|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Резьбовое трубное соединение (1), содержащее элемент (2) с охватываемой резьбой, расположенный на конце первого трубного компонента (2), и элемент (3) с охватывающей резьбой, расположенный на конце второго трубного компонента (3), причем элемент (2а) с охватываемой резьбой содержит две охватываемые резьбы - наружную (8) и внутреннюю (10), первую наружную периферийную поверхность (14), расположенную между охватываемыми резьбами, первую охватываемую уплотняющую поверхность (12) на указанной наружной периферийной поверхности, вторую наружную периферийную поверхность (26), осевую упорную поверхность (20) элемента с охватываемой резьбой, расположенную на конце элемента (2а) с охватываемой резьбой, и вторую охватываемую уплотняющую поверхность (22), выполненную на второй наружной периферийной поверхности элемента (2а) с охватываемой резьбой между внутренней резьбой и осевой упорной поверхностью (20) элемента с охватываемой резьбой; причем элемент (3а) с охватывающей резьбой содержит две охватывающие резьбы - наружную (9) и внутреннюю (11), внутреннюю периферийную поверхность (15), расположенную между охватывающими резьбами (9, 11), по меньшей мере одну первую охватывающую уплотняющую поверхность (13) на указанной внутренней периферийной поверхности (15), осевую упорную поверхность (21) элемента с охватывающей резьбой и вторую охватывающую уплотняющую поверхность (23), выполненную между осевой упорной поверхностью (21) элемента с охватывающей резьбой и внутренней охватывающей резьбой (11), причем витки указанных наружных охватываемой (8) и охватывающей (9) резьб находятся в зацеплении в соединенном состоянии, при этом витки указанных внутренних охватываемой (10) и охватывающей (11) резьб находятся в зацеплении в соединенном состоянии; причем осевая упорная поверхность (20) элемента с охватываемой резьбой и осевая упорная поверхность (21) элемента с охватывающей резьбой упираются друг в друга в соединенном состоянии, причем первая охватываемая уплотняющая поверхность (12) и первая охватывающая уплотняющая поверхность (13) находятся в герметичном контакте в соединенном состоянии, при этом вторая охватываемая уплотняющая поверхность (22) и вторая охватывающая уплотняющая поверхность (23) находятся в герметичном контакте в соединенном состоянии; отличающееся тем, что наружная охватываемая резьба (8) содержит виток с профилем типа "ласточкин хвост" с увеличивающейся шириной и соответствующая наружная охватывающая резьба (9) содержит виток с профилем типа "ласточкин хвост" с увеличивающейся шириной, причем виток указанной наружной охватываемой резьбы (8) содержит опорную сторону (8d) и закладную сторону (8с), причем закладная сторона (8с) не пребывает в контакте в соединенном состоянии, причем виток указанной внутренней охватываемой резьбы (10) содержит опорную сторону и закладную сторону, при этом указанная закладная сторона не пребывает в контакте в соединенном состоянии, при этом толщина элемента (3а) с охватывающей резьбой, измеренная в радиальной плоскости, которая пересекается с первой охватывающей уплотняющей поверхностью (13), находится в диапазоне от 20 до 50% от номинальной толщины элемента (2а) с охватываемой резьбой. 2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что внутренняя охватываемая резьба (10) содержит виток с увеличивающейся шириной и соответствующая внутренняя охватывающая резьба (11) содержит виток с увеличивающейся шириной. 3. Соединение по п.2, отличающееся тем, что внутренняя охватываемая резьба (10) содержит виток с профилем типа "ласточкин хвост" с увеличивающейся шириной и соответствующая внутренняя охватывающая резьба (11) содержит виток с профилем типа "ласточкин хвост" с увеличивающейся шириной. 4. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что содержит одну осевую упорную поверхность (20) элемента с охватываемой резьбой и одну осевую упорную поверхность (21) элемента с охватывающей резьбой, расположенную вблизи отверстия элемента (3а) с охватывающей резьбой. 5. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что в докрепленном состоянии по меньшей мере одна из наружной охватываемой резьбы (8) и внутренней охватываемой резьбы (10) взаимодействует с соответствующей охватывающей резьбой во впадине резьбы с обеспечением радиального натяга и имеет радиальный зазор на вершине резьбы или взаимодействует на вершине резьбы с соответствующей охватывающей резьбой с обеспечением радиального натяга и имеет радиальный зазор во впадине резьбы, причем указанный радиальный зазор предпочтительно находится в диапазоне от 0,05 до 0,50 мм, более предпочтительно в диапазоне от 0,05 до 0,40 мм. 6. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что указанная закладная сторона (8с), которая не пребывает в контакте в соединенном состоянии, имеет осевой зазор в диапазоне от 0,002 до 1,000 мм, предпочтительно от 0,002 до 0,400 мм с соответствующей закладной стороной (9с). 7. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что наружная охватываемая резьба (8) содержит виток со сбегом. 8. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что наружная охватываемая резьба (8) содержит опорную сторону (8d) с наклоном в диапазоне от -1 до -15 °, предпочтительно от -5 до -8 ° и закладную сторону (8с) с наклоном в диапазоне от +1 до +15 °, предпочтительно от +5 до +8 ° относительно радиальной плоскости. 9. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что осевая упорная поверхность (20) элемента с охватываемой резьбой проходит под углом в диапазоне от 0 до 30 ° относительно радиальной плоскости. 10. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что обычная часть первого трубного компонента (2) имеет наружный диаметр более 230 мм. 11. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что обычная часть элемента (3а) с охватывающей резьбой имеет наружный диаметр менее 110%, предпочтительно 103% от наружного диаметра второго трубного компонента (3). 12. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что резьбы (8, 9, 10, 11) имеют конусность в диапазоне от 5 до 20%. 13. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что элемент (2а) с охватываемой резьбой содержит кромку с толщиной в диапазоне от 20 до 35% от толщины обычной части первого трубного компонента (2), причем указанная кромка расположена между внутренней резьбой (10) и осевой упорной поверхностью (20) элемента с охватываемой резьбой. 14. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что имеет эффективность более 80%, причем соединение имеет наружный диаметр в диапазоне от 101,5 до 105% от номинального диаметра трубы, предпочтительно 85%. 15. Соединение по любому из пп.1-13, отличающееся тем, что имеет эффективность в диапазоне от 60 до 68%, причем соединение имеет наружный диаметр, равный номинальному диаметру трубы с учетом допусков. 16. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что крутящий момент докрепления, переводящий указанное соединение в соединенное состояние и готовность к эксплуатации, составляет менее 94907 Н ∙м, предпочтительно менее 67725,5 Н ∙м. 17. Соединение для обсадной трубы по любому из предыдущих пунктов.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Резьбовое трубное соединение (1), содержащее элемент (2) с охватываемой резьбой, расположенный на конце первого трубного компонента (2), и элемент (3) с охватывающей резьбой, расположенный на конце второго трубного компонента (3), причем элемент (2а) с охватываемой резьбой содержит две охватываемые резьбы - наружную (8) и внутреннюю (10), первую наружную периферийную поверхность (14), расположенную между охватываемыми резьбами, первую охватываемую уплотняющую поверхность (12) на указанной наружной периферийной поверхности, вторую наружную периферийную поверхность (26), осевую упорную поверхность (20) элемента с охватываемой резьбой, расположенную на конце элемента (2а) с охватываемой резьбой, и вторую охватываемую уплотняющую поверхность (22), выполненную на второй наружной периферийной поверхности элемента (2а) с охватываемой резьбой между внутренней резьбой и осевой упорной поверхностью (20) элемента с охватываемой резьбой; причем элемент (3а) с охватывающей резьбой содержит две охватывающие резьбы - наружную (9) и внутреннюю (11), внутреннюю периферийную поверхность (15), расположенную между охватывающими резьбами (9, 11), по меньшей мере одну первую охватывающую уплотняющую поверхность (13) на указанной внутренней периферийной поверхности (15), осевую упорную поверхность (21) элемента с охватывающей резьбой и вторую охватывающую уплотняющую поверхность (23), выполненную между осевой упорной поверхностью (21) элемента с охватывающей резьбой и внутренней охватывающей резьбой (11), причем витки указанных наружных охватываемой (8) и охватывающей (9) резьб находятся в зацеплении в соединенном состоянии, при этом витки указанных внутренних охватываемой (10) и охватывающей (11) резьб находятся в зацеплении в соединенном состоянии; причем осевая упорная поверхность (20) элемента с охватываемой резьбой и осевая упорная поверхность (21) элемента с охватывающей резьбой упираются друг в друга в соединенном состоянии, причем первая охватываемая уплотняющая поверхность (12) и первая охватывающая уплотняющая поверхность (13) находятся в герметичном контакте в соединенном состоянии, при этом вторая охватываемая уплотняющая поверхность (22) и вторая охватывающая уплотняющая поверхность (23) находятся в герметичном контакте в соединенном состоянии; отличающееся тем, что наружная охватываемая резьба (8) содержит виток с профилем типа "ласточкин хвост" с увеличивающейся шириной и соответствующая наружная охватывающая резьба (9) содержит виток с профилем типа "ласточкин хвост" с увеличивающейся шириной, причем виток указанной наружной охватываемой резьбы (8) содержит опорную сторону (8d) и закладную сторону (8с), причем закладная сторона (8с) не пребывает в контакте в соединенном состоянии, причем виток указанной внутренней охватываемой резьбы (10) содержит опорную сторону и закладную сторону, при этом указанная закладная сторона не пребывает в контакте в соединенном состоянии, при этом толщина элемента (3а) с охватывающей резьбой, измеренная в радиальной плоскости, которая пересекается с первой охватывающей уплотняющей поверхностью (13), находится в диапазоне от 20 до 50% от номинальной толщины элемента (2а) с охватываемой резьбой. 2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что внутренняя охватываемая резьба (10) содержит виток с увеличивающейся шириной и соответствующая внутренняя охватывающая резьба (11) содержит виток с увеличивающейся шириной. 3. Соединение по п.2, отличающееся тем, что внутренняя охватываемая резьба (10) содержит виток с профилем типа "ласточкин хвост" с увеличивающейся шириной и соответствующая внутренняя охватывающая резьба (11) содержит виток с профилем типа "ласточкин хвост" с увеличивающейся шириной. 4. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что содержит одну осевую упорную поверхность (20) элемента с охватываемой резьбой и одну осевую упорную поверхность (21) элемента с охватывающей резьбой, расположенную вблизи отверстия элемента (3а) с охватывающей резьбой. 5. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что в докрепленном состоянии по меньшей мере одна из наружной охватываемой резьбы (8) и внутренней охватываемой резьбы (10) взаимодействует с соответствующей охватывающей резьбой во впадине резьбы с обеспечением радиального натяга и имеет радиальный зазор на вершине резьбы или взаимодействует на вершине резьбы с соответствующей охватывающей резьбой с обеспечением радиального натяга и имеет радиальный зазор во впадине резьбы, причем указанный радиальный зазор предпочтительно находится в диапазоне от 0,05 до 0,50 мм, более предпочтительно в диапазоне от 0,05 до 0,40 мм. 6. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что указанная закладная сторона (8с), которая не пребывает в контакте в соединенном состоянии, имеет осевой зазор в диапазоне от 0,002 до 1,000 мм, предпочтительно от 0,002 до 0,400 мм с соответствующей закладной стороной (9с). 7. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что наружная охватываемая резьба (8) содержит виток со сбегом. 8. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что наружная охватываемая резьба (8) содержит опорную сторону (8d) с наклоном в диапазоне от -1 до -15 °, предпочтительно от -5 до -8 ° и закладную сторону (8с) с наклоном в диапазоне от +1 до +15 °, предпочтительно от +5 до +8 ° относительно радиальной плоскости. 9. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что осевая упорная поверхность (20) элемента с охватываемой резьбой проходит под углом в диапазоне от 0 до 30 ° относительно радиальной плоскости. 10. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что обычная часть первого трубного компонента (2) имеет наружный диаметр более 230 мм. 11. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что обычная часть элемента (3а) с охватывающей резьбой имеет наружный диаметр менее 110%, предпочтительно 103% от наружного диаметра второго трубного компонента (3). 12. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что резьбы (8, 9, 10, 11) имеют конусность в диапазоне от 5 до 20%. 13. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что элемент (2а) с охватываемой резьбой содержит кромку с толщиной в диапазоне от 20 до 35% от толщины обычной части первого трубного компонента (2), причем указанная кромка расположена между внутренней резьбой (10) и осевой упорной поверхностью (20) элемента с охватываемой резьбой. 14. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что имеет эффективность более 80%, причем соединение имеет наружный диаметр в диапазоне от 101,5 до 105% от номинального диаметра трубы, предпочтительно 85%. 15. Соединение по любому из пп.1-13, отличающееся тем, что имеет эффективность в диапазоне от 60 до 68%, причем соединение имеет наружный диаметр, равный номинальному диаметру трубы с учетом допусков. 16. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что крутящий момент докрепления, переводящий указанное соединение в соединенное состояние и готовность к эксплуатации, составляет менее 94907 Н ∙м, предпочтительно менее 67725,5 Н ∙м. 17. Соединение для обсадной трубы по любому из предыдущих пунктов.
