Резьбовое соединение для стальных труб

Авторы патента:


Изобретение относится к резьбовому соединению для стальных труб, которое может обеспечить определенное сопротивление крутящему моменту и снизить производственные затраты. Резьбовое соединение (1) для стальных труб включает ниппель (10), включающий участок (11) наружной резьбы на внешней периферии, и муфту (20), включающую, на внутренней периферии, участок (21) внутренней резьбы, выполненный с возможностью быть навинченным на ниппель (10). Участок (11) наружной резьбы включает основную наружную резьбу (111) и вспомогательную наружную резьбу (112). Основная наружная резьба (111) образована трапециевидной резьбой, имеющей постоянную ширину вершины резьбы и постоянную ширину впадины резьбы. Вспомогательная наружная резьба (112) расположена во впадине резьбы основной наружной резьбы (111) и имеет ширину вершины резьбы и высоту вершины резьбы, которые меньше ширины вершины резьбы и высоты вершины резьбы основной наружной резьбы (111). В сечении, содержащем ось трубы ниппеля (10), угол профиля резьбы закладной стороны (111с) основной наружной резьбы (111) и угол профиля резьбы опорной стороны (112d) вспомогательной наружной резьбы (112) в смежных местах больше 0 градусов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к резьбовому соединению, используемому для соединения стальных труб.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] В нефтяных скважинах или скважинах природного газа (далее в совокупности именуемых «нефтяные скважины» или тому подобное), для добычи подземных ресурсов используются трубные изделия нефтепромыслового сортамента (OCTG), такие как обсадные и насосно–компрессорные трубы. OCTG состоит из ряда стальных труб, соединенных вместе посредством резьбового соединения.

[0003] Такие резьбовые соединения для стальных труб обычно классифицируются как муфтового типа и интегрального типа. Соединение муфтового типа соединяет пару труб, одна из которых является стальной трубой, а другая является короткой трубой, называемой муфтой. В этом случае наружная резьба предусмотрена на внешней периферии каждого из концов стальной трубы, тогда как внутренняя резьба предусмотрена на внутренней периферии каждого из концов муфты. Затем, наружная резьба на стальной трубе ввинчивается во внутреннюю резьбу муфты, при этом стальная труба и муфта свинчиваются и соединяются. Соединение интегрального типа соединяет пару труб, которые обе являются стальными трубами, и не использует отдельную муфту. В этом случае, наружная резьба предусмотрена на внешней периферии одного конца стальной трубы, тогда как внутренняя резьба предусмотрена на внутренней периферии другого конца. Затем, наружная резьба одной стальной трубы ввинчивается во внутреннюю резьбу другой стальной трубы таким образом, что они свинчиваются и соединяются.

[0004] Соединительный участок конца трубы, на котором предусмотрена наружная резьба, включает элемент, который должен быть вставлен во внутреннюю резьбу, и таким образом, обычно называется ниппелем. Соединительный участок конца трубы, на котором предусмотрена внутренняя резьба, включает элемент для приема наружной резьбы, и таким образом, обычно называется муфтой. Ниппель и муфта образовывают концы труб и, таким образом, являются трубчатыми по форме.

[0005] В последние годы разработка новых технологий, таких как горизонтальное бурение и направленное бурение, создала потребность в резьбовых соединениях с высоким сопротивлением крутящему моменту и высокими уплотняющими характеристиками. Чтобы обеспечить как сопротивление крутящему моменту, так и уплотняющую характеристику, эффективно, если используемые винтовые резьбы представляют собой конические резьбы в форме ласточкина хвоста, например, которые могут называться клиновидными резьбами. В резьбовом соединении, имеющем клиновидные резьбы, ширина вершины резьбы наружной резьбы (на ниппеле) уменьшается в направлении, в котором правосторонняя резьба продвигается вдоль спирали резьбы так, что резьба сужается, в то время как ширина вершины резьбы противоположной внутренней резьбы (на муфте) уменьшается в направлении, в котором правосторонняя резьба продвигается вдоль спирали резьбы, так что резьба сужается. В клиновидной резьбе, как опорная сторона, так и закладная сторона имеют отрицательные углы, и опорные стороны контактируют друг с другом, в то время как закладные стороны контактируют друг с другом. Таким образом, все резьбы сильно зацепляются, демонстрируя высокие характеристики крутящего момента. Кроме того, когда соединение свинчено, вершины резьбы и впадины резьбы находятся в контакте друг с другом, что обеспечивает определенную уплотняющую характеристику.

