Устройство для защиты охватывающего конца компонента трубчатого резьбового соединения с антиотвинчивающим торможением - RU2444672C2
Код документа: RU2444672C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится компонентам трубчатых резьбовых соединений, используемых, например, в нефтяной промышленности, а точнее к защите охватывающего конца некоторых из этих компонентов.
Под «компонентом» в данном случае понимают любой элемент или дополнительное оборудование, используемые при бурении или эксплуатации скважины, и предназначенные для резьбового соединения с другим компонентом для образования с этим элементом трубчатого резьбового соединения. Компонентом может являться, например, труба относительно большой длины (в частности, примерно десятка метров длиной), трубчатая муфта длиной в несколько десятков сантиметров, дополнительное оборудование этих труб (подвесное устройство или «подвеска», приспособление для смены секций или «кроссовер», предохранительная задвижка, соединитель для бурильной трубы или «бурильный замок», «переходная муфта» и т.п.).
Компоненты обычно соединяются между собой для опускания в углеводородные скважины или подобные скважины и образования бурильного оборудования, колонны труб для крепления скважины или введения обсадных труб или насосно-компрессорных труб колонн (эксплуатационных колонн).
Технические условия API 5CT, разработанные Американским институтом нефти (API), эквивалентные норме ISO 11960:2004, принятой Международной организацией (технических норм и) стандартов (ISO), описывают трубы, используемые в качестве труб для крепления скважины или насосно-компрессорных труб, а технические условия API 5B описывают стандартную резьбу для этих труб.
Технические условия 7 API описывают резьбовые соединения с выступом для вращающихся бурильных труб.
Производители компонентов резьбовых трубчатых соединений разработали также так называемые перекрывающие резьбовые соединения, имеющие резьбу со специфической геометрией, и специфические средства, придающие им прекрасные рабочие качества, в частности материал с механической прочностью и герметичностью. Примеры этих перекрывающих резьбовых соединений описаны, например, в патентных документах ЕР 0488912, US 4494777 и ЕР 0767335.
Упомянутые компоненты включают охватывающий резьбовой конец, который предназначен для навинчивания на резьбовую ниппельную часть трубы другого компонента бурения или эксплуатации. Таким образом, необходимо, чтобы охватывающий конец был бы как можно менее поврежден, загрязнен или приведен в негодность между моментом, когда они выходят с конвейера, и моментом использования, а также между двумя последовательными использованиями. Понятно, что необходимо защищать от коррозии, пыли и ударов (или толчков) не только внутреннюю резьбу, но также одну или несколько кольцевых поверхностей (при переносе или опоре), каждая из которых обладает специфической или дополнительной функцией, в частности, с целью обеспечения герметичности в процессе использования.
Концы упомянутых компонентов непосредственно перед их соединением покрываются смазкой для уменьшения трения. Документ API RP 5А3 (в старой редакции API Бюлл. 5А2) или ISO 13678: 2000 описывает такие смазки, а правила применения таких смазок описаны в документе API RP 5C1. Однако смазки по документу API RP 5A3 имеют определенное количество недостатков, связанных с наличием в них токсичных компонентов, в частности, свинца, при избытке количества используемой смазки и необходимости наложения смазки непосредственно перед опусканием компонентов в скважину.
В патентных документах US 6933264, US 6869111 и WO 2003/102457 было предложено, таким образом, заменить смазку, заключительно наносимую кистью на конец компонента, наложением тонкого слоя определенной толщины на заводе с использованием «полусухой» смазки, свободной от тяжелых металлов. В патентных документах US 6027145, EP 1211451 и FR 0510503 (еще не опубликованная заявка) было также предложено заменить смазку, заключительно наносимую кистью на конец компонента, наложением на заводе тонкого слоя определенной толщины сухой смазки на основе частиц твердой смазки.
В этих случаях нанесения сухой или полусухой смазки на заводе особенно необходимо также защитить насколько возможно нанесенный слой смазывающего вещества, которым покрыты концы компонентов, как от механического удаления, так и от загрязнений (песок, осколки), вредных для эффективности работы смазывающего вещества.
Для обеспечения этой защиты, как того требуют технические условия API 5CT (в параграфе 12.2), на охватывающую и ниппельную части компонентов трубчатых резьбовых соединений помещают обычно защитное устройство. Для охватывающих частей были предложены несколько устройств такого типа, в частности, в патентных документах ЕР 0148807 и US 2006/0042709.
Последний документ направлен, в особенности, на защиту соединений, предварительно покрытых смазкой на заводе. Описанное в нем защитное устройство содержит корпус, снабженный, с одной стороны, внешней резьбой, предназначенной для взаимодействия с внутренней резьбой защищаемого охватывающего конца, и, с другой стороны, первый и второй упругие герметизирующие элементы кольцевого типа, размещенные, соответственно, на входе и выходе внешней резьбы и предназначенные для обеспечения герметичности с обеих сторон соответственно в области внутренней и внешней кольцевых поверхностей, которые размещены на входе и на выходе внутренней резьбы охватывающего конца. Первый герметизирующий элемент предназначен для защиты зоны, содержащей внутреннюю кольцевую поверхность охватывающего конца, обеспечивая герметичность путем опоры. Будучи относительно массивным, он плохо приспосабливается к размерным колебаниям охватывающего конца и/или его защитного устройства, которые зависят от условий производства и/или колебаний температуры. Кроме того, он может деформироваться при сильных колебаниях температуры и, таким образом, потерять плотный контакт с внутренней кольцевой поверхностью охватывающего конца, облегчая спонтанное отвинчивание защитного устройства из-за вибраций, появляющихся при транспортировке, и/или изменений температуры, которая может колебаться от -40°С до +80°С.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков.
Для достижения этой цели в изобретении предлагается устройство, с одной стороны, предназначенное для защиты охватывающего конца компонента трубчатого резьбового соединения для бурения и эксплуатации углеводородных скважин, который содержит изнутри, по меньшей мере, внутреннюю резьбу и внешнюю кольцевую поверхность и внутреннюю поверхность (кольцевую в необходимых случаях), размещенную соответственно на входе и на выходе внутренней резьбы и имеющую соответственно выбранные первое и второе направления, и, с другой стороны, содержащее корпус, снабженный внешней резьбой, предназначенной для взаимодействия с внутренней резьбой и первым и вторым упругими герметизирующими элементами кольцевого типа, размещенными соответственно на входе и на выходе внешней резьбы и предназначенными для обеспечения первой и второй герметичности соответственно в области внутренней поверхности и кольцевой поверхности охватывающего конца.
В данном случае внешняя кольцевая поверхность является частью, наиболее близкой к входу в охватывающую часть трубы. Следовательно, все, что находится за этой кольцевой поверхностью, размещено глубже. Внешняя кольцевая поверхность, таким образом, размещена на входе внутренней резьбы, в то время как внутренняя поверхность (в необходимом случае кольцевая) размещена на выходе этой внутренней резьбы. Также первый герметизирующий элемент является самой близкой к входу частью корпуса (защитного элемента) устройства. Следовательно, первый герметизирующий элемент размещен на внешнем входе резьбы, тогда как второй герметизирующий элемент размещен на выходе этой внешней резьбы.
Это устройство характеризуется тем, что первый и второй герметизирующие элементы, с одной стороны, имеют выбранные третье и четвертое направления, по меньшей мере, одно из которых отличается, по меньшей мере, на угол, равный 10°, от второго или первого направления, которое ему соответствует (перед завинчиванием устройства на крайнюю охватывающую часть), и, с другой стороны, выполнены упруго аксиально деформируемыми для приобретения посредством поверхностного контакта с внутренней кольцевой поверхностью и концевой кольцевой поверхностью охватывающего конца энергии, противодействующей, по меньшей мере, частично, непредвиденному отвинчиванию (эффект антиотвинчивающего торможения), когда этот охватывающий край навинчен на корпус в конечном положении. Первый герметизирующий элемент может быть выполнен в виде кольцевого язычка. Кольцевой язычок первого герметизирующего элемента может быть соединен с корпусом (защитным элементом) по внутренней периферии последнего и может отклоняться наружу. Изготовление литьем является легким. Кольцевой язычок хорошо защищен от элементов изнутри трубы, способных его разрушить. В случае повышения атмосферного давления кольцевой язычок первого герметизирующего элемента может пропустить воздух для уравновешивания давления. Это позволяет избежать прилипания устройства к охватывающему элементу, которое затрудняет его отвинчивание в случае необходимости.
Защитное устройство по изобретению может выполняться в нескольких вариантах, при этом, по меньшей мере, некоторые из характеристик могут быть скомбинированы между собой, и в частности:
- внутренняя поверхность охватывающего конца может являться кольцевой опорной поверхностью;
- его корпус может быть выполнен таким образом, что в процессе фазы навинчивания первый герметизирующий элемент входит в контакт с внутренней кольцевой поверхностью охватывающего конца перед тем, как второй герметизирующий элемент войдет в контакт с внешней кольцевой поверхностью того же охватывающего конца;
- его корпус может быть выполнен таким образом, что в процессе фазы навинчивания и в момент, когда первый герметизирующий элемент войдет в контакт с внутренней кольцевой поверхностью охватывающего конца, второй герметизирующий элемент размещается на аксиальном расстоянии от внешней кольцевой поверхности того же охватывающего конца, составляющем между примерно 0,5 мм и примерно 1 мм;
- первое и четвертое направления могут, например, отличаться на угол, содержащийся между 10° и примерно 30°. Например, этот угол равен примерно 15°;
- как вариант или дополнение, второе и третье направления могут, например, отличаться на угол, содержащийся между 10° и примерно 30°. Например, этот угол равен примерно 15°;
- угол между вторым и третьим направлениями может уменьшаться в процессе завинчивания;
- второй герметизирующий элемент может быть выполнен в виде кольцевого язычка;
- его корпус может быть продолжен амортизирующим элементом до выходной части второго герметизирующего элемента;
- он может быть выполнен в виде единой детали путем прессования из термопластичного материала. Последний может быть, например, выбран из группы, содержащей по меньшей мере, соединения на основе поликарбоната, полиоксиметилена или полиацеталя (РОМ), и полиэтиленов высокой плотности (PE-HD) или ультравысокой плотности (PE-UHD);
- его первый и второй герметизирующие элементы могут быть выполнены заодно с корпусом (защитным элементом),
- внутренняя поверхность охватывающего конца может являться герметизирующей поверхностью благодаря радиальному сжатию.
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
- фиг.1 схематично изображает вид в аксонометрии примера осуществления защитного устройства по изобретению и примера осуществления охватывающего конца трубчатого резьбового соединения типа VAM TOP,
- фиг.2 схематично изображает другой вид в аксонометрии примера осуществления защитного устройства по фиг.1;
- фиг.3А и 3В схематично изображают соответственно виды в аксонометрии и в разрезе по оси Х-Х компонента примера осуществлении первого герметизирующего элемента защитного устройства по фиг.1 и 2,
- фиг.4А и 4В схематично изображают соответственно виды в аксонометрии и в разрезе по оси Х-Х компонента второго герметизирующего элемента защитного устройства по фиг.1 и 2,
- фиг.5А, 5В и 5С схематично изображают в частичном разрезе по оси Х-Х компонента три промежуточных стадии установки на охватывающем конце по фиг.1 защитного устройства по фиг.1, снабженного первым и вторым герметизирующими элементами, изображенными на фиг.3 и 4,
- фиг.6А и 6В изображают в увеличенном виде зоны установки [защитное устройство/охватывающий конец] по фиг.5С, содержащие соответственно первый и второй герметизирующие элементы в соответствии с первым вариантом осуществления,
- фиг.7 схематично изображает в частичном разрезе по оси Х-Х компонента четвертую промежуточную стадию установки на охватывающем конце по фиг.1 защитного устройства по фиг.1, снабженного первым и вторым герметизирующими элементами, изображенными на фиг.3 и 4,
- фиг.8 и 9 изображают в увеличенном виде зоны установки [защитное устройство/охватывающий конец] по фиг.7, содержащие соответственно первый и второй герметизирующие элементы,
- фиг.10 схематично изображает в частичном разрезе по оси Х-Х компонента пятую (финальную) стадию установки на охватывающем конце по фиг.1 защитного устройства по фиг.1, снабженного первым и вторым герметизирующими элементами, изображенными на фиг.3 и 4,
- фиг.11А и 11В изображают в увеличенном виде зоны установки [защитное устройство/охватывающий конец] по фиг.10, содержащие соответственно первый и второй герметизирующие элементы, и
- фиг.12 схематично изображает в аксонометрии охватывающий конец трубчатого резьбового соединения типа VAM TOP по фиг.5-11, снабженного защитным устройством, изображенным на фиг.1-11 и размещенном в его конечном положении.