Евразийское 032508 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2019.06.28
(21) Номер заявки 201791104
(22) Дата подачи заявки 2015.12.16
(51) Int. Cl. E21B17/042 (2006.01)
(54) РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ
(31) 1463007
(32) 2014.12.19
(33) FR
(43) 2017.10.31
(86) PCT/EP2015/080088
(87) WO 2016/097049 2016.06.23 (71)(73) Заявитель и патентовладелец:
ВАЛЛУРЕК ОЙЛ ЭНД ГЕС ФРАНС (FR); НИППОН СТИЛ
ЭНД СУМИТОМО МЕТАЛ КОРПОРЭЙШН (JP)
(72) Изобретатель:
Мартен Пьер (FR)
(74) Представитель:
Носырева Е.Л. (RU)
(56) US-B1-6543816
WO-A2-2011060894 FR-A1-2939861
(57) Резьбовое трубное соединение содержит элемент с охватываемой резьбой, расположенный на
конце первого трубного компонента, и элемент с охватывающей резьбой, расположенный на конце I второго трубного компонента, причем элемент с охватываемой резьбой содержит две охватываемые I резьбы - наружную и внутреннюю, первую наружную периферийную поверхность, расположенную между охватываемыми резьбами, первую охватываемую уплотняющую поверхность на указанной наружной периферийной поверхности, вторую наружную периферийную поверхность, осевую упорную поверхность элемента с охватываемой резьбой, расположенную на конце элемента с охватываемой резьбой, и вторую охватываемую уплотняющую поверхность, выполненную на второй наружной периферийной поверхности элемента с охватываемой резьбой между внутренней резьбой и осевой упорной поверхностью элемента с охватываемой резьбой, причем элемент с охватывающей резьбой содержит две охватывающие резьбы - наружную и внутреннюю, внутреннюю периферийную поверхность, расположенную между охватывающими резьбами, по меньшей мере одну первую охватывающую уплотняющую поверхность на указанной внутренней периферийной поверхности, осевую упорную поверхность элемента с охватывающей резьбой и вторую охватывающую уплотняющую поверхность, выполненную между осевой упорной поверхностью элемента с охватывающей резьбой и внутренней охватывающей резьбой, причем витки указанных охватываемой и охватывающей наружных резьб находятся в зацеплении в соединенном состоянии, витки указанных охватываемой и охватывающей внутренних резьб находятся в зацеплении в соединенном состоянии, причем осевая упорная поверхность элемента с охватываемой резьбой и осевая упорная поверхность элемента с охватывающей резьбой упираются друг в друга и находятся в зацеплении в соединенном состоянии, причем первая охватываемая уплотняющая поверхность и первая охватывающая уплотняющая поверхность находятся в герметичном контакте в соединенном состоянии, причем вторая охватываемая уплотняющая поверхность и вторая охватывающая уплотняющая поверхность находятся в герметичном контакте в соединенном состоянии.
Настоящее изобретение относится к области герметичных соединений резьбовых трубных компонентов, применяемых, в частности, для бурения или эксплуатации нефтегазовых скважин. При бурении или эксплуатации соединения подвергаются большим сжимающим и растягивающим нагрузкам, и должно быть предотвращено их разъединение. Соединения подвергаются осевому растяжению или сжатию, внутреннему или внешнему давлению текучей среды, сгибанию или скручиванию, которые могут присутствовать одновременно и иметь интенсивность, которая может изменяться. Несмотря на нагрузки и несмотря на жесткие условия эксплуатации на месте проведения работ, должна быть гарантирована герметичность. Резьбовые соединения допускают свинчивание и развинчивание несколько раз без ухудшения их эксплуатационных характеристик, в частности из-за образования задиров. После развинчивания трубные компоненты могут быть повторно использованы при других условиях эксплуатации.
При растяжении может возникнуть явление выскакивания, которое распространяется от одного витка резьбы к другому, создавая вероятность разъединения соединения. Это явление усиливается за счет высокого внутреннего давления.
Заявитель заметил, что этому явлению также может способствовать высокое внешнее давление. Заявка WO 01/29476 предлагает резьбовое соединение с конической резьбой, при этом охватываемая и охватывающая резьбы соответственно содержат одну резьбовую зону с центральной уплотняющей поверхностью, расположенной в центральной зоне резьбовой зоны. Упорная поверхность находится на свободном конце охватываемого элемента. Другие уплотняющие поверхности находятся вблизи упорной поверхности. Это соединение было в достаточной степени удовлетворительным на протяжении многих лет.
В настоящее время появилась необходимость в улучшении эксплуатационных характеристик соединения, в частности при одновременном воздействии растяжения и внешнего давления после сильного сжатия, а также в отношении эффективности соединения. Эта эффективность в целом определена как отношение критического сечения соединения к сечению обычной части трубы между двумя концами компонента. Критическое сечение соединения равно минимуму критического сечения охватываемого элемента и критического сечения охватывающего элемента.
Изобретение предлагает соединение с улучшенными эксплуатационными характеристиками по всем этим аспектам.
Резьбовое трубное соединение содержит элемент с охватываемой резьбой, расположенный на конце первого трубного компонента, и элемент с охватывающей резьбой, расположенный на конце второго трубного компонента.
Элемент с охватываемой резьбой содержит две охватываемые резьбы - наружную и внутреннюю, первую наружную периферийную поверхность, расположенную между охватываемыми резьбами, первую охватываемую уплотняющую поверхность на указанной наружной периферийной поверхности, вторую наружную периферийную поверхность, осевую упорную поверхность элемента с охватываемой резьбой, расположенную на конце элемента с охватываемой резьбой, и вторую охватываемую уплотняющую поверхность, выполненную на второй наружной периферийной поверхности элемента с охватываемой резьбой между внутренней резьбой и осевой упорной поверхностью элемента с охватываемой резьбой.
Элемент с охватывающей резьбой содержит две охватывающие резьбы - наружную и внутреннюю, внутреннюю периферийную поверхность, расположенную между охватывающими резьбами, по меньшей мере одну первую охватывающую уплотняющую поверхность на указанной внутренней периферийной поверхности, осевую упорную поверхность элемента с охватывающей резьбой и вторую охватывающую уплотняющую поверхность, выполненную между осевой упорной поверхностью элемента с охватывающей резьбой и охватывающими резьбами, при этом витки указанных охватываемой и охватывающей наружных резьб находятся в зацеплении в соединенном состоянии, витки указанных охватываемой и охватывающей внутренних резьб находятся в зацеплении в соединенном состоянии.
Осевая упорная поверхность элемента с охватываемой резьбой упирается в осевую упорную поверхность элемента с охватывающей резьбой в соединенном состоянии. Первая охватываемая уплотняющая поверхность и первая охватывающая уплотняющая поверхность находятся в герметичном контакте в соединенном состоянии. Вторая охватываемая уплотняющая поверхность и вторая охватывающая уплотняющая поверхность находятся в герметичном контакте в соединенном состоянии.
Наружная охватываемая резьба содержит виток с профилем типа "ласточкин хвост" с увеличивающейся шириной, и соответствующая наружная охватывающая резьба содержит виток с профилем типа "ласточкин хвост" с увеличивающейся шириной, при этом виток указанной наружной охватываемой резьбы содержит опорную сторону и закладную сторону, причем закладная сторона не пребывает в контакте в соединенном состоянии, при этом виток указанной внутренней охватываемой резьбы содержит опорную сторону и закладную сторону, причем указанная закладная сторона не пребывает в контакте в соединенном состоянии. Толщина охватывающего элемента, измеренная в радиальной плоскости, пересекающей первую охватывающую уплотняющую поверхность, находится в диапазоне 20-50% от номинальной толщины элемента с охватываемой резьбой.