[0006] С другой стороны, в Патентных документах 1 и 2 раскрыты резьбовые соединения, в которых характеристики крутящего момента улучшаются без использования клиновидных резьб.

[0007] В резьбовом соединении по Патентному документу 1 сечение каждой из опорной и закладной сторон каждой резьбы имеет Z–образную форму. Благодаря этому резьбовому соединению, опорные стороны и закладные стороны такой формы приводятся в контакт для контроля осевого и радиального затягивания резьб.

[0008] В резьбовом соединении по Патентному документу 2 сечение каждой из опорной и закладной сторон каждой резьбы имеет крюкообразную форму. Таким образом, когда соединение свинчено, крюкообразные опорные стороны входят в зацепление друг с другом. Таким образом, резьба может быть нагружена некоторым крутящим моментом, которым нагружены заплечики для передачи крутящего момента, уменьшая пластическую деформацию заплечиков для передачи крутящего момента и демонстрируя высокое сопротивление крутящему моменту.

[0009] Следующие документы предшествующего уровня техники включены в данный документ путем ссылки.

Патентный документ 1: Публикация заявки на выдачу патента США № 2008/0073909;

Патентный документ 2: Патент Японии № 2002–81584 A

СУЩНОСТЬ РАСКРЫТИЯ

[0010] В резьбовом соединении, в котором используемые резьбы являются клиновидными резьбами, ширина вершины резьбы наружной резьбы и ширина впадины резьбы соответствующей внутренней резьбы изменяются. Это затрудняет обработку резьбы и увеличивает время обработки, что приводит к высоким затратам на изготовление. Чтобы снизить производственные затраты, используемые резьбы могут быть батресс (или трапецеидальными) резьбами в соответствии со стандартами Американского института нефти (API). Однако резьбовое соединение, использующее трапецеидальные резьбы, не проявляет высокого сопротивления крутящему моменту, если не предусмотрен механизм усиления крутящего момента, такой как заплечики для передачи крутящего момента.

[0011] Задачей настоящего изобретения является обеспечение резьбового соединения для стальных труб, которое может обеспечивать определенное сопротивление крутящему моменту и снижать производственные затраты.

[0012] Резьбовое соединение для стальных труб согласно настоящему изобретению включает трубчатый ниппель и трубчатую муфту. Ниппель включает участок наружной резьбы на его внешней периферии. Муфта включает на внутренней периферии участок внутренней резьбы, соответствующий участку наружной резьбы и выполненный с возможностью навинчивания на ниппель. Участок наружной резьбы включает основную наружную резьбу и вспомогательную наружную резьбу. Основная наружная резьба состоит из трапециевидной резьбы, имеющей постоянную ширину вершины резьбы и постоянную ширину впадины резьбы. Вспомогательная наружная резьба расположена на впадине резьбы основной наружной резьбы и имеет ширину вершины резьбы и высоту вершины резьбы, которые меньше ширины вершины резьбы и высоты вершины резьбы основной наружной резьбы. Каждая из основной наружной резьбы и вспомогательной наружной резьбы имеет закладную сторону и опорную сторону, расположенную напротив закладной стороны. В сечении, содержащем ось трубы ниппеля, угол профиля резьбы закладной стороны основной наружной резьбы и угол профиля резьбы опорной стороны вспомогательной наружной резьбы в смежных местах больше 0 градусов.

