EA 031062B1 20181130

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000031062b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Двухупорное резьбовое соединение (30), содержащее первый трубный компонент, навинченный на второй трубный компонент, причем указанные трубные компоненты предназначены для разведки с применением нефтегазовой скважины или ее эксплуатации; при этом первый, по существу, цилиндрический трубный компонент (C1) с осью (X) вращения содержит охватываемый конец, причем охватываемый конец содержит внешнюю упорную поверхность (BE), при этом охватываемая часть (PC1) резьбового соединения, продолженная нерезьбовой конечной частью (РТ1), образует внутреннюю упорную поверхность (BI) на своем осевом конце, причем нерезьбовое охватываемое основание (B1) образовано между внешней упорной поверхностью и охватываемой частью резьбового соединения; при этом второй, по существу, цилиндрический трубный компонент (С2) содержит охватывающий конец, образующий на свободном конце опорную поверхность (SA), прижимаемую к внешней упорной поверхности, причем этот охватывающий конец содержит на своей внутренней поверхности охватывающую часть (РС2) резьбового соединения, свинченную с охватываемой частью резьбового соединения и заканчивающуюся внутренним заплечиком (EI), прижимаемым к внутренней упорной поверхности, причем начальная нерезьбовая часть (РТ2) соединяет охватывающую часть резьбового соединения с внутренним заплечиком, при этом охватывающее нерезьбовое основание (В2) образовано между охватывающей частью резьбового соединения и опорной поверхностью, отличающееся тем, что содержит зону максимального радиального натяга, локально образующую уплотняющую поверхность, расположенную между охватываемой частью резьбового соединения и либо внутренней упорной поверхностью, либо внешней упорной поверхностью, причем эта зона максимального натяга расположена на ненулевом расстоянии (d5) от внутренней упорной поверхности и внешней упорной поверхности соответственно, причем это расстояние составляет по меньшей мере более 50% от минимального значения между осевым расстоянием (d1) конечной части и осевым расстоянием (d2) начальной части.

2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что зона максимального радиального натяга расположена между охватываемой частью резьбового соединения и внутренней упорной поверхностью.

3. Соединение по п.1 или 2, отличающееся тем, что зона непрерывного натяга образована от внутренней упорной поверхности до зоны максимального радиального натяга.

4. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что зона максимального радиального натяга обеспечена за счет взаимодействия между вершиной (46) тороидальной части (45) и конической частью, причем тороидальная часть представлена либо конечной частью, либо начальной частью, а коническая часть представлена другой из конечной части либо начальной части.

5. Соединение по п.4, отличающееся тем, что тороидальная часть (45) представлена начальной частью (РТ2), а коническая часть (41) представлена охватываемой наклонной зоной (41) конечной части (РТ1).

6. Соединение по п.4 или 5, отличающееся тем, что радиус кривизны тороидальной части составляет более 50 мм, например порядка 300 мм.

7. Соединение по любому из пп.4-6, отличающееся тем, что вершина (46) тороидальной части расположена на осевом расстоянии (d5) относительно внутренней упорной поверхности (BI) в диапазоне 60-90% от осевого расстояния (d2) начальной части относительно внутреннего заплечика, в частности в диапазоне 70-80%.

8. Соединение по любому из пп.4-7, отличающееся тем, что точка (46) взаимодействия вершины тороидальной части в охватываемой наклонной зоне (41) расположена на осевом расстоянии (d5) в диапазоне 5-25 мм, предпочтительно в диапазоне 10-20 мм, в частности приблизительно 18 мм относительно внутренней упорной поверхности.

9. Соединение по любому из пп.4-8, отличающееся тем, что зона (46) максимального радиального натяга расположена на радиальном расстоянии (е) от начала части резьбового соединения, причем это радиальное расстояние находится в диапазоне, например, 2-5 мм.

10. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что соответственные охватываемая и охватывающая части резьбового соединения имеют наклон (Y) резьбы в диапазоне от 8,33 до 10 см/м относительно оси соединения.

11. Способ создания резьбового соединения по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что соединение свинчивают при номинальном моменте свинчивания более 22250 Н/м, когда резьбовое соединение имеет внешний диаметр более 13,02 см и внутренний диаметр более 7,18 см.

12. Способ создания резьбового соединения по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что соединение свинчивают при номинальном моменте свинчивания более 70000 Н/м, когда резьбовое соединение имеет внешний диаметр более 20,32 см и внутренний диаметр более 13 см.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Евразийское 031062 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2018.11.30
(21) Номер заявки 201790605
(22) Дата подачи заявки 2015.10.14
(51) Int. Cl. E21B17/042 (2006.01) F16L 15/00 (2006.01)
(54) МНОГОЦЕЛЕВОЕ ДВУХУПОРНОЕ ГЕРМЕТИЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
(31) 1459934
(32) 2014.10.16
(33) FR
(43) 2017.07.31
(86) PCT/EP2015/073762
(87) WO 2016/059103 2016.04.21
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ВАЛЛУРЕК ОЙЛ ЭНД ГЕС ФРАНС (FR)
(72) Изобретатель:
Бранли Ромен, Каруа Фабьен (FR)
(74) Представитель:
Носырева Е.Л. (RU)
(56) US-B2-6511102 FR-A1-2969738 US-A-5908212 WO-A1-2005095840 WO-A1-2006092649
(57) Двухупорное резьбовое соединение (30) содержит первый трубный компонент, навинченный на второй трубный компонент, причем указанные трубные компоненты предназначены для разведки с применением нефтегазовой скважины или ее эксплуатации, причем первый трубный компонент (C1) содержит внешнюю упорную поверхность (BE), при этом охватываемая часть (PC1) резьбового соединения, продолженная нерезьбовой конечной частью (РТ1), образует внутреннюю упорную поверхность (BI) на своем осевом конце; причем второй трубный компонент (С2) содержит охватывающий конец, образующий на свободном конце опорную поверхность (SA), прижимаемую к внешней упорной поверхности, при этом охватывающая часть (РС2) резьбового соединения свинчивается с охватываемой частью резьбового соединения и заканчивается внутренним заплечиком (EI), прижимаемым к внутренней упорной поверхности, при этом начальная нерезьбовая часть (РТ2) соединяет охватывающую часть резьбового соединения с внутренним заплечиком, который содержит зону максимального радиального натяга, локально образующую уплотняющую поверхность, расположенную между охватываемой частью резьбового соединения и внутренней упорной поверхностью, причем эта зона максимального натяга расположена на ненулевом расстоянии от внутренней упорной поверхности, причем это расстояние составляет, по меньшей мере, более половины осевого расстояния (d1) конечной части.