Благодаря изобретению соединение демонстрирует очень хорошие эксплуатационные показатели в отношении внешнего давления, причем центральное уплотнение, расположенное между наружными и
внутренними резьбами, предотвращает распространение давления внутрь и какую-либо деформацию уплотнения, расположенного на внутренней стороне соединения. Витки наружных резьб обеспечивают превосходную стабильность как при растяжении, так и при сжатии, обеспечивая оптимальное функционирование центрального уплотнения. Кроме того, расстояние, выбранное между уплотнениями - одним центральным и другим внутренним, которое, по существу, меньше, чем общая длина резьб, означает, что в случае сжатия, смещение охватываемого центрального уплотнения по отношению к охватывающему центральному уплотнению может быть уменьшено, в результате чего их взаимодействие сохраняется в оптимальной зоне. Кроме того, расстояние между уплотнениями представляется вдоль радиальной оси, так как радиальная толщина материала оказывает преобладающее влияние на эксплуатационные характеристики уплотнения. Если уклоны двух резьб - наружной и внутренней равны, то осевое расстояние между уплотнениями также является показательным, но косвенно.
Две охватываемые резьбы - внутренняя и наружная - элемента с охватываемой резьбой могут иметь две различные образующие с одинаковым уклоном в первом варианте, две образующие с разными уклонами во втором варианте и общую образующую в третьем варианте. Термины "наружная резьба" и "внутренняя резьба" обозначают резьбы, соответственно, с большим диаметром и малым диаметром. Уплотняющая поверхность представляет собой зону, которая обработана механическим способом таким образом, чтобы взаимодействовать с соответствующей зоной другого элемента с резьбой с обеспечением диаметрального натяга, при этом натяг является достаточным, в пределах неизбежных допусков на механическую обработку, с обеспечением уплотнения при нормальных условиях эксплуатации в соединенном состоянии. Уплотняющие поверхности могут являться поверхностями типа металл/металл. Элемент с охватываемой резьбой и элемент с охватывающей резьбой могут быть изготовлены из стали. Уплотняющие поверхности могут быть изготовлены из стали.
Кроме того, виток наружной охватывающей резьбы содержит опорную сторону и закладную сторону, при этом указанная опорная сторона не пребывает в контакте в соединенном состоянии. Виток внутренней охватывающей резьбы содержит опорную сторону и закладную сторону, при этом указанная опорная сторона не пребывает в контакте в соединенном состоянии. Крутящий момент свинчивания остается низким.
В одном варианте осуществления внутренняя охватываемая резьба содержит виток с увеличивающейся шириной, и соответствующая внутренняя охватывающая резьба содержит виток с увеличивающейся шириной. Ширина витка внутренней охватываемой резьбы увеличивается в направлении первой охватываемой уплотняющей поверхности. Ширина внутренней охватывающей резьбы увеличивается в противоположном направлении от первой охватывающей уплотняющей поверхности. Виток охватываемой наружной резьбы имеет увеличивающуюся ширину при движении в направлении, противоположном первой охватываемой уплотняющей поверхности. Виток наружной охватывающей резьбы имеет увеличивающуюся ширину при движении в направлении первой охватывающей уплотняющей поверхности. Улучшаются механические характеристики соединения.
В одном варианте осуществления внутренняя охватываемая резьба содержит виток с профилем типа "ласточкин хвост" с увеличивающейся шириной и соответствующая внутренняя охватывающая резьба содержит виток с профилем типа "ласточкин хвост" с увеличивающейся шириной. Вероятность выскакивания снижена.
В одном варианте осуществления соединение содержит одну осевую упорную поверхность элемента с охватываемой резьбой и одну осевую упорную поверхность элемента с охватывающей резьбой. Указанные осевые упорные поверхности могут быть кольцевыми. Осевая упорная поверхность элемента с охватывающей резьбой может быть расположена вблизи отверстия элемента с охватывающей резьбой. Другими словами, указанные упорные поверхности элемента с охватываемой резьбой и элемента с охватывающей резьбой расположены в зоне с малым диаметром, в частности относительно первой уплотняющей поверхности. Осевая упорная поверхность элемента с охватываемой резьбой может быть расположена на конце кромки, расположенной в продолжении охватываемой внутренней резьбы. На своей наружной поверхности кромка имеет местоположение для второй охватываемой уплотняющей поверхности. Это приводит к хорошей эффективности соединения и превосходному сопротивлению внутреннему давлению. Позиционирование уплотняющих поверхностей является точным.
В одном варианте осуществления в соединенном состоянии наружная охватываемая резьба демонстрирует радиальный натяг во впадине резьбы с соответствующей охватывающей резьбой и радиальный зазор на вершине резьбы.
В другом варианте осуществления в соединенном состоянии наружная охватываемая резьба демонстрирует радиальный натяг на вершине резьбы с соответствующей охватывающей резьбой и радиальный зазор во впадине резьбы.
В одном варианте осуществления в соединенном состоянии внутренняя охватываемая резьба демонстрирует радиальный натяг во впадине резьбы с соответствующей охватывающей резьбой и радиальный зазор на вершине резьбы.
В другом варианте осуществления в соединенном состоянии внутренняя охватываемая резьба демонстрирует радиальный натяг на вершине резьбы с соответствующей охватывающей резьбой и ради
альный зазор во впадине резьбы.
В приведенных выше четырех вариантах осуществления радиальный зазор предпочтительно находится в диапазоне от 0,05 до 0,500 мм, более предпочтительно в диапазоне от 0,05 до 0,400 мм. Крутящий момент свинчивания хорошо контролируется.
В одном варианте осуществления указанная закладная сторона, которая не пребывает в контакте в соединенном состоянии, имеет осевой зазор в диапазоне от 0,002 до 1,000 мм, предпочтительно от 0,002 до 0,400 мм, с соответствующей закладной стороной. Таким образом, это предотвращает контакт между закладными сторонами и, следовательно, уменьшает вероятность скачка крутящего момента свинчивания.
В одном варианте осуществления крутящий момент свинчивания, переводящий указанное соединение в соединенное состояние и готовность к эксплуатации, составляет менее 94907 Н-м, предпочтительно 67725,5 Н-м, что соответствует 70000 футо-фунтов, предпочтительно 50000 футо-фунтов в британской системе мер и весов.
В одном варианте осуществления наружная охватываемая резьба сходит на нет на конце большого диаметра. Эффективность соединения является высокой.
В одном варианте осуществления внутренняя охватываемая резьба сходит на нет на конце большого диаметра. Эффективность соединения является высокой.
В одном варианте осуществления наружная охватываемая резьба содержит опорную сторону с наклоном в диапазоне от -1 до -15°, предпочтительно от -5 до -8° относительно радиальной плоскости. Абсолютное значение по меньшей мере 1° означает, что получено преимущество радиального сцепления.
В одном варианте осуществления наружная охватываемая резьба содержит закладную сторону с наклоном в диапазоне от +1 до +15°, предпочтительно от +5 до +8° относительно радиальной плоскости. Абсолютное значение по меньшей мере 1 ° означает, что получено преимущество радиального сцепления.
В одном варианте осуществления осевая упорная поверхность элемента с охватываемой резьбой проходит под углом в диапазоне от 0 до 30° относительно радиальной плоскости.
В одном варианте осуществления первый трубный компонент имеет номинальный наружный диаметр более 230 мм.
В одном варианте осуществления элемент с охватывающей резьбой имеет наружный диаметр менее 110%, предпочтительно 103% от наружного диаметра второго трубного компонента.
В одном варианте осуществления резьбы имеют конусность в диапазоне от 5 до 20%. Свинчивание является быстрым.
В одном варианте осуществления элемент с охватываемой резьбой содержит кромку с толщиной в диапазоне от 15 до 40%, предпочтительно в диапазоне от 20 до 35% от нормальной толщины элемента с охватываемой резьбой. Этот диапазон означает, что образующая может иметь значительный уклон и может быть получена высокая эффективность соединения. Кромка расположена между внутренней резьбой и осевой упорной поверхностью элемента с охватываемой резьбой. Кромка содержит вторую охватываемую уплотняющую поверхность.
В одном варианте осуществления соединение имеет эффективность более 80%, предпочтительно более 85% для "полуравнопроходных" соединений, т.е. соединений с наружным диаметром на 1,5-5% больше, чем номинальный диаметр трубы.
В одном варианте осуществления соединение имеет эффективность более 60%, предпочтительно более 65% для "равнопроходных" соединений, т.е. соединений с наружным диаметром, равным номинальному диаметру трубы с учетом допусков.
В одном варианте осуществления соединение образует часть обсадной колонны.
В одном варианте осуществления охватываемая резьба имеет шаг в диапазоне от 5 до 20 мм. Шаг может быть равен 8,466 мм.
В одном варианте осуществления первый трубный компонент оснащен двумя элементами с охватываемой резьбой, а второй трубный компонент оснащен двумя элементами с охватывающей резьбой.
В другом варианте осуществления первый трубный компонент содержит указанный элемент с охватываемой резьбой и элемент с охватывающей резьбой, расположенный на другом конце.
Настоящее изобретение станет понятнее из следующего подробного описания варианта осуществления, который приведен в качестве неограничительного примера и показан на прилагаемых графических материалах, на которых
фиг. 1 представляет собой схематическое изображение вида в продольном разрезе резьбового соединения в соответствии с одним аспектом изобретения;
фиг. 2 - подробный вид фиг. 1, на котором изображены резьбы;
фиг. 3 - подробный вид первого уплотнения;
фиг. 4 - подробный вид второго уплотнения во время свинчивания; фиг. 5 - подробный вид второго уплотнения в соединенном состоянии;
фиг. 6 - график, на котором представлены поверхности контакта на оси ординат, а также изменение нагрузок, которым подвергается соединение, на оси абсцисс для соединения согласно изобретению и для
приведенного для сравнения соединения, на первой и второй уплотняющих поверхностях;
фиг. 7 - график, соответствующий графику на фиг. 6, на котором на оси ординат отложены длины контакта первой и второй уплотняющих поверхностей; и
фиг. 8 - график зависимости нагрузка/давление.
Прилагаемые графические материалы приведены не только для пояснения изобретения, но также способствуют его определению при необходимости.