[0013] Резьбовое соединение для стальных труб согласно настоящему изобретению снижает стоимость изготовления, в то же время, обеспечивая определенное сопротивление крутящему моменту.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0014] [FIG.1] Фиг.1 представляет собой вид продольного сечения резьбового соединения для стальных труб согласно варианту осуществления.

[FIG.2] Фиг.2 представляет собой вид продольного сечения участков резьбы в резьбовом соединении для стальных труб, показанном на фиг.1.

[Фиг.3] Фиг.3 представляет собой вид продольного сечения резьбового соединения для стальных труб согласно обычной технологии (сравнительный пример).

[Фиг.4] Фиг.4 представляет собой график, показывающий крутящий момент на пределе текучести в резьбовых соединениях для стальных труб согласно примеру по изобретению и сравнительному примеру.

[Фиг.5] Фиг.5 представляет собой график, показывающий минимальное уплотняющее контактное усилие в резьбовых соединениях для стальных труб согласно примеру по изобретению и сравнительному примеру.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0015] Авторы резьбового соединения для стальных труб согласно варианту осуществления попытались обеспечить, чтобы участки основной резьбы проявляли сопротивление крутящему моменту, начиная с опорных резьб (трапецеидальных резьб) в соответствии со стандартами API и изменяющейся формой резьбы.

[0016] Резьбовое соединение для стальных труб согласно варианту осуществления включает трубчатый ниппель и трубчатую муфту. Ниппель включает участок наружной резьбы на его внешней периферии. Муфта включает на внутренней периферии участок внутренней резьбы, соответствующий участку наружной резьбы и выполненный с возможностью навинчивания на ниппель. Участок наружной резьбы включает основную наружную резьбу и вспомогательную наружную резьбу. Основная наружная резьба образована трапециевидной резьбой, имеющей постоянную ширину вершины резьбы и постоянную ширину впадины резьбы. Вспомогательная наружная резьба расположена на впадине резьбы основной наружной резьбы и имеет ширину вершины резьбы и высоту вершины резьбы, которые меньше ширины вершины резьбы и высоты вершины резьбы основной наружной резьбы. Каждая из основной наружной резьбы и вспомогательной наружной резьбы имеет закладную сторону и опорную сторону, расположенную напротив закладной стороны. В сечении, содержащем ось трубы ниппеля, угол профиля резьбы закладной стороны основной наружной резьбы и угол профиля резьбы опорной стороны наружной резьбы в смежных местах больше 0 градусов.

[0017] В участке наружной резьбы в вышеописанном резьбовом соединении, вспомогательная наружная резьба, имеющая ширину вершины резьбы и высоту вершины резьбы, меньшую, чем основная наружная резьба, предусмотрена во впадине резьбы основной наружной резьбы. Участок внутренней резьбы сконструирован, чтобы соответствовать участку наружной резьбы. Эта конструкция сделает область зацепления между участками наружной и наружной и внутренней резьбы больше, чем у обычных трапецеидальных резьб. Это обеспечит более высокое сопротивление крутящему моменту.

[0018] Дополнительно, в участке наружной резьбы в вышеописанном резьбовом соединении, основная наружная резьба образована трапециевидной резьбой с постоянной шириной вершины резьбы и постоянной шириной впадины резьбы. Это позволит обрабатывать резьбу за более короткое время, чем клиновидную резьбу. Это снизит производственные затраты.

[0019] [Варианты осуществления]

Варианты осуществления будут описаны ниже, обращаясь к чертежам. Одинаковые и соответствующие компоненты на чертежах будут обозначены одинаковыми ссылочными символами, и одно и то же описание не будет повторяться.

