Трубное резьбовое соединение повышенной герметичности

Изобретение относится к резьбовым соединениям. Соединение содержит трубу, имеющую наружную резьбу и расположенный между ней и торцом трубы хвостовик с внешней герметизирующей поверхностью в форме усеченного конуса, и охватывающий элемент с примыкающей к его приемному торцу ответной внутренней резьбой и последовательно расположенной за ней внутренней конической поверхностью. В собранном резьбовом соединении перпендикулярная его оси плоскость начала контакта герметизирующих конических поверхностей трубы и охватывающего элемента заглублена относительно торца трубы в направлении к её наружной резьбе. Освобожденная часть хвостовика вследствие краевого эффекта увеличивает удельное давление на примыкающем участке герметизирующего стыка конических поверхностей и повышает герметичность соединения в целом. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к высокогерметичным резьбовым соединениям обсадных и насосно-компрессорных труб и может найти применение в нефтяной и газовой промышленности.

Известны высокогерметичные трубные резьбовые соединения, содержащие трубу, имеющую наружную резьбу, и расположенный между ней и торцом трубы хвостовик с внешней герметизирующей выпуклой сферической поверхностью, и охватывающий элемент с примыкающей к его приемному торцу ответной внутренней резьбой и последовательно расположенной за ней внутренней (выпуклой или вогнутой) сферической герметизирующей поверхностью (МПК⁷ Е 21 В 17/042, патент СССР 530653 “Резьбовое соединение”, 1976, и др.).

При свинчивании резьб трубы и охватывающего элемента их сферические поверхности сопрягаются с созданием высоких удельных давлений на имеющей незначительную осевую протяженность контактной поверхности.

Недостатками этих соединений являются ограниченная газоплотность и чувствительность даже к незначительным повреждениям, обусловленные небольшой протяженностью зоны уплотнения.

Наиболее близкими к заявляемому по технической сущности являются высокогерметичные резьбовые соединения, содержащие трубу, имеющую наружную резьбу, и расположенный между ней и торцом трубы хвостовик с внешней герметизирующей поверхностью в форме усеченного конуса, и охватывающий элемент с примыкающей к его приемному торцу ответной внутренней резьбой и последовательно расположенной за ней внутренней герметизирующей конической поверхностью (1. ГОСТ 632 “Трубы обсадные и муфты к ним. Технические условия”, резьбовые соединения ОТТГ и ТБО. 2. ГОСТ 633 “Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия”, резьбовые соединения НКМ и НКБ). При свинчивании резьб трубы и охватывающего элемента их герметизирующие конические поверхности сопрягаются с диаметральным натягом на всем их протяжении.

Недостатком этих резьбовых соединений является ограниченная герметичность, обусловленная недостаточной величиной контактных давлений на конических герметизирующих поверхностях у торца хвостовика вследствие тонкостенности последнего.

Задачей изобретения является повышение герметичности резьбового соединения, имеющего конические герметизирующие поверхности.

Указанная задача решается за счет повышений контактных давлений на участке сопряжения конических герметизирующих поверхностей, расположенном со стороны торца трубы, непосредственно воспринимающем давление находящейся в трубе среды.

Сущность изобретения заключается в том, что конструктивные параметры конических герметизирующих поверхностей трубы и охватывающего элемента выбирают таким образом, чтобы в собранном резьбовом соединении перпендикулярная его оси плоскость начала их контакта была заглублена относительно торца трубы в направлении к ее наружной резьбе на глубину, превышающую осевую протяженность технологической фаски на хвостовике трубы. При этом не участвующий в герметизации свободный участок хвостовика, расположенный между указанной плоскостью и торцом трубы, повышает, вследствие проявления краевого эффекта, диаметральную жесткость примыкающего к указанной плоскости с обратной стороны участка хвостовика, коническая поверхность которого участвует в герметизации. Это, при одном и том же диаметральном натяге и толщине стенки хвостовика, приводит к повышению величины удельных давлений в сопряжении конических герметизирующих поверхностей на указанном участке и, соответственно, герметичности соединения в целом.

Эффективная величина заглубления в общем случае зависит от ряда факторов, в частности от диаметра трубы и толщины стенки хвостовика, и может составлять от 0,5 до 10 минимальной величины последней.

Необходимое заглубление плоскости начала контакта в общем случае может быть обеспечено или за счет ограничения протяженности герметизирующей конической поверхности охватывающего элемента, или за счет заглубления малого основания конической поверхности хвостовика относительно торца трубы.

В общем случае резьбовое соединение может быть как упорным, так и безупорным.

На фигурах 1,2,3 в качестве примера приведено упорное трубное резьбовое соединение повышенной герметичности.

На фиг.1 - осевой разрез резьбового соединения в собранном состоянии.

На фиг.2 - вариант выполнения хвостовика трубы и полости для его размещения в охватывающем элементе, в котором заглубление плоскости начала контакта герметизирующих конических поверхностей относительно торца трубы в направлении к ее наружной резьбе на глубину l достигается за счет ограничения протяженности конической поверхности охватывающего элемента.

На фиг.3 - вариант выполнения хвостовика трубы и полости для его размещения в охватывающем элементе, в котором заглубление плоскости начала контакта герметизирующих конических поверхностей относительно торца трубы в направлении к ее наружной резьбе на глубину l достигается за счет заглубления малого основания конической поверхности хвостовика.

Резьбовое соединение (фиг.1) содержит трубу 7, имеющую наружную резьбу 6 и хвостовик 1 с внешней герметизирующей поверхностью в форме усеченного конуса 3, и охватывающий элемент 5 с примыкающей к его приемному торцу ответной внутренней резьбой 4 и последовательно расположенной за ней внутренней герметизирующей конической поверхностью 2. При свинчивании резьб 6 трубы и 4 охватывающего элемента их герметизирующие конические поверхности 3 и 2 сопрягаются с диаметральным натягом.

В собранном резьбовом соединении перпендикулярная его оси плоскость 8 начала контакта герметизирующих конических поверхностей (фиг.2,3) трубы и охватывающего элемента заглублена относительно торца трубы в направлении к ее наружной резьбе на глубину l, превышающую осевую протяженность l_ф технологической фаски на хвостовике трубы.

Величина l (фиг.2,3) составляет от 0,5 до 10 минимальных толщин t_min (фиг.1) стенки хвостовика.

Заглубление плоскости 8 начала контакта достигается за счет ограничения протяженности герметизирующей поверхности охватывающего элемента, например, путем изменения ее формы (вариант 1, фиг.2) или заглубления малого основания герметизирующей конической поверхности хвостовика относительно торца трубы (вариант 2, фиг.3).

Наличие не участвующего в герметизации участка хвостовика длиной l обеспечивает вследствие краевого эффекта повышение удельных давлений на начальном участке а уплотнения (фиг.2,3) и, соответственно, повышает герметичность соединения.

1. Трубное резьбовое соединение повышенной герметичности, содержащее трубу, имеющую наружную резьбу и расположенный между ней и торцом трубы хвостовик с внешней герметизирующей поверхностью в форме усеченного конуса, и охватывающий элемент с примыкающей к его приемному торцу ответной внутренней резьбой и последовательно расположенной за ней внутренней герметизирующей конической поверхностью, при этом при свинчивании резьб трубы и охватывающего элемента их герметизирующие конические поверхности сопрягаются с диаметральным натягом, отличающееся тем, что в собранном резьбовом соединении перпендикулярная его оси плоскость начала контакта герметизирующих конических поверхностей трубы и охватывающего элемента заглублена относительно торца трубы в направлении к ее наружной резьбе на глубину, превышающую осевую протяженность торцевой технологической фаски на хвостовике трубы.

2. Трубное резьбовое соединение повышенной герметичности по п.1, отличающееся тем, что величина заглубления составляет от 0,5 до 10 минимальных толщин стенки хвостовика.