Настоящее изобретение относится к резьбовым трубным соединениям премиум-класса, применяемым, в частности, для соединения стальных труб, например трубных компонентов, используемых в нефтегазовой сфере. В частности, изобретение применимо к компонентам, используемым для бурения, и к компонентам, эксплуатируемым в условиях высокого внутреннего и внешнего давления. Эти компоненты должны выдерживать как растягивающие, так и сжимающие нагрузки, такие как при операциях по гидроразрыву породы, цементированию скважины, или при проведении испытаний на целостность скважины; эти операции еще более критичны, когда проводятся в море.
Существует потребность в соединениях, которые можно использовать как для бурения, так и для обеспечения уплотнения.
Изобретение также применимо для колонн, которые используются в море с платформами, называемыми "морскими" платформами, для соединения устья подводной скважины с буровой платформой, и которые подвергаются сильным усталостным напряжениям, а также напряжениям при изгибе, растяжении и кручении из-за воздействия волн, приливов-отливов и морских течений. Эти используемые в море колонны, известные как "водоотделяющие колонны для бурильных труб", могут применяться для передачи инструментов и приборов, необходимых для отслеживания рабочих параметров скважины, которая готова к добыче (в этом случае их называют "водоотделяющей колонной для капитального ремонта"), и для первых этапов добычи скважины (в этом случае их называют "водоотделяющая колонна для опережающей добычи").
Эти колонны часто собирают и разбирают и для них нужны соединения, целостность которых поддерживается в течение всего срока службы.
Существует потребность в усовершенствовании уплотнения соединений, выполненных между этими трубами, ввиду большой разницы давлений, возможной между внутренней и наружной стороной колонны. Существует также экономическая потребность в соединениях, при которых возможно многоцелевое использование труб для различных операций, выполняемых в месте добычи, в частности, как для бурения, так и для цементирования.
На предшествующем уровне техники обычным является использование на этапах бурения двух-упорных резьбовых соединений одновременно с внутренней и внешней упорными поверхностями, а именно выше и ниже резьбовых частей. В частности, в документах US 5908212, WO 2005/095840 и WO 2006/092649 раскрываются различные решения для резьбовых соединений, в которых предусмотрены две упорных поверхности этого типа, и каждое из них представляет собой определенный компромисс в отношении конструкции резьбы резьбовой части: наклон резьбовой части, распределение осевых нагрузок по упорным поверхностям или момент свинчивания, необходимый для соединений этого типа, - все эти параметры де-факто определяют условия их применения.
Кроме того, в документе US 6511102 описано соединение, предназначенное для неподвижных колонн, используемых для соединения устья подводной скважины с морской нефтяной платформой. В этом документе US 6511102 раскрыто двухупорное резьбовое соединение, в котором предусмотрены витки резьбы, которые можно использовать для улучшения его эксплуатационных характеристик при растяжении, и которое содержит двойную уплотняющую поверхность. Хотя данное соединение удовлетворяет условиям для применения в колоннах, предназначенных для специальной работы в скважине или для проведения в ней испытаний на приток, в ходе которых требуется опускать в нее осветительное оборудование и вспомогательные принадлежности, оно не сертифицировано для условий эксплуатации свыше 15000 фунтов/кв. дюйм внутреннего давления и свыше 10000 фунтов/кв. дюйм внешнего давления. Кроме того, у соединения этого типа малые площади упорных поверхностей, ввиду чего его нельзя использовать для операций бурения.
Таким образом, существует потребность в усовершенствовании двухупорных соединений, которые можно было бы использовать для получения высоких моментов свинчивания, которые являются многоцелевыми в использовании и, кроме бурения, могут использоваться по меньшей мере для еще одной из следующих операций: цементирование скважины, проведение испытаний на герметичность и целостность скважины или испытаний, проводимых в устье скважины на первых этапах добычи. При цементировании скважины, а также при проведении испытаний на герметичность, колонна подвергается воздействию очень высокого внутреннего давления. Операция цементирования предназначена для фиксации опущенной в скважину обсадной трубы или для временного закупоривания входа в скважину, когда планируется продолжение работы в будущем, или в конце периода работы в скважине.
В частности, существует потребность в соединении, которое могло бы использоваться для бурения в необычных условиях давления, например, в условиях низкого давления внутри колонны.
Цель изобретения заключается в предоставлении решения задачи, которая состоит в предоставлении двухупорного резьбового соединения, содержащего первый трубный компонент, навинченный на второй трубный компонент, причем указанные трубные компоненты предназначены для разведки с применением нефтегазовой скважины или ее эксплуатации;
при этом первый по существу цилиндрический трубный компонент с осью вращения содержит охватываемый конец, причем охватываемый конец содержит внешнюю упорную поверхность, при этом охватываемая часть резьбового соединения, продолженная нерезьбовой конечной частью, образует внут
реннюю упорную поверхность на своем осевом конце, причем нерезьбовое охватываемое основание образовано между внешней упорной поверхностью и охватываемой частью резьбового соединения;
при этом второй по существу цилиндрический трубный компонент содержит охватывающий конец, образующий на свободном конце опорную поверхность, прижимаемую к внешней упорной поверхности, причем этот охватывающий конец содержит на своей внутренней поверхности охватывающую часть резьбового соединения, свинченную с охватываемой частью резьбового соединения и заканчивающуюся внутренним заплечиком, прижимаемым к внутренней упорной поверхности, причем начальная нерезьбовая часть соединяет охватывающую часть резьбового соединения с внутренним заплечиком, при этом охватывающее нерезьбовое основание образовано между охватывающей частью резьбового соединения и опорной поверхностью,
и которое содержит зону максимального радиального натяга, локально образующую уплотняющую поверхность, расположенную между охватываемой частью резьбового соединения и либо внутренней упорной поверхностью, либо внешней упорной поверхностью, причем эта зона максимального натяга расположена на ненулевом расстоянии от внутренней упорной поверхности и внешней упорной поверхности соответственно, причем это расстояние составляет по меньшей мере более 50% от минимального значения между осевым расстоянием конечной части и осевым расстоянием начальной части.
В качестве примера, эта зона максимального радиального натяга может быть расположена между охватываемой частью резьбового соединения и внутренней упорной поверхностью.
В частности, зона непрерывного натяга может быть создана от внутренней упорной поверхности до зоны максимального радиального натяга с тем, чтобы не допустить образования объема, при котором возникает риск улавливания газов, что может привести к появлению риска поломки соединения в ходе эксплуатации.
В частности, зона максимального радиального натяга может быть обеспечена за счет взаимодействия между вершиной тороидальной части и конической частью, причем тороидальная часть представлена либо конечной частью, либо начальной частью, а коническая часть представлена другой из конечной части либо начальной части.
В качестве примера, тороидальная часть может быть представлена начальной частью, тогда как коническая часть представлена охватываемой наклонной зоной конечной части.
В частности, радиус кривизны тороидальной части может быть более 50 мм, например порядка 300
мм.
В частности, вершина тороидальной части расположена на осевом расстоянии относительно внутренней упорной поверхности, причем это осевое расстояние может находиться в диапазоне 60-90%, в частности в диапазоне 70-80% осевого расстояния начальной части относительно внутреннего заплечика.
Преимущественно точка взаимодействия вершины тороидальной части в охватываемой наклонной зоне может быть расположена на осевом расстоянии в диапазоне 5-25 мм, предпочтительно в диапазоне 10-20 мм, в частности приблизительно 18 мм относительно внутренней упорной поверхности.
В качестве примера, зона максимального радиального натяга расположена на радиальном расстоянии от начала части резьбового соединения, причем это радиальное расстояние находится в диапазоне, например, 2-5 мм.
В частности, эти соответственные охватываемая и охватывающая части резьбового соединения могут иметь наклон резьбы в диапазоне от 8,33 см/м (1,0 дюйм/фут) до 10 см/м (1,2 дюйм/фут) относительно оси соединения.
Наконец, изобретение также касается способа создания резьбового соединения согласно изобретению, при котором соединение свинчивают при номинальном моменте свинчивания более 22250 Н/м, когда резьбовое соединение согласно изобретению имеет внешний диаметр более 13,02 см (5 1/8 дюйма) и внутренний диаметр более 7,18 см (2 7/8 дюйма).
В частности, характеристики этого способа создания соединения могут быть такими, что номинальный момент свинчивания может быть более 70000 Н/м, когда резьбовое соединение согласно изобретению имеет внешний диаметр более 20,32 см (8 дюймов) и внутренний диаметр более 13 см (5,119 дюймов).
Соединение согласно изобретению может использоваться для достижения номинальных моментов свинчивания, которые превышают моменты свинчивания соединений, изготавливаемых по стандартам API. Соединение согласно изобретению может использоваться для достижения по меньшей мере 90% номинальных моментов свинчивания соединений предшествующего уровня техники без системы кольцевого уплотнения, достигаемой за счет радиального натяга с контактом "металл-металл".
Изобретение станет понятнее после ознакомления с последующим описанием и сопутствующими графическими материалами. Они приводятся исключительно в иллюстративных целях и никоим образом не ограничивают изобретение. На фигурах
на фиг. 1 представлена морская нефтяная платформа, иллюстрирующая использование колонны из трубных компонентов согласно изобретению;
фиг. 2 представляет собой подробный вид в продольном сечении участка А на фиг. 1, двухупорного резьбового соединения согласно изобретению;
фиг. 3 представляет собой подробный вид в продольном сечении участка В на фиг. 2, где охватываемый и охватывающий элементы резьбового соединения согласно изобретению показаны отдельно друг от друга;
фиг. 4 представляет собой подробный вид в продольном сечении участка C1 на фиг. 3, представляющего уплотняющую часть в нерезьбовой конечной части охватываемого элемента резьбового соединения согласно изобретению;
фиг. 5 представляет собой подробный вид в продольном сечении участка С2 на фиг. 3, представляющего уплотняющую часть в нерезьбовой начальной части охватывающего элемента резьбового соединения согласно изобретению;
фиг. 6 представляет собой вид в продольном сечении частей резьбового соединения в зацеплении резьбового соединения согласно изобретению;
на фиг. 7 представлено изменение упругой деформации упорных поверхностей и зоны максимального радиального натяга с контактом "металл-металл" во время свинчивания соединения согласно изобретению;
на фиг. 8а, 8b и 8с представлены подробные виды в разрезе частей, расположенных между частью резьбового соединения и внутренней упорной поверхностью, когда они входят в зацепление во время свинчивания резьбового соединения согласно изобретению; на фиг. 8с представлено соединение в его конечном положении после свинчивания.