[0020] [Конструкция резьбового соединения для стальных труб]

Фиг.1 представляет собой вид продольного сечения резьбового соединения 1 для стальных труб согласно настоящему варианту осуществления (вид сечения, выполненный в плоскости, содержащей ось CL трубы). Резьбовое соединение 1 может быть резьбовым соединением интегрального типа или может быть резьбовым соединением муфтового типа. Резьбовое соединение 1 включает ниппель 10 и муфту 20.

[0021] Ниппель 10 включает участок 11 наружной резьбы, уплотняющую поверхность 12 и поверхность 13 заплечика. Участок 11 наружной резьбы включает основную наружную резьбу 111 и вспомогательную наружную резьбу 112. Участок 11 наружной резьбы и уплотняющая поверхность 12 предусмотрены на внешней периферии ниппеля 10. Уплотняющая поверхность 12 расположена ближе к кончику муфты 10, чем участок 11 наружной резьбы. Заплечик 13 предусмотрен на кончике ниппеля 10.

[0022] Муфта 20 включает участок 21 внутренней резьбы, уплотняющую поверхность 22 и поверхность 23 заплечика. Участок 21 внутренней резьбы, уплотняющая поверхность 22 и поверхность 23 заплечика предусмотрены так, чтобы соответствовать участку 11 наружной резьбы, уплотняющей поверхности 12 и поверхности 13 заплечика ниппеля 10.

[0023] Участок 11 наружной резьбы и участок 21 внутренней резьбы вставляются друг в друга, когда соединение свинчивается для образования посадки с натягом.

[0024] Уплотняющие поверхности 12 и 22 вступают в контакт друг с другом, когда ниппель 10 ввинчивается в муфту 20, устанавливаются друг в друга, когда соединение свинчено для образования посадки с натягом. Таким образом, уплотняющие поверхности 12 и 22 образуют уплотнение посредством контакта металл–металл.

[0025] Когда ниппель 10 ввинчен в муфту 20, поверхности 13 и 23 заплечиков контактируют друг с другом и прижимаются друг к другу. Поверхности 13 и 23 заплечиков ограничивают ввинчивание ниппеля 10 в муфту 20 и придают участку 11 наружной резьбы нагрузку в направлении, противоположном направлению продвижения ввинчивания, то есть осевому усилию затягивания резьбы.

[0026] Фиг.2 представляет собой вид продольного сечения резьбовых участков резьбы в резьбовом соединении 1 (вид сечения, выполненного в плоскости, содержащей ось CL трубы). Для простоты объяснения, фиг.2 отдельно показывает участок 11 наружной резьбы и участок 21 внутренней резьбы.

[0027] Как описано выше, участок 11 наружной резьбы включает основную наружную резьбу 111 и вспомогательную наружную резьбу 112. Основная наружная резьба 111 образована трапециевидной резьбой, которая имеет ширину вершины резьбы и ширину впадины резьбы, которые являются постоянными по всему участку 11 наружной резьбы. В продольном сечении, основная наружная резьба 111 включает множество поверхностей 111а вершин резьбы, множество поверхностей 111b впадин резьбы, множество закладных сторон 111с и множество опорных сторон 111d. Каждая закладная сторона 111с расположена на кончике ниппеля 10. Для каждого зубца резьбы основной наружной резьбы 111, опорная сторона 111d расположена на той стороне резьбы, которая является противоположной закладной стороне 111c.

[0028] Каждая закладная сторона 111c и каждая опорная сторона 111d основной наружной резьбы 111 наклонены в одном и том же направлении. Более конкретно, угол профиля резьбы каждой закладной стороны 111с больше 0 градусов, то есть является положительным углом. Угол профиля резьбы каждой опорной стороны 111d меньше 0 градусов, то есть является отрицательным углом. Угол профиля резьбы, как используется здесь, означает угол, образованный плоскостью VP, перпендикулярной к оси CL трубы, и закладной стороной 111c или опорной стороной 111d. На фиг.2 угол профиля резьбы каждой закладной стороны 111с определяется как положительный, если он является положительным углом против часовой стрелки, в то время как угол профиля резьбы каждой опорной стороны 111d определяется как положительный, если он является положительным углом по часовой стрелке.