Приложенные чертежи могут не только служить для комплектования изобретения, но и, в необходимом случае, способствовать его определению.
Целью изобретения является ограничение возможности спонтанного отвинчивания устройства, предназначенного для защиты резьбового охватывающего конца трубчатого компонента трубчатого резьбового соединения (предназначенного для бурения и эксплуатации углеводородных или подобных скважин) от механических повреждений, загрязнений (химических и физических) и разрушений (коррозия) между моментом, когда оно сходит с производственного конвейера, и моментом его использования (с возможными многочисленными монтажами-демонтажами защитного устройства), а также между двумя последовательными использованиями.
Ниже рассматривается, что компонент предназначен для бурения и эксплуатации углеводородных скважин и что он содержит выполненный интегрально или в виде муфты охватывающий конец трубчатого резьбового соединения семейства VAM (зарегистрированная торговая марка) или эквивалентного.
Но изобретение не ограничивается этим типом компонента упомянутого охватывающего конца. Изобретение касается, в действительности, любого типа компонента резьбового трубчатого соединения для бурения или эксплуатации с того момента, как он будет оборудован охватывающим концом, снабженным, по меньшей мере, внутренней резьбой и внешней кольцевой поверхностью и внутренней поверхностью (также кольцевой в случае соединения типа VAM TOP), размещенными соответственно на входе и на выходе внутренней резьбы и представляющими собой соответственно выбранные первое и второе направления.
Кроме того, в данном случае под «охватывающим концом» понимают охватывающую часть компонента (трубы, муфты или дополнительных принадлежностей), снабженную внутренней резьбой и внешней кольцевой поверхностью и внутренней поверхностью (также кольцевой в случае соединения типа VAM TOP), размещенными соответственно на входе и на выходе внутренней резьбы. Термин охватывающий конец (EF) обозначает не только внешнюю кольцевую поверхность, размещенную на свободном конце компонента (Т), но также любую часть компонента (Т), которая содержит (охватывающие) средства соединения с другим компонентом трубчатого резьбового соединения, снабженного ниппельными соединительными средствами (ниппельная часть).
Следует вспомнить, что компонент (Т) содержит корпус или направляющую часть (РС), оканчивающуюся охватывающей частью (EF) или ниппельной частью.
Внутренняя резьба может быть выполнена на одной или нескольких отдельных участках, размещенных по цилиндрическим или коническим поверхностям.
Когда некоторая или определенная часть является конической, она может быть подразделена на подучастки с хорошей винтовой резьбой, профиль которой является постоянным и не содержит нерегулярностей или недостатков, высота которых постепенно уменьшается и профиль которой может иметь нерегулярности или недостатки.
Внутренняя резьба охватывающего конца компонента может содержать, по меньшей мере, два независимых разнесенных один от другого аксиально или радиально резьбовых участка, причем каждый из этих участков может содержать хорошую винтовую и сходящую на нет резьбу.
Охватывающий конец компонента одержит свободную конечную часть, которая оканчивается внешней кольцевой поверхностью, представляющей собой первое направление. Последнее, по существу, поперечно направлению (ХХ) компонента (муфты) в случае соединения типа VAM TOP (оно определяет нулевой или очень малый угол (Ф1) относительно плоскости, перпендикулярной ХХ).
Этот охватывающий конец содержит, по меньшей мере, одну внутреннюю кольцевую поверхность (то есть размещенную вблизи внутренней периферической поверхности компонента Т) (в рассматриваемом примере соединение типа VAM TOP), являющуюся посадочным местом для ниппельного конца другого компонента, предназначенного для соединения с рассматриваемым компонентом. В необходимом случае он может содержать также одну или несколько поверхностей типа металл/металл (на свободном конце, на выходном конце внешней резьбы или между двумя резьбовыми участками) для герметизации с рассматриваемым ниппельным концом. Защитное устройство по изобретению, предпочтительно, предназначено для защиты как резьбы, так и герметизирующих поверхностей, и, если возможно, по меньшей мере, одной из кольцевых поверхностей - внешней S1 и внутренней S2 - от порчи или повреждений, пыли и/или коррозии.
Под «внешним», в данном случае, понимают элемент, размещенный по поверхности (или поверхность), который ориентирован(а) в направлении, радиально противоположном оси ХХ охватывающего конца. Напротив, под «внутренним», в данном случае, понимают элемент (или поверхность), который ориентирован(а) к оси ХХ охватывающего конца.
Внутренняя кольцевая поверхность представляет собой второе направление. Последняя составляет отличный от нуля (например, порядка 15°) угол (Ф2) относительно плоскости, перпендикулярной направлению (ХХ) компонента в случае соединения типа VAM TOP (она, таким образом, представляет собой аксиальную опорную кольцевую поверхность для внутреннего противолежащего упора).
Вариант воплощения, описанный ниже в качестве не ограничивающего примера, относится к охватывающему концу муфты для муфтового трубчатого резьбового соединения VAM TOP [зарегистрированная торговая марка]. Но оно может также использоваться с другими типами резьбовых соединений с муфтой или без нее.
Прежде всего, обратимся к фиг.1-5, на которых представлено изобретение и детализировано его осуществление в форме примера реализации.
Защитное устройство D по изобретению содержит корпус СР, предназначенный для ввинчивания в охватывающий (резьбовой) конец EF компонента Т.
Корпус СР выполнен в форме моноблочной муфты. Он предназначен для защиты внутренней резьбы FI охватывающего конца FF, и его внешняя S1 и внутренняя S2 кольцевые поверхности имеют, соответственно, первое и второе направления. Он содержит конечную часть Р2, снабженную на конце первым упругим герметизирующим элементом L1 кольцевого типа, предназначенным для обеспечения первой герметичности в области внутренней кольцевой поверхности S2 охватывающего конца EF, когда его устройство D находится в конечном положении (изображенном на фиг.10-12). Эта конечная часть Р2 с противоположной стороны продолжается до первого герметизирующего элемента L1 с помощью промежуточного участка Р3, содержащего внешнюю резьбу FE, которая может взаимодействовать с внутренней резьбой охватывающего конца EF. Этот промежуточный участок Р3 содержит также второй упругий герметизирующий элемент L2 кольцевого типа для обеспечения второй герметичности в области внешней кольцевой поверхности S1 охватывающего конца EF, когда его устройство D находится в конечном положении (изображенном на фиг.10-12).
В соответствии с изобретением первый L1 и второй L2 герметизирующие элементы выполнены аксиально упруго деформируемыми для придания за счет поверхностного контакта соответственно с внутренней кольцевой поверхностью S2 и внешней кольцевой поверхностью S1 энергии, которая противостоит, по меньшей мере, частично, непредусмотренному (или спонтанному) отвинчиванию устройства D (вследствие вибраций, в частности, при транспортировке и/или изменений температуры), когда охватывающий конец EF навинчен на корпус СР в конечном положении. Ниже мы вернемся к этому эффекту антиотвинчивающего торможения вследствие приобретения энергии.
Предпочтительно, как изображено на фиг.1, 2, 4 и 5, промежуточная часть Р3 со стороны, противоположной конечной части Р2, продолжена амортизирующим элементом (или «бампером») ЕМ, деформируемым для амортизации ударов. Внешний диаметр амортизирующего элемента ЕМ, предпочтительно, близок к диаметру охватывающего конца EF.
Например, как изображено на фиг.3 и 5, первый амортизирующий элемент L1 является радиальной проекцией наружу в форме ободка (или язычка, или ламели), предназначенного для плотного контакта с, по меньшей мере, частью внутренней кольцевой поверхности S2, охватывающего конца EF для обеспечения (первой) локальной непрерывной герметичности по всей его окружности на этом уровне, когда его устройство D размещено в конечном положении. Язычок L1 выполнен, предпочтительно, заодно с (защитным) корпусом СР и, предпочтительно, соединен с последним вблизи его внутренней поверхности или периферии). Соотношение между (радиальной) высотой и толщиной язычка (или ободка) L1, предпочтительно, больше 1. Например, его можно выбрать порядка 3.
Первый герметизирующий элемент L1 первоначально имеет третье направление, которое зависит от типа соединения, частью которого является охватывающий конец EF, с которым сочленено устройство D. В примере, изображенном на фиг.3 и 5, который соответствует устройству D, предназначенному для защиты соединений типа VAM TOP, третье направление, определяемое направлением передней (входной) поверхности язычка L1, направленного к внутренней кольцевой поверхности S2, образует первоначально (то есть перед монтажом устройства D на охватывающий конец EF) угол Ф3, ненулевой относительно плоскости, перпендикулярной направлению ХХ компонента Т. Этот угол Ф3 первоначально превышает, по меньшей мере 10°, по сравнению с углом Ф2, который образует второе направление внутренней кольцевой поверхности S2 охватывающего конца EF. Предпочтительно, первоначальная угловая разность (Δ=Ф3-Ф2) между третьим и вторым направлениями составляет от +10° и до, примерно, +30°. Еще более предпочтительно, чтобы эта угловая разность Δ была равна, примерно, 15°. Угол Ф3 выбран таким образом, что первоначальный контакт между язычком L1 и внутренней кольцевой поверхностью S2 имел место с внешней стороны язычка L1.
Как изображено на фиг.10 и 11А, когда элемент предназначен для защиты соединений типа VAM TOP, его первый герметизирующий элемент L1 перекрывает самую большую часть внутренней кольцевой поверхности S2 охватывающего конца EF, находясь с ним в плотном контакте при размещении в конечном положении. Ободок (или язычок, или ламель), который образует первый герметизирующий элемент L1, содержит, в данном случае, две кольцевых, по существу параллельных поверхности, первоначально имеющих обе третье направление, при этом одна из них отделена от остальной конечной части Р2 корпуса СР относительно широкой канавкой V-образной формы (см. фиг.3В) для обеспечения аксиального изгиба в процессе перемещения устройства D в конечное положение и компенсации размерных отклонений (при изготовлении и/или вызванных температурными изменениями).
Например, как изображено на фиг.4 и 5, второй герметизирующий элемент L2 также представляет собой проекцию наружу в форме ободка (или язычка, или же ламели), предназначенного для обеспечения плотного контакта с, по меньшей мере, частью внешней кольцевой поверхности S1 охватывающего конца EF для обеспечения (второй) локальной непрерывной герметичности по всей ее окружности на этом уровне, когда его устройство D размещено в конечном положении. Язычок (или ободок) L2, предпочтительно, выполнен заодно с (защитным) корпусом СР и, предпочтительно, соединен с последним вблизи его внешней поверхности. Соотношение между (радиальной) высотой и толщиной язычка L2, по существу, равно половине его высоты и, предпочтительно, превышает 1. Например, его можно выбрать порядка 3.
Второй герметизирующий элемент представляет первоначально четвертое направление (определяемое направлением поверхности язычка L2, направленного к внешней кольцевой поверхности S1), которое зависит от типа соединения, являющегося частью охватывающего конца EF, с которым сочленено устройство D. В примере, изображенном на фиг.4 и 5, который соответствует устройству D, предназначенному для защиты соединения типа VAM TOP, четвертое направление первоначально (то есть перед установкой устройства D в охватывающий конец EF) образует нулевой или очень малый угол Ф4 относительно плоскости, перпендикулярной направлению ХХ компонента Т таким образом, что разность углов Ф4-Ф1 также является нулевой или очень малой. Ободок (или язычок, или ламель), который образует второй герметизирующий элемент L2, содержит, таким образом, две кольцевых поверхности, образующих между собой (см. фиг.4В) острый угол таким образом, что толщина язычка L2 уменьшается наружу, при этом наклонная поверхность отделена от остального промежуточного участка Р3 корпуса СР относительно узкой выемкой V-образной формы для обеспечения его аксиальной упругости в процессе перемещения устройства D в конечное положение и компенсации размерных несоответствий (при производстве и/или вызванных температурными изменениями). Следовательно, как изображено на фиг.10 и 11В, когда устройство D находится в финальном положении, его второй герметизирующий элемент L2 находится в тесном контакте только с небольшой частью кольцевой концевой поверхности S1 охватывающего конца EF.
Следует отметить, что когда устройство D предназначено для защиты соединения, отличающегося от VAM TOP, четвертое направление может первоначально составлять ненулевой угол Ф4 относительно плоскости, перпендикулярной направлению ХХ компонента Т. Этот угол Ф4 первоначально превышает, по меньшей мере 10°, по сравнению с углом Ф1, который образует второе направление внешней кольцевой поверхности S1 охватывающего конца EF. Предпочтительно, первоначальная угловая разность (Δ=Ф4-Ф1) между четвертым и первым направлениями заключается между +10° и, примерно, +30°. Еще более предпочтительно, чтобы эта первоначальная угловая разность Δ была равна примерно +15°. Ободок (или язычок, или ламель), который образует второй герметизирующий элемент L2, может, таким образом, содержать две, по существу, параллельные кольцевые поверхности, при этом первоначально обе имеют третье направление и одна из них отделена от остальной конечной части Р2 корпуса СР относительно широкой V-образной выемкой (как в случае первого герметизирующего элемента L1, изображенного на фиг.3В) для обеспечения аксиального изгиба в процессе перемещения устройства D в конечное положение и компенсации размерных несоответствий (при изготовлении и/или вследствие температурных колебаний).
Соответствующие размеры различных участков (Р2, Р3) выбраны таким образом, чтобы в процессе фазы ввинчивания, изображенной на фиг.5-10, первый герметизирующий элемент L1 вошел в контакт с внутренней кольцевой поверхностью S2 охватывающего конца EF перед тем, как второй герметизирующий элемент L2 войдет в контакт с внешней кольцевой поверхностью S1 этого охватывающего конца EF. Это то, что изображено в не ограничивающем примере по фиг.5 и 6. Точнее говоря, в этом примере после, по существу, аксиального введения корпуса СР внутрь охватывающего конца EF таким образом, чтобы нитка внешней резьбы FE дошла до внутренней резьбы FI охватывающего конца EF (фиг.5А - первая промежуточная стадия завинчивания), устройство D ввинчивают (фиг.5В - вторая промежуточная стадия ввинчивания) до момента, когда его первый герметизирующий элемент L1 войдет в контакт с внутренней кольцевой поверхностью S2 охватывающего конца EF (фиг.5С и 6А - третья промежуточная стадия завинчивания). На этой третьей промежуточной стадии завинчивания контакт между язычком L1 и внутренней кольцевой поверхностью S2 осуществляется вблизи наиболее внешней части язычка 1, а второй герметизирующий элемент L2 размещен на некотором аксиальном расстоянии DA от внешней кольцевой поверхности S1 (см. фиг.5с и 6В). Это аксиальное расстояние DA предпочтительно составляет от примерно 0,5 мм до примерно 1 мм и предпочтительно равно 0,7 мм.
Затем, как изображено на фиг.7, 8 и 9, продолжают ввинчивать устройство D до тех пор, пока, по существу, поперечно ориентированная плоскость второго герметизирующего элемента L2 не войдет в контакт с внешней кольцевой поверхностью S1 охватывающего конца EF (см. фиг.7 и 9 - первая финальная стадия завинчивания). Как изображено на фиг.8, это заставляет первый герметизирующий элемент L1 начать аксиально сгибаться (его первоначальное не согнутое положение выполнено штриховыми линиями). Затем продолжают ввинчивание устройства D для того, чтобы, с одной стороны, еще больше увеличить аксиальный изгиб первого герметизирующего элемента L1 (см. фиг.11А - промежуточное положение изгиба показаны штриховыми линиями) и, с другой стороны - заставить второй герметизирующий элемент L2 аксиально изогнуться (см. фиг.11В - его первоначальное не изогнутое положение показано штриховыми линиями).
Таким образом, устройство D находится в конечном положении (см. фиг.12). Первый L1 и второй L2 герметизирующие элементы находятся теперь в сильно деформированном состоянии благодаря аксиальному изгибу, они оба приобрели благодаря поверхностному контакту с внутренней кольцевой поверхностью S2 и внешней кольцевой поверхностью S1 охватывающего конца упругую энергию, которая, по меньшей мере, частично противостоит непредвиденному (или спонтанному) отвинчиванию, которое может явиться следствием вибрации и/или сильных колебаний температуры. Это то, что называют антиотвинчивающим торможением. Эффект торможения будет особенно более значительным при накоплении упругой энергии в первом L1 и втором L2 герметизирующих элементах.
Понятно, что как только устройство D размещается в своем конечном положении, оно прекрасно защищает внешнюю S1 и внутреннюю S2 кольцевые поверхности и внутреннюю резьбу FI охватывающего конца EF. Его можно отвинтить в любой момент при приложении внешнего усилия, пртиводействующего сумме сил трения, испытываемых первым L1 и вторым L2 герметизирующими элементами без причинения ущерба различным участкам охватывающего конца EF и без удаления предварительно нанесенной (сухой или полусухой) смазки.
Защита, осуществляемая устройством D, является, в частности, механической, его корпус СР и его возможный амортизирующий элемент (или бампер) ЕМ, должны иметь определенную жесткость при обеспечении возможности поглощения, по меньшей мере, частично, ударов. Для этого оно может быть изготовлено, например, путем литья (или прессования) термопластичного материала в соответствующую матрицу (оно является моноблочным, то есть выполнено в виде единой детали). Следует отметить, что амортизирующий элемент ЕМ может быть, при необходимости, выполнен в виде детали, соединенной с корпусом СР. В этом случае он может быть выполнен из материала, отличного от материала корпуса СР. Среди различных групп термопластичных материалов, которые могут быть предпочтительно использованы, можно, в частности, назвать соединения на основе поликарбоната, например поликарбонат-полиэфир (PC-PBT или РС-РЕТ), полиоксиметилен или полиацеталь (РОМ), или полиэтилены (РЕ) высокой или сверхвысокой плотности (PE-HD, PE-UHD).
Техническое условие API 5CT, издание 2005, в своем приложении I предусматривает требования к защитным устройствам резьбовых соединений, в частности к минимальным значениям сопротивления ударам и диагональным направлениям (до 45°) для трех температур (-46, +21 и +66°С).
Можно выбрать, например, PE-HD, производимый компанией BASEL и продаваемый под наименованием LUPOLEN 4261 AG UV 6005, PE-UHD, производимый компанией TICONA и продаваемый под наименованием GUR 5113, РС-РВТ, производимый компанией BAYER и продаваемый под наименованием MAKROBLEND S7916, или РОМ, производимый компанией DU PONT и продаваемый под названием DELRIN 127UV.
Изобретение не ограничивается вариантами осуществления защитного устройства, описанного выше только в качестве примера, но оно охватывает все варианты, которые может представить себе специалист в рамках нижеописанной формулы изобретения.
Так, изобретение относится также к другим типам охватывающего конца, нежели представленные выше (VAM TOP). Например, оно относится также к охватывающим концам трубчатых резьбовых соединений с внутренним упором, с муфтой (например, типа NEW VAM, VAM ACE, DINOVAM, VAM HW ST), или встроенным “flush” (впотай) или “semi-flush” (полувпотай) (например, типа VAM SL, VAM MUST, VAM HP, VAM HTF). Оно касается также охватывающих концов соединений без внутреннего упора (например, типа VAM SLIJ II или VAM FJL с обеспечением внутренней герметичности радиальным сжатием).
Реферат
Изобретение относится к устройствам для защиты охватывающего конца компонента резьбового трубчатого соединения для бурения и эксплуатации углеводородных скважин. Устройство снабжено внутренней резьбой и внешней и внутренней кольцевыми поверхностями, размещенными, соответственно, на входе и выходе внутренней резьбы и имеющими, соответственно, первое и второе выбранные направления. Устройство содержит корпус, снабженный внешней резьбой, предназначенной для взаимодействия с внутренней резьбой, и первым и вторым упругими герметизирующими элементами кольцевого типа, размещенными, соответственно, на входе и на выходе внешней резьбы и предназначенными для обеспечения соответственно первой и второй герметичностей в области внутренней и внешней кольцевых поверхностей. Первый и второй герметизирующие элементы имеют третье и четвертое выбранные направления, по меньшей мере, первое из которых отличается на угол от второго или первого соответствующего направления перед ввинчиванием устройства в охватывающий конец, и выполнены деформируемыми. Изобретение повышает надежность соединения. 15 з.п. ф-лы, 18 ил.
