = (0,75 — 0,85)L, где L — длина конического уплотнительного участка ниппеля, мм.

4. Соединение по пп. 1 и 3, о т л и ч а ющ е е с я тем, что в качестве материала герметизирующего элемента используется материал с памятью формы.

5. Соединение по пп. 1 — 4, о т л и ч а ющ е е с я тем, что поверхности двустороннего уступа муфты в ее средней части и взаимодействующие с ними торцы герметизирующих элементов выполнены в виде части конической поверхности, причем вершины конусов, образующих эти поверхности, направлены от средней части муфты к ее торцам, 1663174 д фОГ2

-Ф

Составитель В,Родина

Техред М.Моргентал Корректор О.Кундрик

Редактор Ю.Середа

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

Заказ 2245 Тираж 373 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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