[0029] Вспомогательная наружная резьба 112 предусмотрена во впадине резьбы основной наружной резьбы 111. То есть в продольном сечении каждый зубец резьбы вспомогательной наружной резьбы 112 предусмотрен между зубцами резьбы основной наружной резьбы 111. Вспомогательная наружная резьба 112 имеет ширину вершины резьбы и высоту вершины резьбы, которые меньше ширины вершины резьбы и высоты вершины резьбы основной наружной резьбы 111. Например, площадь продольного сечения зубца резьбы вспомогательной наружной резьбы 112 не превышает 50% от площади продольного сечения зубца резьбы основной наружной резьбы 111.

[0030] В продольном сечении, вспомогательная наружная резьба 112 включает множество поверхностей 112а вершин резьбы, множество закладных сторон 112с и множество опорных сторон 112d. Каждая закладная сторона 112с расположена по направлению к кончику ниппеля 10. Для каждого зубца резьбы вспомогательной наружной резьбы 112, опорная сторона 112d расположена на той стороне резьбы, которая является противоположной закладной стороне 112c. Каждая закладная сторона 112с вспомогательной наружной резьбы 112 обращена к соответствующей опорной стороне 111d основной наружной резьбы 111. Каждая опорная рабочая сторона 112d вспомогательной наружной резьбы 112 обращена к соответствующей закладной стороне 111с основной наружной резьбы 111.

[0031] Каждая закладная сторона 112c и каждая опорная сторона 112d вспомогательной наружной резьбы 112 наклонены в противоположных направлениях. То есть, углы профиля резьбы каждой закладной стороны 112с и каждой опорной стороны 112d больше 0 градусов, то есть являются положительными углами. Угол профиля резьбы, как используется здесь, является углом, образованным плоскостью, перпендикулярной к оси CL трубы, и закладной стороной 112c или опорной стороной 112d. На фиг.2, угол профиля резьбы каждой закладной стороны 112с определяется как положительный, если он является положительным углом против часовой стрелки, в то время как угол профиля резьбы каждой опорной стороны 111d определяется как положительный, если он является положительным углом по часовой стрелке.

[0032] В продольном сечении ниппеля 10 (то есть в сечении, содержащем ось трубы) угол θ111c профиля резьбы закладной стороны 111c основной наружной резьбы 111 и угол θ112d профиля резьбы опорной стороны 112d вспомогательной наружной резьбы 112 больше 0 градусов, т.е. имеют положительные углы. Хотя это не показано, угол профиля резьбы опорной стороны 111d основной наружной резьбы 111 меньше 0 градусов, то есть является отрицательным углом. Угол профиля резьбы закладной стороны 112с вспомогательной наружной резьбы 112 больше 0 градусов, то есть является положительным углом. Хотя это и не является ограничением, абсолютное значение угла профиля резьбы опорной стороны 111d меньше, чем абсолютное значение угла профиля резьбы закладной стороны 112с.

[0033] В продольном сечении, участок 21 внутренней резьбы включает множество поверхностей 21а вершин резьбы, множество поверхностей 21b впадин резьбы, множество закладных сторон 21с и множество опорных сторон 21d. Вспомогательная впадина 21е резьбы образована в вершине резьбы участка 21 внутренней резьбы.

[0034] Поверхность 21а вершины резьбы, поверхность 21b впадины резьбы, закладная сторона 21с и опорная сторона 21d участка 21 внутренней резьбы обращены к поверхности 111b впадины резьбы, поверхности 111а вершины резьбы, закладной стороне 111с и опорной стороне 111d, соответственно, основной наружной резьбы 111. Впадина 21e вспомогательной резьбы участка 21 внутренней резьбы принимает вершину резьбы вспомогательной наружной резьбы 112.