На фиг. 1 показана морская буровая установка 10, в которой настоящее изобретение может быть использовано с получением преимуществ. В описываемом примере установка 10 содержит морскую платформу 12, плавающую на поверхности моря. Платформа 12 содержит вышку 14, оснащенную ротором 16, а также различными вспомогательными принадлежностями для захвата и манипулирования различными элементами, используемыми для создания скважины и ее эксплуатации. Таким образом, платформа 12 расположена непосредственно над подводной скважиной 20, пробуренной в морском дне F. Здесь подводная скважина 20 показана обсаженной 21. Установка 10 содержит колонну 22 (называемую морской водоотделяющей колонной), которая соединяет плавучую платформу 12 с устьем 23 скважины, образуя канал, который подвергается воздействию морских течений, и сохраняя защищенное внутреннее пространство для этапов формирования скважины, в частности для бурения.
В примере, показанном на фиг. 1, бурильная колонна 24 расположена с возможностью перемещения в колонне 22. Бурильная колонна 24 содержит несколько трубных компонентов, соединенных концом к концу посредством своих концов. Трубные компоненты согласно изобретению изготовлены из стали.
Согласно изобретению трубные компоненты показанной бурильной колонны свинчены концом к концу при помощи резьбового соединения 30 согласно изобретению. Свинчивание производят между охватываемым резьбовым соединением, известным как "ниппель", и охватывающим резьбовым соединением, известным как "муфта".
Резьбовое трубное соединение, отвечающее техническим требованиям оптимального свинчивания, гарантирует оптимальную механическую прочность устанавливаемого соединения, например, в отношении растягивающих нагрузок, но также препятствует случайному выскакиванию в ходе эксплуатации, а также в отношении оптимизированных показателей уплотнения.
Подробнее, на фиг. 2 резьбовое соединение 30 согласно изобретению содержит первый трубный компонент C1 и второй трубный компонент С2.
Первый трубный компонент C1 содержит первое тело 3, которое является по существу цилиндрическим и имеет ось X вращения. Это первое тело 3 приварено по кольцу, например, сваркой трением, ко второму трубному телу 10. В частности, первое тело 3 может быть определено своим внешним диаметром POD и своим внутренним диаметром PID. Локально, рядом с зоной 6 сварного шва, первое тело 3 имеет толщину стенки, которая больше толщины стенки остального тела. Эта толщина стенки может быть локально достигнута за счет большего внешнего диаметра PUOD, или меньшего внутреннего диаметра PUID. В частности, внешний диаметр POD первого тела 3 находится в диапазоне от 7,30 см (2 7/8 дюйма) до 22,86 см (9 дюймов), предпочтительно в диапазоне от 10,16 см (4 дюйма) до 19,37 см (7 5/8 дюйма), включая 14,92 см (5 7/8 дюйма).
Для обеспечения возможности соединения со вторым трубным компонентом С2, второе тело 10 содержит элемент 11 соединения, который может взаимодействовать с комплементарным элементом 13 соединения, который находится на втором трубном компоненте С2. При зацеплении элементов 11 и 13 соединения образуется резьбовое соединение 30 согласно изобретению. В примере, представленном на фиг. 2, элементом 11 соединения является охватываемый элемент, а элементом 13 соединения - охватывающий элемент.
В частности, второе тело 10, известное как бурильный замок, который является по существу цилиндрическим и имеет ось X вращения, может быть определено своим максимальным внешним диаметром TJOD и своим внутренним диаметром TJID. В частности, максимальный внешний диаметр TJOD второго тела 10 находится в диапазоне от 12,06 см (4 3/4 дюйма) до 22,22 см (8 3/4 дюйма). Внешний диаметр второго тела 10 больше внешнего диаметра первого тела 3. В частности, максимальный внутренний диаметр TJID второго тела 10 находится в диапазоне от 6,19 см (2 7/16 дюйма) до 14,29 см (5 5/8 дюймов), даже
вплоть до 15,87 см (6 1/4 дюйма).
Второе тело 10 предпочтительно может быть изготовлено из стали марки, которая характеризуется показателями порядка 130 тысяч фунтов на кв. дюйм, с пределом текучести в диапазоне 120000-140000 фунтов/кв. дюйм; но также может быть выбрано из более качественных марок, которые характеризуются показателями приблизительно 140 тысяч фунтов на кв. дюйм, 150 тысяч фунтов на кв. дюйм и 165 тысяч фунтов на кв. дюйм, а также из менее качественных марок стали, например, таких, которые характеризуются показателями приблизительно 80 тысяч фунтов на кв. дюйм или 95 тысяч фунтов на кв. дюйм, или же 110 тысяч фунтов на кв. дюйм.
Второй трубный компонент С2 содержит первое тело 3' и третье тело 12. Первое тело 3' имеет по существу такую же структуру и такие же размерные характеристики, как первое тело 3. Это первое тело 3' также приварено по кольцу 6, соответственно к третьему телу 12. Третье тело 12 содержит упомянутый выше комплементарный элемент 13 соединения.
Соединение 30 изготавливается так, что внешний и внутренний диаметры второго тела 10 и третьего тела 12 имеют одинаковые максимальные внешние размеры и одинаковый внутренний диаметр, по меньшей мере вблизи своей зоны соединения, представленной участком В.
Преимущественно третье тело 12 выполнено из такой же марки стали, как второе тело 10.
Профили элементов 11 и 13 соединения предпочтительно получены посредством механической обработки. В частности, химическая или механическая обработка поверхности может быть произведена на этих механически обработанных частях. Это может быть обработка фосфатированием с использованием марганца или цинка, или же шлифование. После обработки поверхности, хранения или свинчивания на элементы 11 и 13 соединения может быть нанесена смазка.
Соединение 30 имеет две упорных поверхности, как внутреннюю, так и внешнюю.
Второе тело 10 имеет внешнюю упорную поверхность BE по своему внешнему периметру. Эта внешняя упорная поверхность BE имеет вид плоского кольцевого углубления. Плоскость этого углубления образует острый или прямой угол с осью X, в частности 90° на фиг. 3.
Внешняя упорная поверхность BE связана посредством основания B1 с охватываемой частью PC1 резьбового соединения. Охватываемое основание B1 не является резьбовым; оно проходит по оси X и имеет кольцевую поверхность, по существу параллельную оси X по своему внешнему периметру. Общая форма соединительной части PC1 представляет собой внешний усеченный конус, диаметр которого уменьшается по мере удаления от указанного основания B1. На внешнем периметре соединительной части PC1 находится резьба. Соединительная часть PC1 продолжена нерезьбовой конечной частью РТ1. Конечная часть РТ1 соединена с поперечной поверхностью, образуя внутреннюю упорную поверхность BI на своем свободном осевом конце.
Эта внутренняя упорная поверхность BI имеет вид плоской кольцевой поверхности. Плоскость этой поверхности образует острый или прямой угол с осью X, в частности 90° на фиг. 3. Внутренняя упорная поверхность BI соединяется с внутренним периметром, определенным телом C1.
В зоне тела C1, для которой внешний периметр определен внешней упорной поверхностью BE, охватываемым основанием B1, частью PC1 соединения и конечной частью РТ1, внутренний диаметр TJID по существу постоянный.
На практике, когда между двумя телами C1 и С2 создается соединение, соответственные оси вращения тел по существу совпадают.
Третье тело 12 проходит по оси X. У него круглое поперечное сечение с максимальным внешним диаметром, который, например, по существу равен максимальному внешнему диаметру TJOD. Свободный осевой конец третьего тела 12, ориентированный в направлении первого тела 10, когда соединение 30 согласно изобретению сформировано, определяет опорную поверхность SA.
Опорная поверхность SA имеет вид плоской кольцевой поверхности. Плоскость этой поверхности образует острый или прямой угол с осью X, в частности 90° на фиг. 3. Опорная поверхность SA соединяется с внешним периметром второго тела 12. Она также соединяется с внутренним периметром этого полого третьего тела 12, в частности с охватывающим основанием В2 этого внутреннего периметра. Охватывающее основание В2 не является резьбовым; оно определяет внутренний цилиндрический периметр с осью, параллельной оси X.
Основание В2 соединяет опорную поверхность SA с охватывающей частью РС2 резьбового соединения. Соединительная часть РС2 имеет в целом коническую форму по внутреннему периметру и содержит резьбу, которая может взаимодействовать с резьбой охватываемой соединительной части PC1.
Чтобы оптимизировать размеры поверхности контакта, определенной между опорной поверхностью SA и внешней упорной поверхностью BE, основание В2 может быть наклоненным, тогда как основание B1 остается цилиндрическим.
Охватывающая соединительная часть РС2 внутренне продолжена начальной частью РТ2. Эта начальная часть РТ2 проходит по существу по оси X. Эта начальная часть РТ2 соединена с внутренним заплечиком EI, выполненным поперечно оси X. Внутренний заплечик EI имеет наклон относительно оси X, который по существу идентичен наклону внутренней упорной поверхности BI. Как видно на фиг. 3, внутренний заплечик EI образует плоскую кольцевую поверхность в плоскости, перпендикулярной оси
Когда соединение 30 сформировано, опорная поверхность SA контактирует с внешней упорной поверхностью BE по меньшей мере на части своей поверхности и, аналогично, внутренняя упорная поверхность BI контактирует с внутренним заплечиком EI по меньшей мере на части своей поверхности.
Соединительная часть резьбового соединения 30, образованная за счет взаимодействия между витками резьбы, находящимися на охватываемой части PC1 резьбового соединения и охватывающей части РС2 резьбового соединения, более подробно представлена на фиг. 6.
В частности, наклон резьбы Y находится в диапазоне от 8,33 см/м (1,0 дюйм/фут) до 10 см/м (1,2 дюйм/фут) относительно оси X соединения. Предпочтительно резьбы могут быть в натяге с контактом "боковая сторона-боковая сторона". В качестве примера, резьбы охватываемой соединительной части PC1 и соответственной охватывающей резьбовой части РС2 могут иметь закладную сторону 14 с углом в диапазоне 35°-42°, в частности приблизительно 40° относительно оси Y резьбы, и опорную сторону 15, образующую угол в диапазоне 25°-34°, в частности приблизительно 30° с осью Y резьбы. В качестве примера, основание 16 резьб может иметь форму части эллипса. Преимущественно вершина 17 резьб может иметь наклон в направлении, противоположном направлению резьбы.
В частности, соединительная часть может содержать резьбу, такую как описано в патенте US 5908212. Резьба может содержать конические или трапециевидные витки. Соединительная часть может содержать зоны резьбы с неполным профилем выше и ниже относительно зон резьбы с полным профилем и с идентичной формой витка.
Резьбовое соединение 30 согласно изобретению содержит уплотнение "металл-металл", выполненное между конечной частью РТ1 и начальной частью РТ2, между внутренней упорной поверхностью, полученной путем зацепления под давлением внутренней упорной поверхности BI с внутренним запле-чиком EI, и соединительной частью, полученной путем зацепления охватываемой части PC1 резьбового соединения с охватывающей частью РС2 резьбового соединения. Ниже этот пример будет описан более подробно.
Однако альтернативно, в варианте осуществления, который не будет описан подробно и который можно вывести по аналогии с вариантом осуществления, определенным выше, уплотнение "металл-металл" может быть образовано в основаниях B1 и В2, а именно между внешней упорной поверхностью BE и указанной соединительной частью.
Это уплотнение "металл-металл" получают за счет локального формирования кольцевой зоны натяга, в частности за счет зоны радиального натяга.
Конечная часть РТ1 соединена с внутренней упорной поверхностью BI посредством галтели 40.
Галтель 40 представляет собой, например, часть округлой формы с радиусом кривизны в диапазоне 1-1,6 мм, предпочтительно выбранным приблизительно 1,3 мм. Начиная с галтели 40, внешний периметр конечной части РТ1 содержит зону 41, которая наклонена по отношению к оси X. В частности, этот наклон больше наклона оси Y резьбы относительно оси X. В частности, эта охватываемая наклонная зона 41 образует угол в диапазоне 5°-15°, например, порядка 7,125° (конусность 1/4) с осью X. Охватываемая наклонная зона 41 в этом примере является постоянно наклонной с одинаковым наклоном. Охватываемая наклонная зона 41 образует коническую часть.
Конечная часть РТ1 проходит вдоль осевого расстояния d1 параллельно оси X между внутренней упорной поверхностью BI и частью PC1 резьбового соединения. Это расстояние d1 может быть в диапазоне 5-50 мм.
Предпочтительно осевое расстояние d3, вдоль которого с одинаковым наклоном проходит охватываемая наклонная зона 41, определено от угловой галтели 40. Это расстояние d3 составляет более 50%, предпочтительно более 70% осевой длины d1.
Начальная часть РТ2 соединена с внутренним заплечиком EI посредством галтели 43. Галтель 43 представляет собой, например, изогнутую часть с радиусом кривизны в диапазоне 1-1,6 мм, предпочтительно приблизительно 1,3 мм. Начиная с галтели 43, начальная часть РТ2 содержит, последовательно, охватывающую зону 42, наклоненную по отношению к оси X, и тороидальную часть 45.
Охватывающая наклонная зона 42 образует коническую поверхность. Наклон этой охватывающей наклонной зоны 42, в частности, больше наклона оси резьбы относительно оси X. В частности, эта охватывающая наклонная зона 42 образует угол в диапазоне 5°-15°, например, порядка 7,125° (конусность 1/4), с осью X. Предпочтительно наклон охватывающей наклонной зоны 42 выбран так, чтобы он был по существу идентичен наклону охватываемой наклонной зоны 41. Для одного и того же наклона допускается варьирование наклона на протяжении этих наклонных зон, при условии, что в любой точке касательная образует угол с осью вращения менее 80°, предпочтительно менее 70°.
Начальная часть РТ2 проходит вдоль осевого расстояния d2 параллельно оси X между внутренней упорной поверхностью EI и частью РС2 резьбового соединения. Это расстояние d2 может быть в диапазоне 5-50 мм.
Предпочтительно тороидальная часть 45 имеет большой радиус кривизны. Тороидальная часть 45 выдается внутрь трубы и предназначена для вхождения во взаимосвязывающий контакт с охватываемой наклонной зоной 41 таким образом, чтобы локально обеспечивать уплотнение за счет зоны радиального
натяга.
Тороидальная часть 45 имеет радиус кривизны в диапазоне 50-800 мм, например порядка 300 мм, чтобы обеспечить максимальное распределение сил давления натяга и не допускать локальной пластической деформации охватываемой наклонной зоны 41.
Вершина 46 тороидальной части 45 определяет положение зоны максимального радиального натяга, желательно между наклонной зоной 41 конечной части (РТ1) и начальной частью (РТ2), когда соединение 30 согласно изобретению создано. Эта вершина 46 определена на расстоянии d5 параллельно оси X внутреннего заплечика EI.
Вершина 46 тороидальной части 45 определена на осевом расстоянии d5, которое по существу идентично осевому расстоянию до точки взаимодействия этой вершины тороидальной части 45 на охватываемой наклонной зоне 41 относительно внутренней упорной поверхности BI.
Это расстояние d5 определяет положение зоны максимального радиального натяга, обеспеченной между элементами 11 и 13 соединения, относительно внутренней упорной поверхности. Это расстояние d5 находится, например, в диапазоне 5-25 мм, предпочтительно в диапазоне 10-20 мм, например, порядка 18 мм. Это расстояние d5 больше минимального значения, определенного половиной расстояния d1 и половиной расстояния d2.
d5 > минимум (50% от d1; 50% от d2)
Предпочтительно
d5 > минимум (70% от d1; 70% от d2)
Во всех случаях d5 меньше d3 и меньше d2.
Осевое расстояние d5 находится, например, в диапазоне 60-90% от осевого расстояния d2 начальной части РТ2 относительно внутреннего заплечика, в частности в диапазоне 70-80% от этого расстояния
d2.
Осевое расстояние d5 находится, например, в диапазоне 60-90% от осевого расстояния d1 конечной части РТ1 относительно внутренней упорной поверхности, в частности в диапазоне 70-80% от этого расстояния d1.
Таким образом, поверхность 46 максимального натяга находится на расстоянии от внутренней упорной поверхности BI, чтобы предотвратить разрушение внутренней упорной поверхности и исключить влияние случайных факторов на создание уплотнения. Это разделение также означает, что вдоль внутренней упорной поверхности обеспечивается направляющая функция, и при этом не возникает риска повредить зону уплотнения во время сцепления охватываемого элемента с охватывающим элементом, пока соединение 30 не будет сформировано. Еще одно преимущество этого положения, отстоящего от поверхности 46 максимального уплотнения, состоит в ограничении образования задиров во время сцепления и в ограничении пиков напряжения в конце свинчивания.
На фиг. 7 представлено изменение деформации, определенное вычислениями методом конечных элементов и измеренное в % от упругой деформации по оси В во время свинчивания соединения 30 по оси А графика.
В начале свинчивания, для определенного числа оборотов, длящихся в течение периода t1, ни внутренняя упорная поверхность BI, ни внешняя упорная поверхность BE, ни зона максимального радиального натяга, предусмотренные в соединении, не деформируются. Далее, в результате продолжения свинчивания в ходе периода t2 постепенно формируется радиальный контакт между вершиной 46 тороидальной части 45 и охватываемой наклонной зоной 41. На фиг. 8а показано формирование соединения в начале периода t2. Видно, что для соединения 30 наблюдается очень медленное и постепенное усиление деформации в этой зоне натяга в продолжение этого периода t2. На фиг. 8b показано соединение ближе к концу периода t2.
Наконец, на последнем этапе свинчивания, в ходе периода t3 необходимо привести упорные поверхности в контакт; первую внешнюю упорную поверхность и затем внутреннюю упорную поверхность приводят в контакт. Период t3 заканчивается, когда достигнут заданный для данного соединения 30 момент свинчивания. Конкретная конфигурация конечной части РТ1 и начальной части РТ2 означает, что зона 46 максимального натяга может поддерживаться на таком уровне деформации, который всегда меньше 100% ее предела текучести. На фиг. 8с показано соединение в конце периода t3.
Данная конкретная конфигурация означает, что в ходе формирования соединения 30 можно избежать образования задиров.
Соединение 30 согласно изобретению обладает тем преимуществом, что проходит испытание, при котором его последовательно свинчивают и развинчивают 100 раз, и при этом гарантируется уплотнение в условиях, когда внутреннее давление составляет 20000 фунтов/кв. дюйм, а внешнее давление составляет 15000 фунтов/кв. дюйм в течение всего периода эксплуатации.
На практике уплотнение проверялось согласно стандарту ISO-13628. Также было продемонстрировано газонепроницаемое уплотнение для внутреннего давления 30000 фунтов/кв. дюйм в контексте соединения с диаметром TJOD 13,02 см (5 1/8 дюйма).
После проведения испытаний на модели методом конечных элементов соединение 30 согласно изобретению также было квалифицировано как уплотнение, применимое при нагрузках от давления свыше
200 МПа, например свыше 400 МПа или даже 600 МПа.
На практике, согласно изобретению, соединение 30 согласно изобретению соответствует критериям, накладываемым двумя условиями, которые определены ниже:
(1) соотношение = радиус тороидальной части 45 (в мм)/зона максимального радиального натяга, измеренная по диаметру (в мм).
Зона максимального радиального натяга, измеренная по диаметру, соответствует удвоенному значению imax, представленному на фиг. 8с, причем imax представляет зону максимального радиального натяга, измеренную по радиусу.
(2) соотношение > -0,261 х [марка стали второго тела 10 в МПа] + 400
В качестве примера, когда второе тело 10 изготовлено из стали марки с показателями 130 тысяч фунтов на кв. дюйм, т.е. 896 МПа, размеры выбирают, например, таким образом, чтобы радиус кривизны тороидальной части 45 составлял 300 мм, и зона максимального радиального натяга по диаметру составляла 0,41 мм.
Преимущественно, когда соединение 30 сформировано, зона 46 максимального радиального натяга расположена на радиальном расстоянии е относительно начала резьбовой части, чтобы не усиливать нагрузки, которые уже испытывает резьбовая часть. Это радиальное расстояние е находится, например, в диапазоне 2-5 мм, например порядка 3,12 мм.
Преимущественно, как видно на фиг. 8b и 8с, наклонная охватываемая 41 и соответственно охватывающая 42 зоны расположены таким образом, чтобы они также находились в радиальном натяге. В частности, зона натяга i между этими наклонными зонами 41 и 42 имеет величину, которая меньше зоны максимального радиального натяга imax. В качестве примера, поскольку величины наклона одинаковы, зона натяга i, которая является постоянной по всей части зон 41 и 42, которые находятся во взаимосвязывающем контакте, составляет, например, меньше чем 2/3 от imax или даже меньше половины от imax. Таким образом, зона натяга проходит по всему осевому расстоянию d5. Предпочтительно, когда соединение 30 сформировано, зона натяга, обеспеченная между вторым телом 10 и третьим телом 12, проходит непрерывно от галтели 43 до положения этой зоны 46 максимального натяга, или даже заходит немного дальше нее в направлении соединительной части.
На конечной части РТ1 охватываемая наклонная зона 41 соединяется, по радиусу 47 галтели, с цилиндрической частью 48 с диаметром, который строго меньше диаметра, наблюдаемого во впадине резьбы охватываемой части PC1 резьбового соединения, непосредственно примыкающей к конечной части РТ1. Альтернативно галтель 47 может быть остроугольной, а не закругленной. Цилиндрическая часть 48 соединена по радиусу 49 галтели с наклонной галтелью 50, что обеспечивает взаимодействие с охватываемой частью PC1 резьбового соединения.
Стандартный диаметр D46 при вершине 46 меньше стандартного диаметра D48 цилиндрической части 48. В частности, разница между этими двумя стандартными диаметрами D46 и D48 находится в диапазоне 0,5-1 мм, например, составляет порядка 0,81 мм.
На начальной части РТ2 тороидальная часть 45 соединена по радиусу 51 выпуклой галтели с наклонной галтелью 52. Наклонная галтель 52 соединена по радиусу 53 галтели с цилиндрической частью 54, что обеспечивает связь с охватывающей частью РС2 резьбового соединения.
Осевое расстояние d4 определяет осевое расстояние по оси X в виде сумме расстояний вдоль этой оси X охватывающей наклонной зоны 42 и тороидальной части 45. Это расстояние d4 составляет более 50%, более предпочтительно более 70% от осевой длины d2. На практике d4 больше, чем d5, так как тороидальная часть 45 проходит по обе стороны от своей вершины 46. В частности, тороидальная часть выполнена таким образом, что ее вершина 46 не отцентрирована на середине указанной тороидальной части 45. Тороидальная часть 45 содержит часть 61 между вершиной 46, галтелью 62 и охватывающей наклонной зоной 42, которая проходит на осевое расстояние е, превышающее осевое расстояние второй части 60, причем эта вторая часть 60 определена между вершиной 46 и радиусом 51 выпуклой галтели. Галтель 62, например, выполнена таким образом, чтобы соединяться по касательной как с тороидальной частью 45, так и с охватывающей наклонной зоной 42.
В контексте данного описания выражение "содержащий" следует понимать как синонимичное выражению "содержащий по меньшей мере один", если не указано обратное.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Двухупорное резьбовое соединение (30), содержащее первый трубный компонент, навинченный на второй трубный компонент, причем указанные трубные компоненты предназначены для разведки с применением нефтегазовой скважины или ее эксплуатации;
при этом первый, по существу, цилиндрический трубный компонент (C1) с осью (X) вращения содержит охватываемый конец, причем охватываемый конец содержит внешнюю упорную поверхность (BE), при этом охватываемая часть (PC1) резьбового соединения, продолженная нерезьбовой конечной частью (РТ1), образует внутреннюю упорную поверхность (BI) на своем осевом конце, причем нерезьбовое охватываемое основание (B1) образовано между внешней упорной поверхностью и охватываемой
частью резьбового соединения;
при этом второй, по существу, цилиндрический трубный компонент (С2) содержит охватывающий конец, образующий на свободном конце опорную поверхность (SA), прижимаемую к внешней упорной поверхности, причем этот охватывающий конец содержит на своей внутренней поверхности охватывающую часть (РС2) резьбового соединения, свинченную с охватываемой частью резьбового соединения и заканчивающуюся внутренним заплечиком (EI), прижимаемым к внутренней упорной поверхности, причем начальная нерезьбовая часть (РТ2) соединяет охватывающую часть резьбового соединения с внутренним заплечиком, при этом охватывающее нерезьбовое основание (В2) образовано между охватывающей частью резьбового соединения и опорной поверхностью,
отличающееся тем, что содержит зону максимального радиального натяга, локально образующую уплотняющую поверхность, расположенную между охватываемой частью резьбового соединения и либо внутренней упорной поверхностью, либо внешней упорной поверхностью, причем эта зона максимального натяга расположена на ненулевом расстоянии (d5) от внутренней упорной поверхности и внешней упорной поверхности соответственно, причем
это расстояние составляет по меньшей мере более 50% от минимального значения между осевым расстоянием (d1) конечной части и осевым расстоянием (d2) начальной части.
2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что зона максимального радиального натяга расположена между охватываемой частью резьбового соединения и внутренней упорной поверхностью.
3. Соединение по п.1 или 2, отличающееся тем, что зона непрерывного натяга образована от внутренней упорной поверхности до зоны максимального радиального натяга.
4. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что зона максимального радиального натяга обеспечена за счет взаимодействия между вершиной (46) тороидальной части (45) и конической частью, причем тороидальная часть представлена либо конечной частью, либо начальной частью, а коническая часть представлена другой из конечной части либо начальной части.
5. Соединение по п.4, отличающееся тем, что тороидальная часть (45) представлена начальной частью (РТ2), а коническая часть (41) представлена охватываемой наклонной зоной (41) конечной части
(РТ1).
6. Соединение по п.4 или 5, отличающееся тем, что радиус кривизны тороидальной части составляет более 50 мм, например порядка 300 мм.
7. Соединение по любому из пп.4-6, отличающееся тем, что вершина (46) тороидальной части расположена на осевом расстоянии (d5) относительно внутренней упорной поверхности (BI) в диапазоне 6090% от осевого расстояния (d2) начальной части относительно внутреннего заплечика, в частности в диапазоне 70-80%.
8. Соединение по любому из пп.4-7, отличающееся тем, что точка (46) взаимодействия вершины тороидальной части в охватываемой наклонной зоне (41) расположена на осевом расстоянии (d5) в диапазоне 5-25 мм, предпочтительно в диапазоне 10-20 мм, в частности приблизительно 18 мм относительно внутренней упорной поверхности.
9. Соединение по любому из пп.4-8, отличающееся тем, что зона (46) максимального радиального натяга расположена на радиальном расстоянии (е) от начала части резьбового соединения, причем это радиальное расстояние находится в диапазоне, например, 2-5 мм.
10. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что соответственные охватываемая и охватывающая части резьбового соединения имеют наклон (Y) резьбы в диапазоне от 8,33 до 10 см/м относительно оси соединения.
11. Способ создания резьбового соединения по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что соединение свинчивают при номинальном моменте свинчивания более 22250 Н/м, когда резьбовое соединение имеет внешний диаметр более 13,02 см и внутренний диаметр более 7,18 см.
12. Способ создания резьбового соединения по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что соединение свинчивают при номинальном моменте свинчивания более 70000 Н/м, когда резьбовое соединение имеет внешний диаметр более 20,32 см и внутренний диаметр более 13 см.
10.
10.
PTT" Фиг. 4
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
031062
031062
- 1 -
- 1 -
(19)
031062
031062
- 1 -
- 1 -
(19)
031062
031062
- 1 -
- 1 -
(19)
031062
031062
- 4 -
- 3 -
031062
031062
- 5 -
- 4 -
031062
031062
- 7 -
- 7 -
031062
- 9 -
- 8 -
031062
- 9 -
- 8 -
031062
- 9 -
- 10 -
031062
031062
- 11 -
- 11 -