Для улучшения соединений заявитель разработал высококачественные соединения, известные как соединения премиум-класса, которые превосходят стандарты API. Уплотняющие поверхности могут быть предусмотрены вблизи резьбовых зон, причем указанные поверхности вводят в контакт с натягом во время свинчивания компонентов.
Резьбовые зоны расположены на конце каждого из охватываемого и охватывающего трубных компонентов. Охватывающий трубный компонент может представлять собой трубу значительной длины или наоборот короткую трубу соединительного типа. Для указанного резьбового соединения при высоком давлении требуется непроницаемое для текучей среды (жидкости или газа) уплотнение, обеспечивающее приведение уплотняющих поверхностей или областей во взаимный контакт с радиальным натягом. Степень посадки с радиальным натягом зависит от относительного осевого положения охватываемой и охватывающей резьбовых зон, причем указанное относительное положение определяется путем введения в контакт упорных поверхностей, соответственно расположенных на охватываемом и охватывающем концах. Относительное позиционирование достигается в результате введения в контакт упорных поверхностей. Упорные поверхности расположены на внутренней стороне соединения. Упорные поверхности находятся вблизи отверстия. Охватываемый конец содержит на своей наружной периферии резьбовую зону, которая продолжается уплотняющей поверхностью, которая, в свою очередь, продолжается конечной частью, оканчивающейся упорной поверхностью. Охватывающий конец содержит на своей внутренней периферии резьбовую зону, которая продолжается уплотняющей поверхностью.
Заявитель уделил особое внимание резьбовым соединениям большого диаметра, в частности применяемым в обсадной трубе. Соединения этого типа иногда подвергаются интенсивным растягивающим и сжимающим нагрузкам. Следовательно, желательно обеспечить высокие эксплуатационные характеристики соединения при растяжении и сжатии. Фактически, в случае чрезмерного растягивающего усилия, в результате выхода из зацепления витки отходят друг от друга, что приводит к отсоединению двух компонентов. Последствия могут быть особенно неприемлемыми как с технической точки зрения, так и с точки зрения стоимости. В особенности это относится к ситуации, когда резьба имеет образующую конуса - выскакивание одного витка может вызвать полное разъединение соединения.
Кроме того, заявитель заметил, что крутящий момент свинчивания, необходимый для введения соединения в эксплуатацию, т.е. для перевода его в готовое для использования соединенное состояние, увеличивается с номинальным диаметром трубного компонента. Однако устройства для свинчивания с очень высоким крутящим моментом являются относительно малораспространенными в мире, поскольку они являются как громоздкими, так и дорогостоящими при использовании и транспортировке, а также требуют времени для получения. Для компонентов большого диаметра получение низкого крутящего момента свинчивания и докрепления означает, что они могут быть докреплены при помощи устройств для свинчивания, которые получили намного более широкое применение и широко доступны. Существует острая необходимость в улучшении относительно регулирования крутящего момента свинчивания, а также параметров внутреннего давления и внешнего давления при растяжении и сжатии.
Как видно на фиг. 1, резьбовое трубное соединение 1 содержит элемент 2 с охватываемой резьбой и элемент 3 с охватывающей резьбой. Элемент 2 с охватываемой резьбой и/или элемент 3 с охватывающей резьбой могут относиться к трубе длиной несколько метров, например длиной порядка 10-15 м. Один из ее концов, обычно элемент с охватывающей резьбой, может образовывать конец муфты, другими словами, трубу малой длины, которую можно использовать для соединения двух труб большой длины, каждая из которых оснащена двумя охватываемыми концами (соединение с резьбой и муфтой (Т &С)). Муфта может быть оснащена двумя охватывающими концами. В одном варианте труба большой длины может быть оснащена охватываемым концом и охватывающим концом для образования соединения посредством цельного резьбового соединения. Соединение 1 относится к серийно изготавливаемому типу.
Соединение 1 может использоваться для создания обсадных колонн для нефтегазовых скважин. Соединение 1 готово к использованию после соединения элемента с охватываемой резьбой и элемента с охватывающей резьбой с приложением предусмотренного крутящего момента свинчивания.
Могут быть изготовлены трубы различных типов из нелегированной стали, низколегированной стали или высоколегированной стали или даже из содержащего железо или не содержащего железо сплава, причем они могут быть подвергнуты термообработке или упрочнены, в зависимости от условий эксплуатации, например, следующих: уровень механической нагрузки, коррозионные свойства текучей среды внутри или снаружи трубы и т.д. Также можно использовать стальные трубы, которые характеризуются меньшей устойчивостью к коррозии, покрытые защитным покрытием, например, выполненным из антикоррозионного сплава или синтетических материалов.
Термин "свинчивание" означает операцию относительного вращения и поступательного перемеще
ния одного компонента относительно другого со взаимным зацеплением резьбовых зон. Термин "докре-пление" означает операцию, следующую за свинчиванием, в ходе которой продолжается относительное вращение и поступательное перемещение, что приводит к достижению заданного момента затяжки между двумя компонентами. Угол боковых сторон рассматривается в направлении по часовой стрелке относительно радиальной плоскости, проходящей через основание боковых сторон на уровне радиуса скруг-ления со впадиной.
Необходимость в этом типе обычно не удовлетворяется соединениями с самоблокирующимися витками, резьбы из которых удовлетворяют как традиционной функции резьб, так и функции осевой упорной поверхности. Для соединений этого типа необходимы очень высокие крутящие моменты, при этом они чувствительны к образованию задиров и имеют хрупкие уплотнения. Фактически, механическая обработка витков, закладная сторона и опорная сторона которых одновременно взаимодействуют с ответными боковыми сторонами резьбы, которая сама является ответной, с обеспечением натяга, приводит к возникновению трения по всей длине резьбы, которая находится в фактическом зацеплении. Кроме того, производственные допуски резьб означают, что нельзя гарантировать очень точное позиционирование охватываемого элемента в охватывающем элементе. Существует неопределенность в относительном осевом позиционировании охватываемого элемента и охватывающего элемента, причем эта неопределенность может привести к нарушению уплотнения уплотняющих поверхностей. Кроме того, соединения этого типа не обеспечивают удовлетворительно высокую степень уплотнения за счет самих резьб, в частности, из-за зазора, наличие которого необходимо между вершинами и впадинами витков, что приводит к образованию радиального пространства, в которое может поступать текучая среда.
Как показано на фиг. 1, элемент 2 с охватываемой резьбой расположен на конце первого трубного компонента. Первый трубный компонент также содержит тело 6, по существу, постоянного внутреннего диаметра и наружного диаметра по его длине. Тело 6 и элемент 2 с охватываемой резьбой выполнены как единое целое (посредством прокатки, утолщения или сварки). Элемент 2 с охватываемой резьбой содержит отверстие 4. Отверстие 4 может быть общим с телом 6. Отверстие 4 может быть прокатанным, необязательно с покрытием. В целом, отверстие 4 не подвергают механической обработке. Тело 6 первого трубного компонента оснащено наружной прокатанной поверхностью. Элемент 2 с охватываемой резьбой подвергают механической обработке, по меньшей мере, на большей части, между отверстием 4 и наружной поверхностью тела 6. Первый и второй трубные компоненты готовы к использованию, при этом их определенный наружный диаметр остается, по существу, без изменений во время их использования. Небольшое увеличение наружного диаметра может возникнуть на участке опорных поверхностей или витков вследствие посадки с натягом охватываемого элемента/охватывающего элемента. Это увеличение остается незначительным, максимум порядка 0,2-0,3 мм.
Элемент 2 с охватываемой резьбой содержит наружную охватываемую резьбу 8, расположенную вблизи тела 6. Наружная охватываемая резьба 8 оснащена одним или двумя витками. Приведенное ниже описание применимо как к одноходовому исполнению, так и к многоходовому исполнению, в частности к двухходовому исполнению, известному как "двухзаходное" исполнение. Наружная охватываемая резьба 8 выполнена в соответствии с образующей конуса предпочтительно с уклоном в диапазоне от 5 до 20%. Предпочтительный диапазон составляет от 8,33 до 20%. Наружная охватываемая резьба 8 оснащена витком с профилем типа "ласточкин хвост". Виток имеет максимальную ширину рядом с вершиной резьбы и минимальную ширину вдали от вершины резьбы. Минимальная ширина обычно находится вблизи канавки витка. Виток может иметь трапецеидальный профиль с главным основанием, образованным вершиной резьбы, за исключением радиусов скругления. Трапеция может быть равнобедренной.
Наружная охватываемая резьба 8 содержит витки с полным профилем и витки с неполным профилем или со сбегом рядом с телом 6. Витки со сбегом уменьшают массу соединения. Наружная охватываемая резьба 8 имеет увеличивающуюся ширину выступа при движении в направлении тела 6 и уменьшающуюся ширину канавки при движении в направлении тела 6. Наружная охватываемая резьба 8 имеет конец большого диаметра вблизи тела 6 и конец малого диаметра с противоположной стороны.
Элемент 2 с охватываемой резьбой содержит внутреннюю охватываемую резьбу 10. Вторая охватываемая резьба 10 указана как внутренняя, что означает, что она имеет диаметр, который меньше диаметра первой охватываемой резьбы 8. Таким образом, внутренняя охватываемая резьба 10 направлена внутрь соединения. Внутренняя охватываемая резьба 10 в этом случае имеет длину вдоль оси соединения, которая больше длины наружной охватываемой резьбы 8. В предпочтительном варианте осуществления внутренняя охватываемая резьба 10 имеет такую же геометрическую форму, что и наружная охватываемая резьба 8 в отношении конусности, высоты профиля резьбы, угла наклона опорной стороны, угла наклона закладной стороны и изменения шага. Внутренняя охватываемая резьба 10 содержит витки с полным профилем на участке с малым диаметром и витки с неполным профилем на участке с большим диаметром, который расположен ближе всего к наружной охватываемой резьбе 8. Внутренняя охватываемая резьба 10 может иметь такую же образующую, что и наружная охватываемая резьба 8. Охватываемая резьба 10 может иметь такой же угол образующей, как и у наружной охватываемой резьбы 8.
Между наружной охватываемой резьбой 8 и внутренней охватываемой резьбой 10 элемент 2 с охватываемой резьбой содержит первую охватываемую наружную периферийную поверхность 14, как пока
зано на фиг. 3. Первая охватываемая наружная поверхность 14 является кольцевой. В целом, первая охватываемая наружная поверхность 14 расположена по оси на участке, в котором толщина элемента 2 с охватываемой резьбой больше или равна 50% от его максимальной толщины, измеренной вблизи тела 6.
При движении от наружной охватываемой резьбы 8 к внутренней охватываемой резьбе 10 первая охватываемая наружная периферийная поверхность 14 содержит первый скос 14а, проходящий от канавки с наименьшим диаметром наружной охватываемой резьбы 8. Первый скос 14а образует заход наружной охватываемой резьбы 8, с которого начинается первый выступ. Первый скос 14а может иметь уклон в диапазоне от 20 до 50°. Первый скос 14а, если смотреть в радиальном направлении, имеет размер порядка 0,1-3,0 мм.
Первая наружная периферийная поверхность 14 содержит первую цилиндрическую часть 14b. Первая цилиндрическая часть 14b в данном случае находится в продолжении первого скоса 14а, расположенного напротив наружной охватываемой резьбы 8, со стороны малого диаметра первого скоса 14а. Первая наружная периферийная поверхность 14 содержит второй скос 14с. Второй скос 14с является коническим. Второй скос 14с имеет уклон в диапазоне от 10 до 30°. Второй скос 14с соединен с первой цилиндрической частью 14b со стороны, противоположной первому скосу 14а. Первый скос 14а, первая цилиндрическая часть 14b и второй скос 14с создают кольцевое пространство 16, в котором может накапливаться избыточный смазочный материал при необходимости.
Первая наружная периферийная поверхность 14 содержит охватываемую уплотняющую поверхность 12. Охватываемая уплотняющая поверхность 12 образует первую уплотняющую поверхность элемента 2 с охватываемой резьбой. Охватываемая уплотняющая поверхность 12 расположена на участке элемента 2 с охватываемой резьбой с радиальной толщиной в диапазоне от 50 до 80% от максимальной толщины. Первая охватываемая уплотняющая поверхность 12 содержит цилиндрическую часть 12а и выпуклую часть 12b. Максимальная толщина измеряется в месте соединения цилиндрической части 12а и выпуклой части 12b между указанным местом соединения и отверстием 4. Цилиндрическая часть 12а расположена рядом со вторым скосом 14с. Выпуклая часть 12b расположена вдали от второго скоса 14с. Охватываемая уплотняющая поверхность 12 находится между цилиндрической частью 12а и выпуклой частью 12b.
Первая охватываемая уплотняющая поверхность 12 соединена со вторым скосом 14с со стороны, противоположной первой цилиндрической поверхности 14b. Первая охватываемая уплотняющая поверхность 12 соединена с концом большого диаметра второго скоса 14с. Выпуклая часть 12b в этом случае имеет куполообразную форму, например, с радиусом кривизны в диапазоне от 30 до 80 мм. Первая наружная периферийная поверхность 14 содержит вторую цилиндрическую часть 14d, расположенную между первой охватываемой уплотняющей поверхностью 12 и внутренней охватываемой резьбой 10. Выпуклая часть 12b соединена со второй цилиндрической частью 14d. Вторая цилиндрическая часть 14d проходит в осевом направлении на расстояние порядка 3-25 мм. Вторая цилиндрическая часть 14d имеет диаметр, равный максимальному диаметру выступов внутренней охватываемой резьбы 10. Другими словами, высота выступов большого диаметра внутренней охватываемой резьбы 10 ограничена указанным диаметром. По меньшей мере, последний виток имеет неполный профиль.
Первая охватываемая уплотняющая поверхность 12 предназначена для взаимодействия с элементом 3 с охватывающей резьбой с обеспечением натяга. Участок большого диаметра второго скоса 14с также может взаимодействовать с элементом 3 с охватывающей резьбой с обеспечением натяга.
После конца внутренней охватываемой резьбы 10 со стороны, противоположной наружной охватываемой резьбе 8, элемент 2 с охватываемой резьбой содержит вторую наружную периферийную поверхность 26 и осевую упорную поверхность 20 элемента с охватываемой резьбой, которая образует конечную часть указанного элемента с охватываемой резьбой. Вторая наружная периферийная поверхность 26 образует наружный контур кромки 28, ограниченный с противоположной стороны отверстием 4. Вторая наружная периферийная поверхность 26 содержит цилиндрическую часть 26а рядом с канавкой наименьшего диаметра внутренней охватываемой резьбы 10. Цилиндрическая часть 26а имеет диаметр, который немного меньше диаметра канавки наименьшего диаметра внутренней охватываемой резьбы 10.
Вторая наружная периферийная поверхность 26 содержит вторую охватываемую уплотняющую поверхность 22, в этом случае конической формы, как показано на фиг. 4. Уклон может находиться в диапазоне от 3 до 10°. Вторая охватываемая уплотняющая поверхность 22 проходит от цилиндрической части 26а в направлении осевой упорной поверхности 20 элемента с охватываемой резьбой. Осевой размер второй охватываемой уплотняющей поверхности 22 вдоль оси соединения находится в диапазоне от 10 до 35 мм. Вторая наружная периферийная поверхность 26 элемента с охватываемой резьбой содержит вторую коническую поверхность 26b и выпуклую поверхность 26с, расположенные между второй охватываемой уплотняющей поверхностью 22 и осевой упорной поверхностью 20 элемента с охватываемой резьбой. Уклон второй конической поверхности 26b больше уклона второй охватываемой уплотняющей поверхности 22. Вторая коническая поверхность 26b имеет уклон в диапазоне от 10 до 50°. Уклон выпуклой поверхности 26с больше уклона второй конической поверхности 26b или равен ему. Используемый в настоящем документе термин "уклон" означает наклон относительно оси элемента с охватываемой
резьбой. Выпуклая поверхность 26с в этом случае имеет радиус кривизны в диапазоне от 0,25 до 1,5 мм, предпочтительно в диапазоне от 0,5 до 1,0 мм. Вторая уплотняющая поверхность 22 предназначена для создания посадки с натягом с элементом 3 с охватывающей резьбой.
Осевая упорная поверхность 20 элемента с охватываемой резьбой, образующая торец элемента с охватываемой резьбой, имеет угол в диапазоне от 0 до 30° включительно относительно радиальной плоскости. Предпочтительно указанный угол находится в диапазоне от 10 до 30°. В примере, показанном на фиг. 1, указанный угол равен 15°. Осевая упорная поверхность 20 элемента с охватываемой резьбой примыкает к отверстию 4 элемента 2 с охватываемой резьбой.
Элемент 3 с охватывающей резьбой содержит наружную охватывающую резьбу 9, находящуюся в зацеплении с наружной охватываемой резьбой 8 в соединенном состоянии. Наружная охватывающая резьба 9 может проходить до точки в непосредственной близости от концевой поверхности 3 а (радиальной в этом случае) элемента 3 с охватывающей резьбой. Концевая поверхность 3а является свободной в докрепленном состоянии. Элемент 3 с охватывающей резьбой также содержит внутреннюю охватывающую резьбу 11, которая при зацеплении взаимодействует с внутренней охватываемой резьбой 10 в соединенном состоянии, в частности в положении, показанном на фиг. 1. Витки наружной охватывающей резьбы 9 имеют полный профиль. Витки внутренней охватывающей резьбы 11 имеют полный профиль. Между наружной охватывающей резьбой 9 и внутренней охватывающей резьбой 11 элемент 3 с охватывающей резьбой содержит внутреннюю периферийную поверхность 15.
Внутренняя периферийная поверхность 15 является кольцевой. Внутренняя периферийная поверхность 15 содержит первую цилиндрическую часть 15а, продолжающую наружную охватывающую резьбу 9 в направлении, противоположном концевой поверхности 3а. Первая цилиндрическая часть 15а расположена в радиальном направлении и обращена, по меньшей мере частично, к первой цилиндрической части 14b наружной периферийной поверхности 14 элемента 2 с охватываемой резьбой. Первая цилиндрическая часть 15а элемента с охватывающей резьбой и первая цилиндрическая часть 14b элемента с охватываемой резьбой разделены радиальным расстоянием, препятствующим созданию натяга, предусматривающим производственные допуски и образующим указанное пространство 16. Первая цилиндрическая часть 15а элемента 3 с охватывающей резьбой проходит в осевом направлении на расстояние, которое больше, чем первая цилиндрическая часть 14b элемента 2 с охватываемой резьбой. Первая цилиндрическая часть 15а элемента 3 с охватывающей резьбой также проходит в продолжении вершины резьбы наименьшего диаметра охватывающей резьбы 9. Первая цилиндрическая часть 15а может взаимодействовать с канавкой наименьшего диаметра наружной охватываемой резьбы 8 с обеспечением натяга или находиться на очень малом расстоянии от нее. Первая цилиндрическая часть 15а также в радиальном направлении обращена к скосу 14а, расположенному между указанной канавкой наименьшего диаметра наружной охватываемой резьбы 8 и первой цилиндрической частью 14b.
Внутренняя периферийная поверхность 15 элемента 3 с охватывающей резьбой, как показано на фиг. 3, содержит первую охватывающую уплотняющую поверхность 13, расположенную на расстоянии от наружной охватывающей резьбы 9 и от внутренней охватывающей резьбы 11. Первая охватывающая уплотняющая поверхность 13 расположена в продолжении первой цилиндрической части 15а. Первая охватывающая уплотняющая поверхность 13 имеет центральную коническую часть 13а. Угол конусности может находиться в диапазоне от 1 до 20°. Первая охватывающая уплотняющая поверхность 13 содержит первую куполообразную поверхность 13b, расположенную между первой цилиндрической частью 15а и центральной частью 13а. Первая куполообразная поверхность 13b имеет радиус в диапазоне от 1 до 30 мм.
Первая охватывающая уплотняющая поверхность 13 содержит вторую куполообразную поверхность 13с, расположенную между центральной частью 13а и второй цилиндрической частью 15b. Вторая куполообразная поверхность 13с имеет радиус в диапазоне от 1 до 15 мм. Центральная часть 13а имеет минимальный диаметр напротив наружной охватывающей резьбы 9. В соединенном состоянии соединения, как показано на фиг. 1, первая охватывающая уплотняющая поверхность 13 находится в значительном диаметральном натяге с первой охватываемой уплотняющей поверхностью 12 с закругленной выпуклой формой. Уплотнение представляет собой уплотнение "тор по конусу". Первая охватывающая уплотняющая поверхность 13 расположена на участке элемента 3 с охватывающей резьбой с радиальной толщиной в диапазоне от 20 до 50% от максимальной толщины элемента 2 с охватываемой резьбой. Максимальная толщина измеряется в точке соединения между центральной частью 13а и второй куполообразной поверхностью 13с между указанным местом соединения и наружной поверхностью 7. Радиальная толщина первой охватывающей уплотняющей поверхности 13 измеряется в точке соединения между центральной частью 13а и второй куполообразной поверхностью 13с.
Внутренняя периферийная поверхность 15 элемента 3 с охватывающей резьбой содержит вторую цилиндрическую часть 15b. Вторая цилиндрическая часть 15b расположена таким образом, что она обращена ко второй цилиндрической части 14d наружной периферийной поверхности 14 элемента 2 с охватываемой резьбой. Вторая цилиндрическая часть 15b проходит на длину в диапазоне от 2 до 25 мм. Между второй цилиндрической частью 14d и второй цилиндрической частью 15b образован зазор 17. Вто
рая цилиндрическая часть 15b примыкает к канавке с наибольшим диаметром внутренней охватывающей резьбы 11.
Охватывающая уплотняющая поверхность 23 образует вторую уплотняющую поверхность элемента 3 с охватывающей резьбой. Охватывающая уплотняющая поверхность 23 и охватываемая уплотняющая поверхность 22 образуют уплотнение "конус по конусу".
На другом конце внутренней охватывающей резьбы 11, как показано на фиг. 4, элемент 3 с охватывающей резьбой содержит вторую внутреннюю периферийную поверхность 27, оснащенную охватывающей уплотняющей поверхностью 23. Вторая внутренняя периферийная поверхность 27 содержит цилиндрическую часть 27а с немного большим диаметром, чем диаметр соответствующей первой цилиндрической части 26а второй наружной периферийной поверхности 26 элемента 2 с охватываемой резьбой. Указанная цилиндрическая часть 27а расположена в продолжении вершины с наименьшим диаметром последнего выступа внутренней охватывающей резьбы 11. Вторая охватывающая уплотняющая поверхность 23 является продолжением указанной цилиндрической части 27а, расположенной напротив внутренней охватывающей резьбы 11. После второй охватывающей уплотняющей поверхности 23 вторая внутренняя периферийная поверхность 27 содержит округлую полость 27b. Полость 27b имеет диаметр, который больше диаметра выпуклой части 26с второй наружной периферийной поверхности 26 элемента 2 с охватываемой резьбой в соединенном состоянии. В не соединенном состоянии полость 27b может иметь диаметр, который больше диаметра выпуклой части 26с.
Вторая охватывающая уплотняющая поверхность 23 имеет первую коническую часть 23а, вторую коническую часть 23b и третью коническую часть 23с. В данном случае первая коническая часть имеет половинный угол в диапазоне от 5 до 25°. Первая коническая часть 23а занимает более 15% длины второй охватывающей уплотняющей поверхности 23. Первая коническая часть 23а соединена с цилиндрической частью 27а. Вторая коническая часть 23b расположена между первой конической частью 23 а и третьей конической частью 23с. Вторая коническая часть 23b имеет уклон в диапазоне от 3 до 15°. Вторая коническая часть 23b имеет уклон, который меньше уклона первой конической части 23а. Третья коническая часть 23с соединена с полостью 27b. Третья коническая часть 23с имеет уклон в диапазоне от 15 до 35°. Третья коническая часть 23с имеет уклон, который больше уклона второй конической части 23b. Третья коническая часть 23с образует посадку с натягом со второй конической поверхностью 26b в соединенном состоянии.
Элемент 3 с охватывающей резьбой содержит осевую упорную поверхность 21 элемента с охватывающей резьбой, расположенную между второй внутренней периферийной поверхностью 27 и отверстием 5 указанного элемента 3 с охватывающей резьбой. Более точно, осевая упорная поверхность 21 элемента с охватывающей резьбой расположена между полостью 27b и отверстием 5. Ориентация осевой упорной поверхности 21 элемента с охватывающей резьбой, по существу, аналогична, в этом случае идентична, ориентации осевой упорной поверхности 20 элемента с охватываемой резьбой.
В соединенном состоянии, показанном на фиг. 1 и 5, наружная охватывающая резьба 9 и наружная охватываемая резьба 8 находятся в зацеплении. Внутренняя охватывающая резьба 11 и внутренняя охватываемая резьба 10 находятся в зацеплении. Первые охватываемая 12 и охватывающая 13 уплотняющие поверхности посажены с радиальным натягом, при необходимости обеспечивая уплотнение, непроницаемое, по меньшей мере, для жидкости или даже для газа. Вторые уплотняющие поверхности, охватываемая 22 и охватывающая 23, находятся в радиальном натяге, обеспечивая уплотнение, непроницаемое, по меньшей мере, для жидкости или даже для газа. Осевая упорная поверхность 20 элемента с охватываемой резьбой и осевая упорная поверхность 21 элемента с охватывающей резьбой плотно прилегают друг к другу. Плотное прилегание осевых упорных поверхностей обеспечивает точное и воспроизводимое позиционирование элемента 2 с охватываемой резьбой относительно элемента 3 с охватывающей резьбой. В показанном варианте осуществления осевая упорная поверхность 20 элемента с охватываемой резьбой является кольцевой и осевая упорная поверхность 21 элемента с охватывающей резьбой является кольцевой. Осевые упорные поверхности элемента с охватываемой резьбой и элемента с охватывающей резьбой являются уникальными.
Полость 27b второй внутренней периферийной поверхности 27 расположена на расстоянии от элемента 2 с охватываемой резьбой. Более точно, полость 27b расположена на расстоянии от выпуклой поверхности 26с второй наружной периферийной поверхности 26 элемента 2 с охватываемой резьбой. Наличие кольцевого пространства 18, образованного между полостью 27b и выпуклой поверхностью 26с, подразумевает возможность накопления какого-либо избыточного смазочного материала. Кольцевое пространство 18 можно использовать для того, чтобы гарантировать фактическое достижение контакта с обеспечением упора на упорной поверхности 20 элемента с охватываемой резьбой и упорной поверхности 21 элемента с охватывающей резьбой. Кольцевое пространство 18 можно использовать для того, чтобы предотвратить упор в месте соединения между выпуклой поверхностью 26с и осевой упорной поверхностью 20 элемента с охватываемой резьбой. Кольцевое пространство 18 можно использовать для того, чтобы предотвратить упор в месте соединения между третьей конической частью 23с и осевой упорной поверхностью 21 элемента с охватывающей резьбой, который с большой вероятностью возника
ет в случае отсутствия округлой полости 27b.
Вторая коническая поверхность 26b находится в контакте или в небольшом натяге с третьей конической частью 23с второй охватывающей уплотняющей поверхности 23.
На фиг. 4 соединение показано в состоянии во время свинчивания, перед соединенным положением, изображенным на фиг. 5. Осевая упорная поверхность 20 элемента с охватываемой резьбой и осевая упорная поверхность 21 элемента с охватывающей резьбой разделены несколькими миллиметрами. На фиг. 4 показано соединение в теоретической ситуации, в которой не учитывается взаимодействие двух уплотняющих поверхностей 22 и 23 друг с другом. Зона натяга, показанная между вторыми уплотняющими поверхностями 22 и 23, является теоретической и больше, чем фактическая зона натяга. Это также изображено на фиг. 4 при помощи того, что отверстие 4 имеет диаметр, который немного меньше диаметра отверстия 5. В отличие от этого на фиг. 5, на которой показано фактическое соединенное состояние, диаметр отверстия 4 меньше диаметра отверстия 5 на несколько миллиметров. Взаимодействие двух уплотняющих поверхностей 22 и 23 друг с другом вызывает смещение кромки 28 в радиальном направлении внутрь. Фактически, кромка 28 имеет радиальную толщину, которая, по существу, меньше, чем радиальная толщина резьбового элемента 3 на участке второй охватывающей уплотняющей поверхности 23. Таким образом, незадолго до окончания свинчивания может быть выше вероятность деформации кромки 28, чем соответствующей части элемента с охватывающей резьбой.
Две уплотняющие поверхности 22 и 23 входят в контакт, причем кромка 28 немного деформируется внутрь на участке упругой деформации. В конце свинчивания осевая упорная поверхность 20 элемента с охватываемой резьбой и осевая упорная поверхность 21 элемента с охватывающей резьбой входят в контакт с обеспечением упора и, в силу своего уклона, склонны стабилизировать небольшую упругую деформацию, направленную радиально внутрь кромки 28.
На фиг. 2 более подробно показаны наружные охватываемая 8 и охватывающая 9 резьбы. Внутренние охватываемая 10 и охватывающая 11 резьбы могут иметь ту же форму и те же характеристики. Наружная охватываемая резьба 8 имеет образующую конуса с уклоном в диапазоне от 5 до 20%, например, равным 15%. Наружная охватываемая резьба 8 содержит выступы 8а и канавки 8b. Шаг наружной охватываемой резьбы 8 может быть в диапазоне от 5 до 20 мм, например, равным 8,466 мм. Наружная охватываемая резьба 8 имеет закладную сторону 8с и опорную сторону 8d. Закладная сторона 8с имеет наклон в диапазоне от +1 до +15°, например в диапазоне от +5 до +8°. Опорная сторона 8d имеет наклон в диапазоне от -1 до -15°, например в диапазоне от -5 до -8° относительно радиальной плоскости. Таким образом, ширина выступа 8а больше в зоне рядом с его вершиной, чем ширина в зоне рядом с канавкой 8b. Наружная охватываемая резьба 8 представляет собой резьбу с профилем типа "ласточкин хвост".
Наружная охватывающая резьба 9 представляет собой резьбу с профилем типа "ласточкин хвост". Наружная охватывающая резьба 9 содержит выступы 9а и канавки 9b с закладными сторонами 9с и опорными сторонами 9d. Выступы 9а шире вблизи их вершины, чем вблизи канавки 9b. Вершина выступов 9а, по существу, параллельна оси соединения. Впадина канавок 9b, по существу, параллельна оси соединения. Вершина выступов 8а, по существу, параллельна оси соединения. Впадина канавок 8b, по существу, параллельна оси соединения. Закладная сторона 9с имеет наклон в диапазоне от +1 до +15°, например в диапазоне от +5 до +8°. Опорная сторона 9d имеет наклон в диапазоне от -1 до -15°, например в диапазоне от -5 до -8° относительно радиальной плоскости.
В показанном варианте осуществления выступы 9а и канавки 8b посажены с радиальным натягом в соединенном состоянии, изображенном на фиг. 2. Указанный радиальный натяг достаточно мал, чтобы предотвратить пластическую деформацию витков. Выступы 8а и канавки 9b отделены друг от друга. Расстояние между выступами 8а и канавками 9b, называемое радиальным зазором витков, находится в диапазоне от 0,050 до 0,500 мм, например в диапазоне от 0,050 до 0,400 мм. В соединенном состоянии закладные стороны 8с и 9с, соответственно, охватываемой 8 и охватывающей 9 наружных резьб отделены друг от друга. Расстояние TAG, разделяющее их, называемое осевым зазором витков, находится в диапазоне от 0,002 до 1,000 мм, например в диапазоне от 0,002 до 0,400 мм. В соединенном состоянии опорные стороны 8d и 9d, соответственно, наружной охватываемой 8 и наружной охватывающей 9 резьб плотно прилегают друг к другу, в частности, вследствие взаимодействия упорных поверхностей 20 и 21 друг с другом. Как указано выше, охватываемая 10 и охватывающая 11 внутренние резьбы могут иметь идентичную форму. Предпочтительно внутренние резьбы 10 и 11 имеют закладные стороны и опорные стороны, которые главным образом наклонены в месте наклона закладных сторон и опорных сторон наружных резьб 8 и 9.
В одном варианте закладные стороны и опорные стороны внутренних резьб 10 и 11 могут быть ориентированы в радиальном направлении, что может улучшать свойства при растяжении.
В другом варианте закладные стороны внутренних резьб 10 и 11 являются радиальными, при этом опорные стороны внутренних резьб 10 и 11 имеют, по существу, такой же наклон, что и опорные стороны наружных резьб 8 и 9. Внутренние резьбы 10 и 11 имеют шаг, равный шагу наружных резьб 8 и 9.
Наружные резьбы 8 и 9 имеют непрерывно изменяющуюся ширину. Изменение ширины резьб наоборот может находиться в диапазоне от 0,1 до 1 мм.
Выбор уклона образующей и углов закладных сторон и опорных сторон внутренних и наружных резьб определяет количество оборотов, которые необходимо совершить для получения соединенного состояния. Очевидно, что закладные стороны и опорные стороны имеют некоторую ориентацию, вследствие чего в начале свинчивания самая широкая часть выступа охватываемой или охватывающей резьбы проходит в самую узкую часть соответствующей канавки охватывающей или охватываемой резьбы соответственно.
На фиг. 6 изображено изменение в контактных поверхностях внутреннего уплотнения, образованного вторыми уплотняющими поверхностями, и центрального уплотнения, образованного первыми уплотняющими поверхностями. В данном случае используется эталонное соединение в целях сравнения, причем принципиальное отличие от соединения согласно изобретению заключается в количестве резьбовых частей. Фактически, эталонное соединение имеет только одну ступень, причем положение уплотняющей поверхности, которая устойчива к внешнему давлению, находится между 2 резьбовыми частями согласно настоящему изобретению или снаружи вблизи наружной поверхности тела 6 на эталонном соединении. Осевая упорная поверхность расположена вблизи отверстия 5 согласно настоящему изобретению и снаружи вблизи наружной поверхности тела 6 на эталонном соединении. Испытание контактной поверхности проводят поэтапно, во время которых изменяют давление и осевое усилие. Первый этап соответствует соединенному состоянию с одинаковым давлением между внутренней и внешней частями соединения и при нулевой растягивающей/сжимающей нагрузке. На втором этапе сохраняются равные давления и его выполняют при 100% номинальном растяжении - предел упругости соединения или LEC, т.е. растяжении, составляющем 54865 кН (12346 килофунтов). На третьем этапе прикладывают 100% номинальной растягивающей нагрузки и 50% внутреннего давления относительно номинального давления, составляющего 565370 кПа (82 килофунта на кв.дюйм). На четвертом этапе прикладывают 100% номинальной растягивающей нагрузки и 100% номинального внутреннего давления. На пятом этапе прикладывают 80% номинальной растягивающей нагрузки, а внутреннее давление находится на уровне 689476 кПа (100 килофунтов на кв.дюйм). На шестом этапе прикладывают максимальное внутреннее давление, составляющее 751528 кПа (109 килофунтов на кв.дюйм), и применяют растяжение, полученное в результате этого давления, причем концы заблокированы, т.е. растяжение, составляющее 24757 кН (5571 килофунт). Седьмой этап соответствует внутреннему давлению, составляющему 682581 кПа (99 килофунтов на кв.дюйм), без растягивающей/сжимающей нагрузки. На восьмом этапе прикладывают 33,3% номинальной сжимающей нагрузки, а внутреннее давление находится на уровне 100% от номинального значения. На девятом этапе прикладывают 66,7% номинальной сжимающей нагрузки, а внутреннее давление находится на уровне 358527 кПа (52 килофунтов на кв.дюйм). На десятом этапе прикладывают 100% номинальной сжимающей нагрузки, т.е. -54865 кН (-12346 килофунтов), и внутреннее давление, которое берется равным 0. На одиннадцатом этапе не прикладывают нагрузку. На двенадцатом этапе применяют сжатие, составляющее 100% от номинального значения, при нулевом давлении. На тринадцатом этапе применяют сжатие, составляющее 100% от номинального значения, и прикладывают нулевое давление. На четырнадцатом этапе применяют сжатие, составляющее 50% от номинального значения, и прикладывают внешнее давление, составляющее 427475 кПа (62 килофунта на кв. дюйм). На пятнадцатом этапе прикладывают только внешнее давление, составляющее -427475 кПа (-62 килофунта на кв. дюйм), при отсутствии сжимающей/растягивающей нагрузки. На шестнадцатом этапе прикладывают растягивающую нагрузку, составляющую 25% от номинального значения, и внешнее давление, составляющее 199948 кПа (29 килофунтов на кв.дюйм). На семнадцатом этапе прикладывают растягивающую нагрузку, составляющую 50% от номинального значения, при отсутствии внутреннего давления или внешнего давления. На восемнадцатом этапе не прикладывают ни нагрузку от давления, ни растягивающую/сжимающую нагрузку. На девятнадцатом этапе применяют растяжение, составляющее 100% от номинального значения, при отсутствии перепада давлений. На двадцатом этапе прикладывают растягивающую нагрузку, составляющую 100% от номинального значения, и внутреннее давление, составляющее 50% от номинального значения. На двадцать первом этапе прикладывают растягивающую нагрузку, составляющую 100% от номинального значения, и внутреннее давление, составляющее 100% от номинального значения. На двадцать втором этапе прикладывают растягивающую нагрузку, составляющую 80% от номинального значения, и внутреннее давление, составляющее 100 фунтов на кв.дюйм. На двадцать третьем этапе прикладывают максимальное внутреннее давление и применяют растяжение, полученное в результате этого давления, причем концы заблокированы. На двадцать четвертом этапе прикладывают внутреннее давление, составляющее 751528 кПа (109 килофунтов на кв.дюйм), и растягивающую нагрузку, составляющую 5571 килофунт на кв.дюйм. На двадцать пятом этапе прикладывают сжимающую нагрузку, составляющую 33,3% от номинального значения, и внутреннее давление, составляющее 100% от номинального значения. На двадцать шестом этапе прикладывают сжимающую нагрузку, составляющую 66,7% от номинального значения, и внутреннее давление, составляющее 358527 кПа (52 килофунта на кв.дюйм). На двадцать седьмом этапе прикладывают сжимающую нагрузку, составляющую 100% от номинального значения, при отсутствии перепада давлений. Двадцать восьмой и последний этап соответствует отсутствию перепада давлений и растягивающей или сжимающей нагрузки. Эти этапы изображены на фиг. 8, на которой представлены точки приложения нагрузки. Эти точки цикличе
ски повторяются несколько раз в соответствии с циклом приложения нагрузки. Одна и та же точка проходит несколько раз. Таким образом, на фиг. 6 и 7 имеется больше этапов, чем точек приложения нагрузки на фиг. 8.
Графики, соответствующие уплотнениям соединения согласно изобретению и соединения, используемого для сравнения, демонстрируют значительное повышение эксплуатационных характеристик в большинстве ситуаций, в частности в ситуациях, в которых приведенное для сравнения соединение демонстрирует ограниченные эксплуатационные характеристики. В качестве примера, на этапе 1 контактные поверхности внутреннего уплотнения приблизительно в четыре раза лучше, чем поверхности приведенного для сравнения соединения. Центральное уплотнение обеспечивает то, что поверхности в контакте приблизительно в 3 раза больше, чем поверхности, предусмотренные в приведенном для сравнения соединении. При применении только растяжения, соответствующего второму этапу, внутреннее уплотнение соединения согласно изобретению имеет поверхность контакта, которая в три раза больше, чем поверхность контакта эталонного соединения.
Центральное уплотнение обеспечивает поверхность контакта, которая приблизительно в шесть раз больше, чем поверхность контакта, предусмотренная наружным уплотнением соединения согласно изобретению. На четвертом и пятом этапах поверхности контакта внутреннего уплотнения сравнимы с поверхностями контакта эталонного соединения и напротив, поверхности контакта центрального уплотнения соединения согласно изобретению от трех до четырех раз больше, чем поверхности контакта, предусмотренные наружным уплотнением эталонного соединения. Это, по существу, аналогично для этапов приложения только внутреннего давления. Другими словами, эксплуатационные характеристики соединения согласно изобретению, которое подвергается высокому внутреннему давлению, при отсутствии сжимающей или растягивающей нагрузки, улучшаются за счет центрального уплотнения согласно изобретению, поскольку оно защищает внутреннюю опорную поверхность от воздействия внешнего давления. Эксплуатационные характеристики соединения согласно изобретению под высоким внутренним давлением и под сжимающей нагрузкой значительно улучшаются.
На этапах применения сжатия, в частности этапах 8, 9, 10, 12, 13, 14, 25 и 26, внутреннее уплотнение предусматривает увеличение энергии контакта в 1,4-6 раз, т.е. повышение на 40-500%. В конечном итоге, минимальная энергия контакта, предоставляемая внутренним уплотнением соединения согласно изобретению, увеличивается более чем в три раза по сравнению с минимальной энергией контакта эталонного соединения. Энергия контакта центрального уплотнения соединения согласно изобретению остается выше 400 Н-мм-1 в двухмерной проекции, при этом энергия контакта наружного уплотнения эталонного соединения может иметь очень низкие значения под растягивающей нагрузкой или при отсутствии нагрузки.
На фиг. 7 графики, составленные при помощи одной и той же модели и одних и тех же этапов, демонстрируют длину контакта в миллиметрах внутреннего уплотнения соединения согласно изобретению и эталонного соединения вверху, и центрального уплотнения соединения согласно изобретению и наружного уплотнения эталонного соединения внизу. Длина герметичного контакта внутреннего уплотнения соединения согласно изобретению больше, часто намного больше, чем длина герметичного контакта внутреннего уплотнения эталонного соединения на большинстве этапов, в частности в ситуациях применения только растяжения, при внутреннем давлении в диапазоне от 0 до 50% от номинального значения, при сжатии с внутренним давлением или без него, при сжатии с внешним давлением или без него, только под внешним давлением при отсутствии растяжения/сжатия, под умеренным растяжением с внешним давлением в диапазоне от 0 до 50% от номинального значения. Получаемый эффект особенно примечателен при применении только сжатия, причем длина герметичного контакта увеличена в 4 или 5 раз. Эксплуатационные характеристики также являются исключительными под 100% сжатием и 100% внешним давлением, причем длина контакта увеличена более чем в 4 раза. Минимальное значение длины контакта внутреннего уплотнения увеличивается более чем на 100% относительно эталонного соединения.
Длина контакта также значительно увеличивается по сравнению с эталонным соединением для другого уплотнения, центрального в соответствии с изобретением и наружного для эталонного соединения, причем минимальная длина независимо от условий испытания, по существу, эквивалентна минимальной длине внутреннего уплотнения, при этом она стремится к 0 в случае эталонного соединения. Эксплуатационные характеристики центрального уплотнения, таким образом, улучшаются более чем на 100% в отношении растяжения при 100% от номинального растяжении с приложением внутреннего давления, только внутреннем давлении, отсутствии нагрузки, 100% номинальном растяжении и внутреннем давлении в диапазоне от 0 до 100%. Эксплуатационные характеристики. по существу, улучшаются для условий сжатия при одной третьей и двух третьих от номинального и под внутренним давлением.
В результате сжатия возможно повреждение уплотняющей поверхности. Во время испытаний обнаруживали утечку, особенно под растяжением.
Например, крутящий момент свинчивания соединения согласно изобретению был равен 90000 Н-м при максимальном диаметре 365,27 мм. Согласно наблюдениям центральное уплотнение оказалось особенно устойчивым к растягивающим нагрузкам, независимо от направления давления. Наружное уплот
нение продемонстрировало высокую устойчивость при сжатии, независимо от направления давления, и без внутреннего давления, независимо от растягивающей/сжимающей нагрузки.
Представленные уплотнения относятся к типу "тор по конусу". Уплотнения типа "тор по тору" характеризуются вариативностью. Уплотнения "конус по конусу" характеризуются вариативностью.
Таким образом, было представлено соединение с двойной резьбой, внутренняя резьбовая уплотняющая поверхность, внутренняя уплотняющая поверхность, внутренняя осевая упорная поверхность с наружной резьбой, имеющей виток с профилем типа "ласточкин хвост", с переменной шириной и закладной стороной, которая не пребывает в контакте в соединенном состоянии, и толщиной, выбранной для элемента с охватывающей резьбой под прямым углом к первой охватывающей уплотняющей поверхности в диапазоне от 20 до 50% от номинальной толщины элемента с охватываемой резьбой, обеспечивающие чрезвычайно высокие эксплуатационные характеристики относительно поведения в условиях циклов приложения внутреннего давления/внешнего давления и циклов растяжения/сжатия.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Резьбовое трубное соединение (1), содержащее элемент (2) с охватываемой резьбой, расположенный на конце первого трубного компонента (2), и элемент (3) с охватывающей резьбой, расположенный на конце второго трубного компонента (3),
причем элемент (2а) с охватываемой резьбой содержит две охватываемые резьбы - наружную (8) и внутреннюю (10), первую наружную периферийную поверхность (14), расположенную между охватываемыми резьбами, первую охватываемую уплотняющую поверхность (12) на указанной наружной периферийной поверхности, вторую наружную периферийную поверхность (26), осевую упорную поверхность (20) элемента с охватываемой резьбой, расположенную на конце элемента (2а) с охватываемой резьбой, и вторую охватываемую уплотняющую поверхность (22), выполненную на второй наружной периферийной поверхности элемента (2а) с охватываемой резьбой между внутренней резьбой и осевой упорной поверхностью (20) элемента с охватываемой резьбой;
причем элемент (3 а) с охватывающей резьбой содержит две охватывающие резьбы - наружную (9) и внутреннюю (11), внутреннюю периферийную поверхность (15), расположенную между охватывающими резьбами (9, 11), по меньшей мере одну первую охватывающую уплотняющую поверхность (13) на указанной внутренней периферийной поверхности (15), осевую упорную поверхность (21) элемента с охватывающей резьбой и вторую охватывающую уплотняющую поверхность (23), выполненную между осевой упорной поверхностью (21) элемента с охватывающей резьбой и внутренней охватывающей резьбой (11), причем витки указанных наружных охватываемой (8) и охватывающей (9) резьб находятся в зацеплении в соединенном состоянии, при этом витки указанных внутренних охватываемой (10) и охватывающей (11) резьб находятся в зацеплении в соединенном состоянии; причем осевая упорная поверхность (20) элемента с охватываемой резьбой и осевая упорная поверхность (21) элемента с охватывающей резьбой упираются друг в друга в соединенном состоянии, причем первая охватываемая уплотняющая поверхность (12) и первая охватывающая уплотняющая поверхность (13) находятся в герметичном контакте в соединенном состоянии, при этом вторая охватываемая уплотняющая поверхность (22) и вторая охватывающая уплотняющая поверхность (23) находятся в герметичном контакте в соединенном состоянии;
отличающееся тем, что наружная охватываемая резьба (8) содержит виток с профилем типа "ласточкин хвост" с увеличивающейся шириной и соответствующая наружная охватывающая резьба (9) содержит виток с профилем типа "ласточкин хвост" с увеличивающейся шириной, причем виток указанной наружной охватываемой резьбы (8) содержит опорную сторону (8d) и закладную сторону (8с), причем закладная сторона (8с) не пребывает в контакте в соединенном состоянии, причем виток указанной внутренней охватываемой резьбы (10) содержит опорную сторону и закладную сторону, при этом указанная закладная сторона не пребывает в контакте в соединенном состоянии, при этом толщина элемента (3а) с охватывающей резьбой, измеренная в радиальной плоскости, которая пересекается с первой охватывающей уплотняющей поверхностью (13), находится в диапазоне от 20 до 50% от номинальной толщины элемента (2а) с охватываемой резьбой.
2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что внутренняя охватываемая резьба (10) содержит виток с увеличивающейся шириной и соответствующая внутренняя охватывающая резьба (11) содержит виток с увеличивающейся шириной.
3. Соединение по п.2, отличающееся тем, что внутренняя охватываемая резьба (10) содержит виток с профилем типа "ласточкин хвост" с увеличивающейся шириной и соответствующая внутренняя охватывающая резьба (11) содержит виток с профилем типа "ласточкин хвост" с увеличивающейся шириной.
4. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что содержит одну осевую упорную поверхность (20) элемента с охватываемой резьбой и одну осевую упорную поверхность (21) элемента с охватывающей резьбой, расположенную вблизи отверстия элемента (3а) с охватывающей резьбой.
5. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что в докрепленном состоя-
нии по меньшей мере одна из наружной охватываемой резьбы (8) и внутренней охватываемой резьбы (10) взаимодействует с соответствующей охватывающей резьбой во впадине резьбы с обеспечением радиального натяга и имеет радиальный зазор на вершине резьбы или взаимодействует на вершине резьбы с соответствующей охватывающей резьбой с обеспечением радиального натяга и имеет радиальный зазор во впадине резьбы, причем указанный радиальный зазор предпочтительно находится в диапазоне от 0,05 до 0,50 мм, более предпочтительно в диапазоне от 0,05 до 0,40 мм.
6. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что указанная закладная сторона (8с), которая не пребывает в контакте в соединенном состоянии, имеет осевой зазор в диапазоне от 0,002 до 1,000 мм, предпочтительно от 0,002 до 0,400 мм с соответствующей закладной стороной (9с).
7. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что наружная охватываемая резьба (8) содержит виток со сбегом.
8. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что наружная охватываемая резьба (8) содержит опорную сторону (8d) с наклоном в диапазоне от -1 до -15°, предпочтительно от -5 до -8° и закладную сторону (8с) с наклоном в диапазоне от +1 до +15°, предпочтительно от +5 до +8° относительно радиальной плоскости.
9. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что осевая упорная поверхность (20) элемента с охватываемой резьбой проходит под углом в диапазоне от 0 до 30° относительно радиальной плоскости.
10. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что обычная часть первого трубного компонента (2) имеет наружный диаметр более 230 мм.
11. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что обычная часть элемента (3а) с охватывающей резьбой имеет наружный диаметр менее 110%, предпочтительно 103% от наружного диаметра второго трубного компонента (3).
12. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что резьбы (8, 9, 10, 11) имеют конусность в диапазоне от 5 до 20%.
13. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что элемент (2а) с охватываемой резьбой содержит кромку с толщиной в диапазоне от 20 до 35% от толщины обычной части первого трубного компонента (2), причем указанная кромка расположена между внутренней резьбой (10) и осевой упорной поверхностью (20) элемента с охватываемой резьбой.
14. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что имеет эффективность более 80%, причем соединение имеет наружный диаметр в диапазоне от 101,5 до 105% от номинального диаметра трубы, предпочтительно 85%.
15. Соединение по любому из пп.1-13, отличающееся тем, что имеет эффективность в диапазоне от 60 до 68%, причем соединение имеет наружный диаметр, равный номинальному диаметру трубы с учетом допусков.
16. Соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что крутящий момент док-репления, переводящий указанное соединение в соединенное состояние и готовность к эксплуатации, составляет менее 94907 Н-м, предпочтительно менее 67725,5 Н-м.
17. Соединение для обсадной трубы по любому из предыдущих пунктов.
10.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
032508
- 1 -
(19)
032508
- 1 -
(19)
032508
- 1 -
(19)
032508
- 1 -
(19)
032508
- 9 -
(19)
032508
- 14 -
|