[0035] Когда соединение свинчено, поверхность 21а вершины резьбы и опорная сторона 21d участка 21 внутренней резьбы находятся в контакте с поверхностью 111b впадины резьбы и опорной стороной 111d, соответственно, основной наружной резьбы 111. Поверхности 112а вершин резьбы, закладные стороны 112с и опорные стороны 112d вспомогательной наружной резьбы 112 находятся в контакте с нижней поверхностью и боковой стенкой впадины 21е вспомогательной резьбы участка 21 внутренней резьбы.

[0036] Ширина W2 впадины 21e вспомогательной резьбы на вершине резьбы участка 21 внутренней резьбы немного меньше ширины W1 вспомогательной наружной резьбы 112. Для зубца резьбы участка 21 внутренней резьбы, длина L21 в направлении оси трубы между закладной стороной 21c и соответствующей боковой стенкой впадины 21e вспомогательной резьбы немного больше длины L11 в направлении оси трубы между закладной стороной 111c основной наружной резьбы и опорной стороной 112d вспомогательной наружной резьбы 112. Дополнительно, для зубца резьбы участка 21 внутренней резьбы, длина L22 в направлении оси трубы между опорной стороной 21d и соответствующей боковой стенкой впадины 21e вспомогательной резьбы немного больше длины L12 в направлении оси трубы между опорной стороной 111d основной наружной резьбы и закладной стороной 112с вспомогательной наружной резьбы 112. Эта конструкция будет позволять вспомогательной наружной резьбе 112 быть зацепленной с посадкой с натягом к участку 21 внутренней резьбы, тем самым увеличивая зацепления между участками резьбы, то есть участком 11 наружной резьбы и участком 21 внутренней резьбы.

[0037] [Эффекты вариантов осуществления]

Таким образом, в резьбовом соединении 1 согласно настоящему варианту осуществления, вспомогательная наружная резьба 112 предусмотрена во впадине резьбы основной наружной резьбы 111, причем вспомогательная наружная резьба имеет ширину вершины резьбы и высоту вершины резьбы меньше, чем у основной наружной резьбы 111. Когда соединение свинчено, вершина резьбы вспомогательной наружной резьбы 112 принимается впадиной 21е вспомогательной резьбы участка 21 внутренней резьбы. Это будет делать область зацепления между участками 11 и 21 наружной и внутренней резьб больше, чем у обычных трапецеидальных резьб, посредством чего обеспечивается более высокое сопротивление крутящему моменту.

[0038] Дополнительно, согласно настоящему варианту осуществления, ширина вершины резьбы и ширина впадины резьбы основной наружной резьбы 111 участка 11 наружной резьбы, и ширина вершины резьбы и ширина впадины резьбы участка 21 внутренней резьбы, соответствующего участку 11 наружной резьбы, являются постоянными вдоль всего участка резьбы. Это будет позволять обрабатывать резьбы за более короткое время, чем клиновидные резьбы. Это снизит производственные затраты.

[0039] Согласно настоящему варианту осуществления, ширина W2 впадины 21e вспомогательной резьбы участка 21 внутренней резьбы, принимающего вспомогательную наружную резьбу 112, немного меньше ширины W1 вершины резьбы вспомогательной наружной резьбы 112. Во впадине резьбы участка 21 внутренней резьбы, длина L21 в направлении оси трубы между закладной стороной 21c и опорной стороной 21f впадины 21e вспомогательной резьбы (т.е. стороне, противоположной закладной стороне 21с) немного больше длины L11 в направлении оси трубы между закладной стороной 111c основной наружной резьбы и опорной стороной 112d вспомогательной наружной резьбы 112. Дополнительно, в зубце резьбы участка 21 внутренней резьбы, длина L22 в направлении оси трубы между опорной стороной 21d и закладной стороной 21g впадины 21e вспомогательной резьбы (стороной, противоположной опорной стороне 21d) немного больше длины L12 в направлении оси трубы между опорной стороной 111d основной наружной резьбы и закладной стороной 112с вспомогательной наружной резьбы 112. Это будет позволять вспомогательной наружной резьбы 112 и участку 21 внутренней резьбы быть зацепленным с натягом, таким образом, увеличивая прочность зацепления между участками резьбы. Это будет дополнительно улучшать сопротивление крутящему моменту.

[0040] Как отмечалось выше, согласно настоящему варианту осуществления, вспомогательная наружная резьба 112 предусмотрена в участке 11 наружной резьбы, так что площадь зацепления и прочность зацепления между участками резьбы увеличены. Таким образом, даже когда внешнее давление прикладывается к участкам резьбы, предотвращается проникновение внешнего давления между участками резьбы и через уплотнение. Это будет улучшать уплотняющую характеристику против внешнего давления.

ПРИМЕРЫ

[0041] Для подтверждения эффектов резьбового соединения для стальных труб согласно настоящему изобретению, проводился численный имитационный анализ, использующий упругопластический метод конечных элементов.

[0042] [Условия испытания]

Для обеспечения примера по изобретению была создана модель резьбового соединения 1, имеющего вспомогательную наружную резьбу 112 во впадине резьбы основной наружной резьбы 111 (фиг.1). Чтобы проиллюстрировать традиционную технологию для сравнения (сравнительный пример), была создана модель резьбового соединения 2 с трапецеидальными резьбами (фиг.3). Резьбовое соединение 2 сравнительного примера имело ту же конструкцию, что и резьбовое соединение 1 примера по изобретению, за исключением отсутствия вспомогательной наружной резьбы 112. Размер стальных труб составлял 5"18# (наружный диаметр корпуса трубы: 127,00 мм; внутренний диаметр корпуса трубы: 108,61 мм), и материал представлял собой углеродистую сталь API, P110 (номинальный предел текучести (YS): 758 МПа).

[0043] [Способ оценки]

Во время анализа, сопротивление крутящему моменту каждой из созданных моделей оценивалось, заставляя заплечики 13 и 23 ниппеля 10 и муфты 20 контактировать друг с другом, а затем, увеличивая обороты затяжки, определения точки, в которой наклон линии, представляющей момент затяжки изменяется и, с крутящего момента на пределе текучести, определенного как крутящий момент в этой точке, использования значения крутящего момента на пределе текучести для оценки сопротивления крутящему моменту. Дополнительно, уплотняющая характеристика каждой из созданных моделей оценивалась путем определения минимального контактного усилия уплотнения, полученного в условиях нагрузки, имитирующей тест ISO 13679, серия A (минимальное контактное усилие уплотнения).

[0044] Фигуры 4 и 5 показывают полученные крутящие моменты на пределе текучести и минимальные контактные усилия уплотнения. Как показано на фигурах 4 и 5, крутящий момент на пределе текучести и минимальное контактное усилие уплотнения резьбового соединения 1 примера согласно изобретению (фиг.1) значительно больше, чем у резьбового соединения 2 сравнительного примера (фиг.3). Это демонстрирует, что обеспечение вспомогательной наружной резьбы 112 во впадине резьбы основной наружной резьбы 111 значительно улучшает сопротивление крутящему моменту и уплотняющую характеристику.

[0045] [Спецификация диапазонов]

Предпочтительным является обеспечение определенной величины площади продольного сечения зубца резьбы вспомогательной наружной резьбы 112. Это связано с тем, что это увеличит площадь контакта между участками резьбы, когда соединение будет свинчено, и в то же время значительно улучшит сопротивление крутящему моменту по сравнению с традиционными методами. Это также относится к уплотняющей характеристике при внешнем давлении, обсуждаемой выше. Настоящий вариант осуществления предполагает, что для улучшения уплотняющей характеристики при внешнем давлении желательно, чтобы площадь S1 продольного сечения зубца резьбы вспомогательной наружной резьбы 112 была равна или больше 15% от площади S2 продольного сечения зубца резьбы основной наружной резьбы 111. Однако слишком большая площадь S1 продольного сечения зубца резьбы вспомогательной резьбы 112 может вызвать проблемы при изготовлении и свинчивании участков резьбы; соответственно, площадь S1 продольного сечения зубца резьбы вспомогательной наружной резьбы 112 не должна превышать 40% от площади S2 продольного сечения зубца резьбы основной наружной резьбы 111. Как показано на фиг.2, площадь S1 продольного сечения зубца резьбы вспомогательной наружной резьбы 112 представляет собой площадь, ограниченную внешним профилем зубца резьбы вспомогательной наружной резьбы 112 и линией L, соединяющей впадины 111b резьбы в продольном сечении зубца резьбы вспомогательной наружной резьбы 112. Дополнительно, как показано на фиг.2, площадь S2 продольного сечения зубца резьбы основной наружной резьбы 111 представляет собой площадь, ограниченную внешним профилем зубца резьбы основной наружной резьбы 111 и линией L, соединяющей впадины 111b резьбы в продольном сечении зубца резьбы основной наружной резьбы 111.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

[0046] 1: резьбовое соединение для стальных труб

10: ниппель

11: участок наружной резьбы

111: основная наружная резьба

111с: закладная сторона

111d: опорная сторона

112: вспомогательная наружная резьба

112с: закладная сторона

112d: опорная сторона

20: муфта

21: участок внутренней резьбы

1. Резьбовое соединение для стальных труб, содержащее:

трубчатый ниппель, включающий участок наружной резьбы на внешней периферии; и

трубчатую муфту, включающую, на внутренней периферии, участок внутренней резьбы, соответствующий участку наружной резьбы и выполненный с возможностью навинчивания на ниппель,

причем участок наружной резьбы включает основную наружную резьбу, образованную трапециевидной резьбой, имеющей постоянную ширину вершины резьбы и постоянную ширину впадины резьбы, и вспомогательную наружную резьбу, расположенную во впадине резьбы основной наружной резьбы и имеющую ширину вершины резьбы, и высоту вершины резьбы меньшую, чем ширина вершины резьбы и высота вершины резьбы основной наружной резьбы,

при этом каждая из основной наружной резьбы и вспомогательной наружной резьбы имеет закладную сторону и опорную сторону, расположенную напротив закладной стороны, и

причем в сечении, содержащем ось трубы ниппеля, угол профиля резьбы закладной стороны основной наружной резьбы и угол профиля резьбы опорной стороны вспомогательной наружной резьбы в смежных местах больше 0 градусов.

2. Резьбовое соединение для стальных труб по п.1, в котором зубец резьбы вспомогательной наружной резьбы имеет площадь продольного сечения от 15 до 40% от площади продольного сечения зубца резьбы основной наружной резьбы, прилегающей к вспомогательной наружной резьбе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к резьбовому соединению для стальных труб, которое может обеспечить определенное сопротивление крутящему моменту и снизить производственные затраты. Резьбовое соединение для стальных труб включает ниппель, включающий участок наружной резьбы на внешней периферии, и муфту, включающую, на внутренней периферии, участок внутренней резьбы, выполненный с возможностью быть навинченным на ниппель. Участок наружной резьбы включает основную наружную резьбу и вспомогательную наружную резьбу. Основная наружная резьба образована трапециевидной резьбой, имеющей постоянную ширину вершины резьбы и постоянную ширину впадины резьбы. Вспомогательная наружная резьба расположена во впадине резьбы основной наружной резьбы и имеет ширину вершины резьбы и высоту вершины резьбы, которые меньше ширины вершины резьбы и высоты вершины резьбы основной наружной резьбы. В сечении, содержащем ось трубы ниппеля, угол профиля резьбы закладной стороны основной наружной резьбы и угол профиля резьбы опорной стороны вспомогательной наружной резьбы в смежных местах больше 0 градусов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх