Защитное средство для резьбового соединения труб - RU2482371C1
Код документа: RU2482371C1
Чертежи
Описание
Область техники
Настоящее изобретение относится к защитному средству, предназначенному для защиты трубного резьбового соединения и, в частности, для защиты трубного резьбового соединения, которое используется для соединения трубчатых изделий нефтепромыслового сортамента, до использования этого соединения. Защитное средство, соответствующее настоящему изобретению, используется для защиты трубного резьбового соединения, которое предварительно смазано путем нанесения твердого смазывающего покрытия, в результате чего не требуется нанесения на месте вязкой жидкой смазки на резьбовое соединение перед его использованием при сборке трубчатых изделий нефтепромыслового сортамента.
Уровень техники
Трубчатые изделия нефтепромыслового сортамента, такие как лифтовая колонна или обсадная колонна, используемые при добыче сырой нефти или сжиженного нефтяного газа, соединяют при помощи трубных резьбовых соединений. Типичное трубное резьбовое соединение, используемое для соединения трубчатых изделий нефтепромыслового сортамента, имеет конструкцию "ниппель-муфта". Ниппель - компонент соединения, имеющий внешнюю резьбу, и муфта - компонент соединения, имеющий внутреннюю резьбу. Как правило, ниппель выполняется на конце стальной трубы, используемой в качестве трубчатого изделия нефтепромыслового сортамента, а муфта выполняется на внутренней периферийной поверхности соединительной муфты, которая представляет собой отдельный элемент. В высококачественном резьбовом соединении, которое обладает превосходной газонепроницаемостью, на конце внешней резьбы ниппеля и у основания внутренней резьбы в муфте создана металлическая контактная область без резьбы. Превосходную газонепроницаемость обеспечивают путем вставки одного конца трубчатого изделия нефтепромыслового сортамента в соединительную муфту, сопряжения внешней резьбы и внутренней резьбы с последующим приведением в контакт друг с другом металлических контактных областей без резьбы с получением уплотнения "металл-металл".
На Фиг.1 схематично показана конструкция типичного резьбового соединения в сборе и стальная труба, используемая для трубчатого изделия нефтепромыслового сортамента, и резьбовое соединение во время перевозки. Ниппель 1, имеющий резьбовую область 3а с внешней резьбой, выполнен на внешней периферийной поверхности обоих концов стальной трубы А, а муфта 2, имеющая резьбовую область 3b с внутренней резьбой на его внутренней периферийной поверхности, выполнена с обеих сторон соединительной муфты В. Муфта В предварительно соединена с одним концом стальной трубы А. Таким образом, трубное резьбовое соединение муфтового типа обычно перевозят в состоянии, когда соединительная муфта присоединена к стальной трубе.
Хотя на чертеже это не показано, перед перевозкой на ниппель стальной трубы А и в муфте соединительной муфты В на тех сторонах, которые не используются для соединения трубы и муфты, устанавливают защитное средство, чтобы защитить резьбовое соединение (ниппель или муфту) от ржавления, повреждений, попадания инородного материала и т.п. Эти защитные средства перед использованием снимают.
Как правило, защитное средство представляет собой короткий трубчатый элемент, который закрыт с одного конца и открыт с другого. Обычно он состоит из синтетической смолы или синтетической смолы, армированной металлом, и установлен на резьбовое соединение таким образом, что его открытый конец обращен вперед. Однако также существуют защитные средства, открытые с обоих концов. Защитное средство для ниппеля имеет внутреннюю резьбу на его внутренней периферийной поверхности для сопряжения с внешней резьбой ниппеля, а защитное средство для муфты имеет внешнюю резьбу на его внешней периферийной поверхности для сопряжения с внутренней резьбой муфты. Защитное средство прикрепляют к резьбовому соединению путем сопряжения по резьбе. При этом необходимо адекватным образом выполнять затягивание до тех пор, пока не возникнет такое взаимодействие между резьбовыми областями защитного средства и резьбового соединения, чтобы защитное средство не выпало даже при воздействии на него удара во время транспортировки или манипуляций после доставки. Защитное средство, включая его резьбовую область, обычно создают путем литья под давлением, и, соответственно, его резьбовая область состоит из синтетической смолы.
Во время сборки трубчатых изделий нефтепромыслового сортамента, в полевых условиях (на месте) на контактные поверхности резьбового соединения (резьбовые области и металлические контактные области без резьбы ниппеля и муфты) наносят вязкую жидкую смазку, содержащую порошок тяжелого металла и называемую "компаундом" или "пастой", чтобы повысить стойкость к истиранию и газонепроницаемость соединения. Такой компаунд рекомендован в документе BUL 5F2 стандартов Американского нефтяного института)(АМИ). Состав также обеспечивает защиту от коррозии, предотвращая ржавление контактных поверхностей, на которые он наносится.
При установке защитного средства на ниппель или муфту резьбового соединения используется компаунд или другая консистентная смазка (например, смазка, "зеленая паста"), которая не содержит порошка тяжелого металла). Зазоры между резьбовым соединением и защитным средством могут быть заполнены консистентной смазкой. В результате, даже если защитное средство не снабжено механизмом уплотнения, контактные поверхности резьбового соединения изолируются от внешней среды, и нанесенная смазка выполняет функции предотвращения ржавления и предотвращения попадания инородного материала.
Однако в последние годы во всем мире становилось более строгим законодательство по охране окружающей среды, и существует потребность в трубном резьбовом соединении, которое может быть собрано без использования компаунда, содержащего большое количество порошка тяжелого металла, оказывающего неблагоприятное воздействие на людей или живых существ, и которое не требует какого-либо смазывания на месте для повышения эффективности работы.
Характерным примером такого трубного резьбового соединения является предложенное в указанном ниже патентном документе 1, в котором контактные поверхности ниппеля и/или муфты покрыты твердым смазывающим покрытием, содержащим смазывающий порошок (такой как дисульфид молибдена или графит), распределенным в синтетической смоле.
В указанном ниже патентном документе 2 описано трубное резьбовое соединение, в котором контактная поверхность, по меньшей мере, ниппеля или муфты покрыта двухслойным покрытием, состоящим из вязкого жидкого или полутвердого смазывающего покрытия и расположенного сверху него сухого твердого покрытия. Сухое твердое покрытие создано из термореактивной синтетической смолы, такой как акриловая смола или смола, отверждаемая под воздействием ультрафиолетового излучения.
В указанном ниже патентном документе 3 описано трубное резьбовое соединение, в котором на резьбовых поверхностях ниппеля и муфты создано тонкое, нелипкое смазывающее покрытие, содержащее смазывающий порошок, распределенный в твердой матрице, обладающей пластическими или вязкими реологическими свойствами (текучестью). В предпочтительном случае матрица имеет температуру плавления в диапазоне 80-320°С и создана путем напыления в расплавленном состоянии (напыления расплава), газопламенного нанесения с использованием порошка, либо путем напыления с использованием водной эмульсии.
В указанном ниже патентном документе 4 описано трубное резьбовое соединение, в котором на контактной поверхности, по меньшей мере, ниппеля или муфты создано двухслойное покрытие, состоящее из твердого смазывающего покрытия, содержащего смазывающий порошок и связку, и расположенного сверху него твердого покрытия, защищающего от коррозии, которое не содержит твердых частиц.
Защитное средство, которое должно быть установлено на трубном резьбовом соединении, имеющем смазывающее покрытие и, в частности, твердое смазывающее покрытие, и собираемом без нанесения компаунда, в предпочтительном случае также устанавливают на ниппель или муфту без нанесения консистентной смазки. В этом случае, так как уплотнение не обеспечивается за счет консистентной смазки, необходимо придать уплотняющие свойства защитному средству. С этой целью в данной области техники предлагались разные варианты.
Например, в указанном ниже патентном документе 5 описано защитное средство для трубного резьбового соединения, в котором, чтобы обеспечить герметичность, поблизости, по меньшей мере, от одного края поверхности защитного средства, который расположен напротив ниппеля или муфты, создана уплотняющая область при помощи кольцевого упругого тела, образующего выступ.
В указанном ниже патентном документе 6 предлагается защитное средство для ниппеля, снабженное уплотнительным элементом, который закрывает открытый конец тела защитного средства и выступает внутрь открытого конца. В абзаце 0021 этого патентного документа указано, что с целью снижения до минимума воздействия на покрытие, созданное на резьбовых областях резьбового соединения, защитное средство выполнено таким образом, чтобы оно входило в сопряжение только с той частью резьбы в резьбовой области ниппеля, которая находится вдали от переднего конца ниппеля.
В указанном ниже патентном документе 7 сказано, что высота резьбы защитного средства для муфты сделана больше высоты резьбы муфты, а высота резьбы защитного средства для ниппеля сделана меньше высоты резьбы ниппеля.
Патентный документ 1: JP H09-72467 A
Патентный документ 2: WO 2006/104251
Патентный документ 3: WO 2007/042231
Патентный документ 4: WO 2006/75774
Патентный документ 5: JP 2003-240188 A
Патентный документ 6: WO 2005/024282
Патентный документ 7: US 2005/0242587
Сущность изобретения
Что касается трубного резьбового соединения, в котором контактные поверхности ниппеля и/или муфты покрыты твердым смазывающим покрытием и которое выполнено таким образом, что его собирают без использования консистентной смазки, то в случае, если защитное средство устанавливают без нанесения консистентной смазки, затем защитное средство снимают, и контактные поверхности трубного резьбового соединения проверяют. В результате было обнаружено, что часто происходит следующее. Твердое смазывающее покрытие в резьбовой области резьбового соединения отслаивается от резьбы, которая сопряжена с резьбой защитного средства, и открывается основной металл. Это отслаивание твердого смазывающего покрытия, в частности, имеет место на вершине резьбы в резьбовой области резьбового соединения, в то время как твердое смазывающее покрытие остается практически неповрежденным (целостным) во впадине резьбы.
Если твердое смазывающее покрытие, которым покрыта резьбовая область трубного резьбового соединения, частично отслаивается из-за установки защитного средства, то во время сборки трубного резьбового соединения не обеспечиваются достаточные смазывающие свойства, и легко может возникнуть истирание. Вероятность истирания особенно сильно повышается, когда твердое смазывающее покрытие создано только на ниппеле или на муфте.
Твердое смазывающее покрытие также препятствует коррозии или защите от коррозии, поэтому в части резьбы, которая потеряла твердое смазывающее покрытие, легко происходит ржавление. Даже в собранном состоянии, резьбовое соединение не полностью изолировано от окружающего воздуха, и между нерабочими сторонами внешней резьбы и внутренней резьбы сопряженных резьбовых областей ниппеля и муфты существует зазор. В результате отсутствует защита от ржавления, если смазывающее покрытие отслаивается таким образом, что открывается основной металл. Если ржавчина появляется в резьбовых областях резьбового соединения в собранном состоянии, когда трубчатые изделия нефтепромыслового сортамента поднимают с целью проверки или тому подобного, ржавчина может препятствовать развинчиванию (ослаблению) резьбового соединения и вызвать истирание при последующей повторной сборке соединения.
Кроме того, когда покрытие, наносимое на резьбовое соединение, представляет собой твердое покрытие, обеспечивающее защиту от коррозии, ржавление легко происходит, если это покрытие отслаивается от резьбовой области из-за взаимодействия с защитным средством.
В дополнение к этому, место, где твердое смазывающее покрытие или твердое покрытие, обеспечивающее защиту от коррозии, отслоилось, и открылся основной металл, легко можно отличить невооруженным глазом от зоны, где остается целостное покрытие. Следовательно, отслаивание покрытия заметно при снятии защитного средства, и это заставляет пользователя беспокоиться о качестве.
Целью настоящего изобретения является создание защитного средства для защиты ниппеля или муфты резьбового соединения, в котором, по меньшей мере, ниппель или муфта обработаны с целью смазывания путем формирования твердого смазывающего покрытия, и соединение собрано без нанесения смазки на месте и, в частности, вязкой жидкой связки, такой как компаунд, при этом повреждение твердого смазывающего покрытия резьбового соединения, вызванное установкой защитного средства, снижают до минимума без существенного уменьшения стойкости к истиранию и коррозионной стойкости резьбового соединения.
Авторами настоящего изобретения обнаружено, что толщина твердого смазывающего покрытия, покрывающего резьбовую область трубного резьбового соединения, не является одинаковой в сечении резьбы плоскостью, проходящей через продольную ось соединения. Твердое смазывающее покрытие, как правило, создают путем нанесения жидкого состава покрытия на поверхность резьбового соединения с последующим затвердеванием или отверждением покрытия в результате сушки, нагрева, охлаждения, облучения ультрафиолетовым излучением или тому подобного. Таким образом, как схематично показано на Фиг.2, толщина твердого смазывающего покрытия, созданного на резьбовой области, меняется в осевом направлении, т.е. оно является толстым в центре 51а вершины 51 резьбы и становится тоньше в направлении к обоим краям вершины, и толщина покрытия становится чрезвычайно малой на углах 51b вершины 51 резьбы. Предполагается, что причиной такого распределения толщины покрытия является то, что жидкому составу покрытия трудно сцепиться за счет адгезии с углами, и во время отверждения покрытия часто происходит его усадка. На углах вершины резьбы иногда делают фаску, но даже при наличии фаски толщина твердого смазывающего покрытия (15, 35) становится наименьшей на углах 51b с обеих сторон вершины 51 резьбы. Во впадине 52 резьбы, где жидкость накапливается, толщина покрытия является наибольшей в углах, но при этом имеет место меньшая вариация в толщине покрытия в осевом направлении по сравнению с той, которая наблюдается на вершине 51. На этом чертеже показана нерабочая сторона 51 и рабочая сторона 54 профиля резьбы.
Предполагается, что причинами, по которым твердое смазывающее покрытие легко отслаивается от резьбовой области трубного резьбового соединения, и, в частности, на вершине резьбы, во время установки защитного средства, являются следующие: твердое смазывающее покрытие является чрезвычайно тонким на углах вершины резьбы, и из-за контакта с резьбовой областью защитного средства твердое смазывающее покрытие сначала отслаивается на углу вершины резьбы, а затем, в результате взаимодействия с резьбой защитного средства, твердое смазывающее покрытие отслаивается на всей вершине резьбы.
Было обнаружено, что отслаивание твердого смазывающего покрытия на резьбовой области трубного резьбового соединения, вызванное установкой защитного средства, предотвращается, а стойкость трубного резьбового соединения к истиранию после снятия защитного средства заметно повышается, если выполнить форму резьбы защитного средства такой, чтобы избежать контакта с вершинами резьбы в резьбовой области трубного резьбового соединения и чтобы контакт, главным образом, возникал с впадинами резьбы в резьбовой области трубного резьбового соединения.
Настоящее изобретение относится к защитному средству для трубного резьбового соединения, предназначенному для защиты ниппеля или муфты трубного резьбового соединения, в котором поверхность, по меньшей мере, резьбовой области покрыта твердым смазывающим покрытием. Это защитное средство содержит трубчатый элемент, имеющий резьбовую область на его внутренней или внешней поверхности, зацепляемую с, по меньшей мере, частью полной резьбы резьбовой области ниппеля или муфты.
Трубчатый элемент, образующий защитное средство, может относиться к типу, в котором торцевая поверхность на ближней стороне, обращенная во внешнюю среду при установке защитного средства на муфту или ниппель (задняя сторона, если смотреть в направлении навинчивания), закрыта, либо к типу, в котором эта сторона открыта. Закрытое защитное средство может относиться к типу, в котором закрывание выполняют при помощи крышки, которую можно снимать, в результате чего, даже если защитное средство не снято, снятие крышки позволяет осмотреть внутреннее пространство трубчатого элемента в форме ниппеля или муфты или проверить смещение.
Защитное средство предпочтительно имеет уплотняющую область, которая формирует уплотнение на вершине (переднем конце) защитного средства и на вершине ниппеля или муфты, когда защитное средство устанавливают путем сопряжения по резьбе на ниппель или муфту, которые должны быть защищены этим средством.
Защитное средство для трубного резьбового соединения, соответствующее настоящему изобретению, отличается тем, что высота Н1 резьбы в резьбовой области защитного средства и высота Н2 полной резьбы ниппеля или муфты, которые должны быть защищены, удовлетворяют условию Н1>Н2, и разность между Н1 и Н2 превышает имеющуюся на вершине резьбы максимальную толщину твердого смазывающего покрытия, покрывающего резьбовую область ниппеля или муфты, которые должно защитить защитное средство.
Как показано на Фиг.2, с использованием на вершине резьбы максимальная толщина t твердого смазывающего покрытия обычно представляет собой толщину этого покрытия в центре вершины резьбы, если смотреть в осевом направлении. Если резьбовые области резьбового соединения (ниппеля или муфты) и защитного средства имеют коническую резьбу, и высота витков изменяется в осевом направлении соединения, Н1 и Н2 представляют собой высоту витка в центре резьбы, если смотреть в осевом направлении.
Особенности предпочтительных вариантов защитного средства для трубного резьбового соединения, соответствующего настоящему изобретению, включают следующее:
резьбовая область защитного средства имеет 3-5 витков в ее осевом сечении;
резьбовая область защитного средства расположена на поверхности защитного средства напротив полной резьбы ниппеля или муфты в месте, максимально близком к заднему концу защитного средства;
разность между Н1 и Н2 находится в диапазоне 10-1000 мкм;
ширина резьбы в резьбовой области защитного средства составляет 0,5-0,75 от ширины полной резьбы в резьбовой области ниппеля или муфты, которые необходимо защитить;
рабочая сторона резьбы в резьбовой области защитного средства расположена, по существу, вертикально (угол рабочей стороны находится в диапазоне от -2° до +2°);
угол α рабочей стороны профиля полной резьбы в резьбовой области ниппеля или муфты является отрицательным, а угол β рабочей стороны профиля резьбы в резьбовой области защитного средства, по существу, равен или меньше α.
В данном случае "задний конец" защитного средства означает конец защитного средства на задней стороне, если смотреть в направлении навинчивания защитного средства. "Передний конец" означает конец защитного средства на передней стороне, если смотреть в направлении навинчивания защитного средства.
Защитное средство для трубного резьбового соединения, соответствующее настоящему изобретению, в предпочтительном варианте представляет собой защитное средство для защиты трубного резьбового соединения, имеющего буртики, препятствующие повороту, которые контактируют друг с другом, когда ниппель и муфта соединены. Эти буртики в предпочтительном варианте имеют наклонные поверхности, которые наклонены под одним и тем же углом относительно плоскости, перпендикулярной оси трубы, при этом буртик на конце ниппеля наклонен назад, в направлении от внешней стороны трубы к ее центру.
Если защитное средство предназначено для защиты муфты, имеющей описанный выше буртик, то торцевая поверхность, расположенная на переднем конце защитного средства, предпочтительно представляет собой наклонную поверхность, угол наклона которой равен углу наклона буртика ниппеля. Эту наклонную поверхность защитного средства можно приводить в тесный контакт с наклонной поверхностью буртика муфты, что позволяет создать первую уплотняющую область у основания муфты.
Если защитное средство предназначено для защиты ниппеля, имеющего описанный выше буртик, то защитное средство предпочтительно имеет наклонную поверхность на внутренней поверхности у своего заднего конца, угол наклона которой равен углу наклона буртика на вершине ниппеля, и которая может примыкать к концу ниппеля. Эту наклонную поверхность можно приводить в тесный контакт с наклонной поверхностью буртика ниппеля, что позволяет создать первую уплотняющую область.
Защитное средство для трубного резьбового соединения, соответствующее настоящему изобретению, в предпочтительном варианте имеет вторую уплотняющую область, расположенную на противоположном конце относительно первой уплотняющей области, если смотреть в осевом направлении резьбового соединения.
При использовании защитного средства для защиты муфты, оно предпочтительно имеет вторую уплотняющую область, расположенную на внешней поверхности поблизости от заднего конца этого средства, которая примыкает к вершине муфты и создает уплотнение, когда защитное средство установлено на муфту. Эта вторая уплотняющая область может быть образована упругим уплотнительным кольцом, которое установлено на внешней поверхности защитного средства.
При использовании защитного средства для защиты ниппеля, оно предпочтительно имеет упругое уплотнительное кольцо, расположенное на переднем открытом конце этого средства, которое приходит в тесный контакт с внешней периферийной поверхностью ниппеля, когда резьба защитного средства зацепляется с резьбой ниппеля, и образует вторую уплотняющую область.
Защитное средство для трубного резьбового соединения, соответствующее настоящему изобретению, подходит для защиты ниппеля или муфты, входящих в состав этого соединения, в которых резьбовые области имеют твердое смазывающее покрытие, образованное путем нанесения жидкого состава покрытия с обеспечением последующего затвердевания покрытия путем сушки, нагрева, охлаждения или облучения ультрафиолетовым излучением.
Трубное резьбовое соединение, защищаемое при помощи защитного средства согласно настоящему изобретению, может иметь твердое смазывающее покрытие на резьбовых областях как ниппеля, так и муфты. В этом случае, как защитное средство для ниппеля, так и защитное средство для муфты в предпочтительном варианте представляют собой защитное средство, соответствующее настоящему изобретению.
Защитное средство, соответствующее настоящему изобретению, также можно использовать с трубным резьбовым соединением, в котором резьбовая область только на ниппеле или на муфте имеет твердое смазывающее покрытие. Даже когда твердое смазывающее покрытие образовано только на ниппеле или на муфте, если это покрытие остается целостным, сборку можно осуществлять без нанесения консистентной смазки. Смазка должна присутствовать в зазорах в резьбовых областях ниппеля и муфты, и достаточно нанести смазку только на ниппель или муфту. В этом случае резьбовая область другого элемента, который не имеет твердого смазывающего покрытия, и предпочтительно, вся его поверхность, включая металлическую контактную область без резьбы и буртик, препятствующий повороту, предпочтительно имеют покрытие, защищающее от коррозии, чтобы предотвратить ржавление. В этом случае твердое смазывающее покрытие предпочтительно наносят на резьбовую область муфты, а твердое покрытие, защищающее от коррозии, наносят на резьбовую область ниппеля.
Когда твердое смазывающее покрытие нанесено на резьбовую область только ниппеля или муфты, а предпочтительно - на муфту, твердое смазывающее покрытие предпочтительно представляет собой покрытие, содержащее смазывающий порошок в связке, имеющей пластические или вязкие реологические свойства. Такое твердое смазывающее покрытие предпочтительно представляет собой покрытие, наносимое в виде расплава, которое создают путем напыления состава, содержащего связку в расплавленном состоянии. В этом случае твердое покрытие, защищающее от коррозии, которое покрывает резьбовую область ниппеля, предпочтительно представляет собой покрытие, содержащее в качестве связки синтетическую смолу, отверждаемую ультрафиолетовым излучением.
Согласно настоящему изобретению, для резьбового соединения, которое подвергают обработке с целью смазывания путем нанесения твердого смазывающего покрытия на, по меньшей мере, ниппель или муфту этого соединения, для обеспечения возможной сборки соединения без нанесения на месте вязкой жидкой смазки, такой как компаунд, повреждение твердого смазывающего покрытия на резьбовой области соединения из-за установки защитного средства, предназначенного для защиты ниппеля или муфты этого соединения, можно снизить до минимума без существенного уменьшения стойкости к истиранию или коррозионной стойкости резьбового соединения.
В дополнение к этому, за счет подходящего создания в защитном средстве первой и второй уплотняющих областей, при установке защитного средства на соединение можно изолировать контактные поверхности резьбового соединения, включая резьбовые области, от внешней среды, и можно предотвратить попадание инородного материала или дождевой воды на контактные поверхности резьбового соединения, в результате чего снижается вероятность ржавления.
Когда ниппель и муфта имеют буртики, препятствующие повороту, которые приходят в тесный контакт друг с другом во время сборки, за счет придания торцевой поверхности защитного средства формы, соответствующей форме буртика того элемента, на котором установлено это защитное средство, даже если резьбовая область защитного средства, которая сопрягается по резьбе с ниппелем или муфтой, имеет минимальное число витков резьбы, защитное средство легко можно установить на ниппель или муфту за счет выравнивания этого средства по оси ниппеля или муфты.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет схематичный вид собранной конструкции из стальной трубы и компонента резьбового соединения во время перевозки стальной трубы.
Фиг.2 - пояснительный вид сечения твердого смазывающего покрытия, образованного на резьбе ниппеля или муфты, плоскостью, проходящей через ось соединения.
Фиг.3А - вид осевого (продольного) сечения муфты, имеющего защитное средство согласно настоящему изобретению, и Фиг.3В - вид, на котором схематично изображено осевое сечение части полной резьбы муфты, сопряженной с резьбовой областью защитного средства.
Фиг.4А - Фиг.4С - виды осевого сечения части резьбовой области муфты, сопряженной с резьбовой областью защитного средства для муфты.
Фиг.5А - вид осевого сечения ниппеля, имеющего защитное средство согласно настоящему изобретению, и Фиг.5В - вид осевого сечения части полной резьбы ниппеля, сопряженной с резьбовой областью защитного средства.
Фиг.6А и 6В - виды осевого сечения части резьбовой области ниппеля, сопряженной с резьбовой областью защитного средства для ниппеля.
Фиг.7 - вид осевого сечения муфты, имеющего защитное средство, соответствующее другому варианту настоящего изобретения.
Варианты реализации изобретения
Ниже настоящее изобретение будет рассмотрено на основе предпочтительных вариантов его реализации со ссылкой на приложенные чертежи.
Защитное средство для трубного резьбового соединения, соответствующее настоящему изобретению, может быть применено для трубного резьбового соединения муфтового типа, подобного показанному на Фиг.1, либо для комбинированного трубного резьбового соединения, имеющего на одном конце стальной трубы ниппель, а на другом ее конце - муфту. В типичном резьбовом соединении муфтового типа внешняя периферийная поверхность концевой части стальной трубы представляет собой ниппель, а внутренняя периферийная поверхность соединительной муфты представляет собой муфту, при этом возможна также и обратная конфигурация.
В приведенном ниже описании настоящее изобретение будет рассмотрено применительно к защитному средству, установленному на высококачественное резьбовое соединение, которое имеет коническую резьбовую область, и металлическую контактную область без резьбы, и которое обладает превосходной газонепроницаемостью, но не обязательно, чтобы резьбовая область трубного резьбового соединения имела коническую форму, и защитное средство, соответствующее настоящему изобретению, также может быть применено для трубного резьбового соединения, которое не имеет металлической контактной области без резьбы. В дополнение к этому, нет конкретных ограничений на форму резьбы трубного резьбового соединения. Это может быть упорная резьба (трапецеидальная резьба), соответствующая стандартам АНИ, или это может быть так называемая "крюкообразная резьба", в которой угол рабочей стороны имеет отрицательную величину.
В приведенном далее описании будет рассмотрен вариант, в котором защитное средство имеет задний конец, который закрыт, но, как указано выше, трубчатый элемент, образующий защитное средство, может быть открыт с обоих концов. В дополнение к этому, защитное средство, относящееся к типу, который закрыт с заднего конца, может быть закрыто съемной крышкой.
Фиг.3А представляет собой вид, на котором схематично изображено осевое сечение муфты трубного резьбового соединения, имеющий защитное средство, соответствующее настоящему изобретению, а Фиг.3В представляет собой вид, на котором схематично изображено осевое сечение части резьбовой области муфты, сопряженной с резьбовой областью защитного средства. На чертежах показаны муфта 11 и защитное средство 21 для муфты.
Муфта 11 имеет резьбовую область 12 с внутренней резьбой рядом с ее вершиной, металлическую контактную область 13 без резьбы в задней ее части, и буртик 14, препятствующий повороту, в наиболее удаленной части. Эти области муфты образуют контактные поверхности, которые приходят в контакт с соответствующими областями ниппеля при сборке резьбового соединения. Внутренняя резьба, созданная в резьбовой области 12, может иметь форму полной резьбы везде без исключения, либо часть резьбы поблизости от одного или обоих краев резьбовой области 12 может иметь форму неполной резьбы.
В изображенном варианте, буртик 14 муфты 11, который препятствует повороту, выполнен в том месте на внутренней поверхности муфты, к которому примыкает буртик, выполненный на конце ниппеля. Буртик, препятствующий повороту, может быть выполнен на поверхности в конце муфты, или на конце ниппеля, или на конце муфты. В изображенном варианте буртик 14 муфты 11 не перпендикулярен оси соединения, а образован наклонной поверхностью, проходящей назад или ближе к вершине муфты, если смотреть в направлении центра соединения. При таком буртике 14, защитное средство 21 для муфты можно фиксировать на месте, а также обеспечивать хорошее уплотнение путем выбора формы буртика 26 на конце защитного средства.
Хотя на Фиг.3А это не показано, по меньшей мере, резьбовая область муфты, а в предпочтительном случае - вся ее контактная поверхность, покрыты твердым смазывающим покрытием (15 на Фиг.3В). В случае наиболее типичного трубного резьбового соединения, в котором муфта создана на внутренней периферийной поверхности соединительной муфты, вся внутренняя периферийная поверхность и концевая поверхность муфты обычно покрыты твердым смазывающим покрытием. Как указано ранее и схематично показано на Фиг.3В, толщина твердого смазывающего покрытия 15 на резьбовой области 12 муфты меньше на вершине, чем во впадине резьбы, и толщина покрытия является чрезвычайно малой на углах с обеих сторон вершины.
В изображенном варианте защитное средство 21 для муфты, которое выполнено с возможностью установки за счет резьбового зацепления во внутреннем пространстве муфты 11, содержит трубчатый элемент, который закрыт с одного конца и открыт с другого конца, и на своей внешней периферийной поверхности имеет резьбовую область 22 с внешней резьбой, которая зацепляется с внутренней резьбой резьбовой области муфты. Защитное средство для муфты, как правило, представляет собой трубчатый элемент, состоящий из синтетической смолы, который изготовлен путем литья под давлением с получением формы защитного средства, имеющего резьбовую область на его внешней периферийной поверхности. Внутрь этого трубчатого элемента из синтетической смолы для усиления часто устанавливают трубчатый металлический элемент, который открыт на обоих концах.
Внешняя периферийная поверхность защитного средства 21 в предпочтительном случае выполнена такой формы, чтобы она не контактировала с поверхностью муфты (внутренней поверхностью муфты), за исключением резьбовой области 22 и описанной ниже уплотняющей поверхности (поверхностей). В частности, зазор между расположенными друг против друга участками металлической контактной области 13 без резьбы на муфте и защитного средства в предпочтительном случае выполнен большим, чтобы гарантированно предотвратить контакт с металлической контактной областью 13 без резьбы.
Число витков резьбы в осевом сечении резьбовой области 22 защитного средства может совпадать с числом витков полной резьбы в осевом сечении резьбовой области 12 муфты, чтобы обеспечить зацепление с полной резьбой на муфте на всей длине этой резьбы. В этом случае резьбовая область 22 защитного средства занимает всю поверхность этого средства, которая расположена напротив полной резьбы резьбовой области 12 муфты.
Однако назначением резьбовой области защитного средства является закрепление защитного средства на резьбовом соединении (в этом варианте - на муфте) в заранее определенном положении и предотвращение выпадения защитного средства из резьбового соединения, когда на соединение воздействует удар во время транспортировки или манипуляций со стальной трубой для трубчатых изделий нефтепромыслового сортамента. Таким образом, нет необходимости закреплять защитное средство, используя при затягивании по резьбе большую силу, что требуется в случае резьбовой области трубного резьбового соединения, которое всегда подвергается чрезвычайно высоким внутренним и внешним нагрузкам. По этой причине, в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения число витков резьбы в осевом направлении резьбовой области защитного средства снижено до минимума, которого достаточно для закрепления защитного средства и предотвращения его выпадения. Это число составляет 3-5, предпочтительно 3-4 и наиболее предпочтительно 3 витка резьбы. Когда имеется только 2 витка резьбы, прикрепление защитного средства по резьбе становится слабым.
Как показано на Фиг.3А, резьбовая область защитного средства в предпочтительном случае находится на поверхности этого средства, которая расположена напротив полной резьбы муфты, в месте, максимально близком к закрытому концу (заднему концу), а именно, на участке этой поверхности, наиболее удаленном, если смотреть в направлении вставки защитного средства. В результате часть полной резьбы муфты, которая взаимодействует с резьбой защитного средства, ограничена только резьбой, расположенной на участке, максимально близком к открытой вершине муфты, и можно снизить до минимума повреждение твердого смазывающего покрытия на резьбовой части муфты, вызываемое взаимодействием с резьбой защитного средства.
В настоящем изобретении высота Н1 резьбы в резьбовой области защитного средства и высота Н2 полной резьбы муфты, которые необходимо защитить, удовлетворяют условию Н1>Н2, и разность между Н1 и Н2 превышает имеющуюся на вершине резьбы максимальную толщину t твердого смазывающего покрытия 15, которое покрывает резьбовую область муфты. Разность между Н1 и Н2 в предпочтительном случае находится в диапазоне 10-1000 мкм. Более предпочтительно, эта разность приблизительно в 1,5-3 раза больше толщины t.
Как показано на Фиг.3В, если Н1 и Н2 удовлетворяют приведенным выше условиям, то при установке защитного средства 21 на муфту 11 и сопряжении двух резьбовых областей 12 и 22 вершина 22А резьбы защитного средства начинает взаимодействовать с впадиной 12В резьбы муфты, но между твердым смазывающим покрытием 15, покрывающим вершину 12А резьбы муфты, и впадиной 22В резьбы защитного средства остается зазор, и можно избежать повреждения твердого смазывающего покрытия 15 на вершине резьбы муфты из-за контакта с резьбой защитного средства.
Если Н1=Н2 или Н1<Н2, вершина резьбы муфты взаимодействует с впадиной резьбы защитного средства. Взаимодействие сопровождается относительным перемещением резьбы в осевом направлении соединения. Поэтому от углов вершины резьбы, где толщина покрытия особенно мала, начинается отслаивание твердого смазывающего покрытия, и, в конце концов, может отслоиться все твердое смазывающее покрытие, находящееся на вершине резьбы.
В защитном средстве, соответствующем настоящему изобретению, так как вершина резьбы в резьбовой области 22 защитного средства 21 взаимодействует с впадиной резьбы в резьбовой области 12 муфты 11, нельзя избежать повреждения твердого смазывающего покрытия во впадине резьбы муфты. Однако, как указано ранее, толщина твердого смазывающего покрытия во впадине резьбы больше толщины покрытия на вершине резьбы и является особенно большой на углах впадины. Поэтому, даже если впадина резьбы муфты взаимодействует с резьбой защитного средства, полное отслаивание покрытия во впадине резьбы затруднено, и часть покрытия остается. Твердое смазывающее покрытие, которое выдавливается из-за взаимодействия, иногда перемещается на боковые стороны резьбы муфты. Поэтому, даже если во время присоединения муфты к ниппелю консистентная смазка не наносится, во впадине резьбы муфты обеспечиваются достаточные смазочные свойства за счет твердого смазывающего покрытия, остающегося в этой впадине, и твердого смазывающего покрытия, которое переносится с боковых сторон резьбы. Естественно, на вершине резьбы муфты имеется целостное твердое смазывающее покрытие. Поэтому, даже если для ниппеля не выполняется специальная обработка с целью смазывания (например, нанесение твердого смазывающего покрытия), можно предотвратить истирание во время сборки трубного резьбового соединения всего лишь за счет твердого смазывающего покрытия на муфте после снятия защитного средства.
Чтобы снизить до минимума повреждение твердого смазывающего покрытия на боковых сторонах резьбы в резьбовой области 12 муфты 11 из-за защитного средства, ширина L2 резьбы в резьбовой области 22 защитного средства 21 предпочтительно составляет 0,5-0,75 от ширины L1 впадины полной резьбы в резьбовой области 12 муфты 11, которую необходимо защитить. В результате, как показано на Фиг.3В, даже если на резьбу муфты действует сжимающая или растягивающая сила из-за защитного средства, твердое смазывающее покрытие на одной из двух боковых сторон резьбы не контактирует с резьбой защитного средства, и его трудно повредить. Если L2 слишком мала, закрепляющая сила, обеспечиваемая резьбой, является неадекватной.
Фиг.4А - Фиг.4С представляют собой виды, на которых схематично изображено осевое сечение части полной резьбы в резьбовой области муфты, сопряженной с резьбовой областью защитного средства для муфты. На чертежах муфта обозначена ссылочным номером 11, а защитное средство для муфты обозначено ссылочным номером 21. На Фиг.4А-4С резьба в резьбовой области муфты 11 имеет крюкообразную форму, при которой угол рабочей стороны является отрицательным. С другой стороны, угол рабочей стороны профиля резьбы в резьбовой области защитного средства 21 на Фиг.4А является отрицательным, на Фиг.4В рабочая сторона расположена вертикально (0°), и на Фиг.4С этот угол является положительным, т.е. углы различаются. Нерабочая сторона резьбы в резьбовой области защитного средства во всех случаях расположена вертикально (0°).
Угол α рабочей стороны профиля резьбы в резьбовой области муфты часто близок к вертикали, т.е. находится в диапазоне от -3° до +3°. В этом случае рабочая сторона резьбы в резьбовой области защитного средства предпочтительно является, по существу, вертикальной (от -2° до +2°). В результате можно обеспечить устойчивый контакт между рабочими сторонами резьбы в резьбовой области муфты и в резьбовой области защитного средства после установки этого средства в муфту. Соответственно, даже когда число витков резьбы в осевом сечении резьбовой области защитного средства является небольшим, например, 3-5 витков, защитное средство можно установить в муфте устойчивым образом.
С другой стороны, когда резьба в резьбовой области муфты имеет крюкообразную форму, при которой угол α рабочей стороны является отрицательным, угол β рабочей стороны профиля резьбы в резьбовой области защитного средства в предпочтительном случае, по существу, равен α (находится в диапазоне α±2°) или меньше α. Например, когда α для резьбовой области муфты составляет -3°, угол β рабочей стороны резьбы защитного средства, по существу, равен α, если значение β находится в диапазоне от -1° до -5°. В результате, как описано выше, защитное средство можно установить в муфте устойчивым образом.
Когда угол β рабочей стороны в защитном средстве меньше α (например, когда α составляет -3°, а β меньше -5° и, например, составляет -8°), контакт между рабочими сторонами резьбы муфты и резьбы защитного средства сосредоточен на углах впадины резьбы резьбовой области муфты, либо может возникать только на этих углах. Это приводит к большему ограничению зоны контакта резьбы защитного средства с резьбовой областью муфты, и гарантированно можно защитить твердое смазывающее покрытие на вершине резьбы в резьбовой области муфты.
Как будет более подробно рассмотрено позднее, предпочтительно, чтобы защитное средство для муфты имело первую уплотняющую область 26 и вторую уплотняющую область 27, которые находятся поблизости от его закрытого конца (заднего конца) и его открытого конца (переднего конца), соответственно, и которые могут приходить в тесный контакт с поверхностями муфты, когда защитное средство муфты устанавливают путем сопряжения по резьбе на муфту, которую необходимо защитить.
Фиг.5А представляет собой вид, на котором схематично изображено осевое сечение ниппеля трубного резьбового соединения, на котором установлено защитное средство для ниппеля, соответствующее настоящему изобретению, а Фиг.5В представляет собой вид, на котором схематично изображено осевое сечение части резьбовой области ниппеля, сопряженной с резьбовой областью защитного средства. На этих чертежах показан ниппель 31 и защитное средство 41 для ниппеля.
Ниппель 31 имеет резьбовую область 32 с внешней резьбой у своего основания, буртик 34, препятствующий повороту, на своей торцевой поверхности и металлическую контактную область 33 без резьбы между упомянутыми резьбовой областью и буртиком. Эти области ниппеля образуют контактные поверхности, которые приходят в контакт с соответствующими областями муфты при сборке резьбового соединения. Внешняя резьба, созданная в резьбовой области 32, может целиком иметь форму полной резьбы, либо резьба поблизости от одного или обоих краев резьбовой области 32 может иметь форму неполной резьбы.
Буртик 34, препятствующий повороту, который образован, по меньшей мере, частью торцевой поверхности на вершине ниппеля, представляет собой наклонную поверхность, которая имеет наклон назад относительно плоскости, перпендикулярной оси трубы, в направлении от внешней стороны трубы к ее центру. Поэтому, как указано ранее, буртик 14 муфты 11 образован наклонной поверхностью, имеющей тот же угол наклона, чтобы он контактировал с буртиком 34 ниппеля 31. Эти буртики не обязательно должны быть плоскими и могут представлять собой криволинейные поверхности, одна из которых является вогнутой, а другая выпуклой.
Хотя на Фиг.5А это не показано, по меньшей мере, резьбовая область ниппеля, а в предпочтительном случае - все его контактные поверхности, покрыты твердым смазывающим покрытием 35 на Фиг.5В. В случае наиболее типичного трубного резьбового соединения, в котором ниппель создан на внешней периферийной поверхности конца стальной трубы, вся внешняя периферийная поверхность и торцевая поверхность конца стальной трубы обычно покрыты твердым смазывающим покрытием. Как указано ранее и схематично показано на Фиг.5В, толщина твердого смазывающего покрытия 35 в резьбовой области 32 ниппеля на вершине меньше, чем во впадине резьбы, и толщина покрытия чрезвычайно мала на углах с обеих сторон вершины.
В изображенном варианте защитное средство 41 для ниппеля, которое выполнено с возможностью установки за счет резьбового зацепления на внешнюю поверхность ниппеля 31, представляет собой трубчатый элемент, который закрыт с одного конца и открыт с другого конца, и его внутренняя периферийная поверхность имеет резьбовую область 42 с внутренней резьбой, которая зацепляется с внешней резьбой резьбовой области ниппеля. Защитное средство для ниппеля, как правило, представляет собой трубчатый элемент, состоящий из синтетической смолы, который изготовлен путем литья под давлением с получением формы защитного средства, имеющего резьбовую область на его внутренней периферийной поверхности. Снаружи этого трубчатого элемента из синтетической смолы для усиления часто устанавливают трубчатый металлический элемент, который открыт с обоих концов.
За исключением резьбовой области 32 и описанной ниже уплотняющей поверхности, внутренняя периферийная поверхность защитного средства 41 в предпочтительном случае выполнена такой формы, чтобы она не контактировала с поверхностью ниппеля (внешней поверхностью концевой части стальной трубы). В частности, зазор между расположенными друг против друга участками металлической контактной области 33 без резьбы на ниппеле и защитного средства в предпочтительном случае выполнен большим, чтобы гарантированно предотвратить контакт с металлической контактной областью 33 без резьбы на ниппеле.
Число витков резьбы в осевом сечении резьбовой области 42 защитного средства 41 может совпадать с числом витков полной резьбы в осевом сечении резьбовой области ниппеля, чтобы обеспечить сопряжение защитного средства с полной резьбой на ниппеле 31 на всей длине этой резьбы. В этом случае резьбовая область 42 защитного средства занимает весь участок поверхности этого средства, который расположен напротив полной резьбы резьбовой области 32 ниппеля.
Однако по тем же причинам, которые указаны выше применительно к защитному средству 21 для муфты, число витков резьбы в осевом сечении резьбовой области 42 защитного средства 41 в предпочтительном случае равно тому минимуму, которого достаточно для фиксации защитного средства и предотвращения его падения с ниппеля. Это число составляет 3-5, предпочтительно 3-4 и наиболее предпочтительно 3 витка резьбы. Когда имеется только 2 витка резьбы, закрепление защитного средства по резьбе становится слабым.
В этом варианте, как показано на Фиг.5А, резьбовая область защитного средства 41 в предпочтительном случае находится на поверхности этого средства, расположенной напротив полной резьбы ниппеля, в месте, максимально близком к закрытому концу (заднему концу), а именно, в самой задней части, если смотреть в направлении вставки защитного средства. В результате часть полной резьбы ниппеля, которая взаимодействует с резьбой защитного средства, ограничена резьбой, расположенной на участке, максимально близком к вершине ниппеля, и можно снизить до минимума повреждение твердого смазывающего покрытия на резьбовой области ниппеля из-за взаимодействия с резьбой защитного средства.
В настоящем изобретении высота Н1 резьбы в резьбовой области защитного средства и высота Н2 полной резьбы ниппеля, который необходимо защитить, удовлетворяют условию, выраженному как Н1>Н2, и разность между Н1 и Н2 превышает имеющуюся на вершине резьбы максимальную толщину t твердого смазывающего покрытия 35, которое покрывает резьбовую область ниппеля. В предпочтительном варианте разность между Н1 и Н2 находится в диапазоне 10-1000 мкм. Более предпочтительно, эта разность приблизительно в 1,5-3 раза больше толщины t.
Как показано на Фиг.5В, если Н1 и Н2 удовлетворяют приведенным выше условиям, то при установке защитного средства 41 на ниппель 31 и сопряжении двух резьбовых областей 32 и 42 вершина 42А резьбы защитного средства начинает взаимодействовать с впадиной 32В резьбы ниппеля, но между твердым смазывающим покрытием 35, покрывающим вершину 32А резьбы ниппеля, и впадиной 42В резьбы защитного средства остается зазор, в результате чего можно предотвратить повреждение твердого смазывающего покрытия 35 из-за контакта с резьбой защитного средства.
Как указано применительно к защитному средству для муфты, в случае обычного защитного средства, когда его устанавливают на ниппель или снимают с ниппеля, твердое смазывающее покрытие часто полностью отслаивается с вершины резьбы ниппеля из-за взаимодействия ниппеля с защитным средством. Однако в защитном средстве, соответствующем настоящему изобретению, несмотря на то, что вершины резьбы в резьбовой области 42 защитного средства 41 взаимодействуют с впадинами резьбы в резьбовой области 32 ниппеля 31, можно избежать полного отслаивания покрытия в этой зоне, и часть твердого смазывающего покрытия, которая сдвигается из-за взаимодействия, перемещается на боковые стороны резьбы ниппеля. Таким образом, даже если во время соединения ниппеля с муфтой не выполняют нанесение консистентной смазки, во впадинах резьбы ниппеля обеспечивается достаточное смазывание, благодаря твердому смазывающему покрытию, которое остается во впадинах резьбы, и твердому смазывающему покрытию, которое переносится с боковых сторон. Естественно, на вершинах резьбы ниппеля остается целостное твердое смазывающее покрытие. Поэтому, даже если для муфты специально не выполняется обработка с целью смазывания (например, нанесение твердого смазывающего покрытия), можно предотвратить истирание во время сборки трубного резьбового соединения после снятия защитного средства всего лишь за счет твердого смазывающего покрытия на ниппеле.
Чтобы снизить до минимума повреждение твердого смазывающего покрытия на боковых сторонах резьбы в резьбовой области 32 из-за защитного средства, ширина L2 резьбы в резьбовой области 42 защитного средства 41 предпочтительно составляет 0,5-0,75 от ширины L1 впадины полной резьбы в резьбовой области 32 ниппеля 31, который необходимо защитить. В результате, как показано на Фиг.5В, даже если на резьбовую область ниппеля действует сжимающая или растягивающая сила со стороны защитного средства, твердое смазывающее покрытие на одной из двух боковых сторон резьбы не контактирует с резьбой защитного средства, и его трудно повредить. Если L2 слишком мала, закрепляющая сила, обеспечиваемая резьбой, становится неадекватной.
Фиг.6А и 6В представляют собой виды, на которых схематично изображено осевое сечение части резьбовой области ниппеля, зацепленной с резьбовой областью защитного средства для ниппеля. На чертежах показан ниппель 31 и защитное средство 41 для ниппеля. На Фиг.6А и 6В резьба в резьбовой области ниппеля имеет крюкообразную форму, при которой угол рабочей стороны является отрицательным. С другой стороны, угол рабочей стороны резьбы в резьбовой области защитного средства 41 на Фиг.6А является отрицательным, а на Фиг.6В рабочая сторона расположена вертикально (0°). Нерабочая сторона резьбы защитного средства 41 расположена вертикально (0°).
По тем же причинам, которые рассмотрены применительно к защитному средству для муфты, создание, по существу, вертикальной (от -2° до +2°) рабочей стороны резьбы в резьбовой области защитного средства является предпочтительным с точки зрения устойчивой установки защитного средства.
Даже когда полная резьба в резьбовой области ниппеля имеет крюкообразную форму, при которой угол α рабочей стороны является отрицательным, как рассмотрено применительно к защитному средству для муфты, угол β рабочей стороны резьбы в резьбовой области защитного средства в предпочтительном случае сделан отрицательным и, по существу, равным α (находится в диапазоне α ±2°), либо сделан еще меньшим отрицательным углом. В первом случае защитное средство можно устойчиво установить на ниппель, даже если защитное средство имеет только 3-5 витков резьбы в его осевом сечении. В последнем случае зона контакта резьбы защитного средства с резьбовой областью ниппеля ограничена больше, и гарантированно можно защитить твердое смазывающее покрытие на вершине резьбы ниппеля.
Как указано ниже, защитное средство 21 для муфты в предпочтительном случае имеет первую уплотняющую область 26 и вторую уплотняющую область 27, которые находятся поблизости от закрытого конца (заднего конца) и открытого конца (переднего конца), соответственно, и которые могут приходить в тесный контакт с поверхностями муфты, когда защитное средство устанавливают путем сопряжения по резьбе на муфту 11, которую необходимо защитить. Аналогичным образом, защитное средство 41 для ниппеля в предпочтительном случае имеет первую уплотняющую область 46 и вторую уплотняющую область 47, которые находятся поблизости от его открытого конца и закрытого конца, соответственно, для обеспечения тесного контакта с поверхностями ниппеля при установке путем сопряжения по резьбе на ниппель 21, который необходимо защитить. В данном изобретении уплотняющая область защитного средства, которая тесно контактирует с буртиком, препятствующим повороту, имеющимся на ниппеле или муфте, принята за первую уплотняющую область, а уплотняющая область, которая создана с противоположной стороны защитного средства и тесно контактирует с внешней поверхностью ниппеля или внешней поверхностью муфты, принята за вторую уплотняющую область.
Как показано на Фиг.3А, первая уплотняющая область 26 защитного средства 21 для муфты образована уплотняющей поверхностью, которая может примыкать, по меньшей мере, к части буртика 14, препятствующего повороту, имеющегося на муфте. Если препятствующие повороту буртики 14 и 34 муфты и ниппеля, которые контактируют друг с другом, образованы наклонными поверхностями, как описано выше, то при создании торцевой поверхности на открытом конце защитного средства 21 для муфты в виде наклонной поверхности, имеющей тот же угол наклона, что и препятствующий повороту буртик 34 ниппеля 31, эта торцевая поверхность защитного средства служит в качестве уплотняющей поверхности, которая имеет тесный контакт с препятствующим повороту буртиком 14 муфты 11, поэтому она создает первую уплотняющую область 26 защитного средства 21. За счет создания таким образом уплотняющей области при помощи наклонной поверхности можно увеличить герметизирующие свойства уплотняющей области защитного средства по сравнению со случаем, когда уплотняющая поверхность образована поверхностью, перпендикулярной оси соединения.
По мере уменьшения числа витков в осевом сечении резьбовой области защитного средства и, в частности, когда это число становится равным 3-5, увеличивается вероятность легкого отклонения защитного средства от оси муфты при его установке в и закреплении в наклонном положении. Однако, при создании торцевой поверхности открытого конца защитного средства в виде наклонной поверхности, имеющей тот же угол наклона, что и у буртика, препятствующего повороту, который имеется на муфте, когда возникает контакт торцевой поверхности защитного средства с буртиком муфты, происходит принудительное выравнивание защитного средства по продольной оси муфты (ее самовыравнивание). Соответственно, торцевая поверхность открытого конца защитного средства предпочтительно имеет тот же угол наклона, что и буртик, препятствующий повороту, который имеется на муфте.
Аналогичным образом, как показано на Фиг.5А, в защитном средстве 41 для ниппеля в предпочтительном варианте на внутренней поверхности закрытого конца защитного средства создана первая уплотняющая область 46. Первая уплотняющая область 46 образована наклонной поверхностью, имеющей тот же угол наклона, что и у буртика 34, препятствующего повороту, который образован наклонной поверхностью, имеющейся на вершине ниппеля, в результате чего наклонная поверхность защитного средства может примыкать, по меньшей мере, к части торцевой поверхности ниппеля.
Вторая уплотняющая область 27 защитного средства 21 для муфты может обеспечивать уплотнение за счет примыкания к концу муфты 11, когда защитное средство 21 установлено в эту муфту. Как показано на Фиг.3А, вторая уплотняющая область 27 может представлять собой уплотняющую поверхность, которая создана на внешней периферийной поверхности поблизости от закрытого конца тела защитного средства и к которой примыкает торец муфты. В более предпочтительном случае, как показано на Фиг.7, на внешней периферийной поверхности поблизости от закрытого конца защитного средства 21 установлено упругое уплотнительное кольцо 28, и поверхность стенки, созданной этим упругим элементом, образует вторую уплотняющую область 27, которая контактирует с торцом муфты. В результате повышается надежность уплотнения. Хотя это не показано на чертежах, чтобы зафиксировать уплотнительное кольцо 28 на месте, на защитном средстве может быть выполнена кольцевая канавка, ширина которой немного меньше, чем у уплотнительного кольца. Уплотняющая поверхность, образующая вторую уплотняющую область, выполнена таким образом, чтобы она тесно контактировала с торцевой поверхностью муфты. В изображенном примере торцевая поверхность муфты перпендикулярна оси соединения, поэтому уплотняющая поверхность, которая образует вторую уплотняющую область, также перпендикулярна этой оси.
Как показано на Фиг.5А, вторая уплотняющая область защитного средства 41 для ниппеля в предпочтительном случае создана путем установки упругого уплотнительного кольца 48 на открытом конце (переднем конце) защитного средства 41. Уплотнительное кольцо 48 приходит в тесный контакт с внешней периферийной поверхностью ниппеля 31, когда резьба защитного средства 41 зацепляется с резьбой ниппеля 31. Для этого, уплотнительное кольцо 48 в предпочтительном случае проходит вокруг поверхности открытого конца защитного средства 41 и выступает внутрь за это средство таким образом, чтобы оно могло приходить в тесный контакт с внешней периферийной поверхностью ниппеля, но при этом сохранялся зазор между областью поблизости от торцевой поверхности тела защитного средства и внешней периферийной поверхностью ниппеля. Упругое уплотнительное кольцо 48 в изображенном варианте реализации настоящего изобретения закреплено на защитном средстве путем установки части уплотнительного кольца в кольцевую канавку 49, выполненную поблизости от открытого конца тела защитного средства на его внешней периферийной поверхности. Также возможно использование и другого средства закрепления.
При создании первой уплотняющей области и второй уплотняющей области на защитном средстве описанным выше образом, когда защитное средство устанавливают на ниппель или муфту, зазор между внешней периферийной поверхностью защитного средства и внутренней периферийной поверхностью муфты (в случае защитного средства для муфты) и зазор между внутренней периферийной поверхностью защитного средства и внешней периферийной поверхностью ниппеля (в случае защитного средства для ниппеля) изолируются от внешней среды, и предотвращается попадание инородных материалов и дождевой воды в зазор, которое вызывает повреждения и ржавление, а также снижает стойкость к истиранию.
Как рассмотрено выше, трубное резьбовое соединение, которое защищают при помощи защитного средства, соответствующего настоящему изобретению, имеет твердое смазывающее покрытие на, по меньшей мере, резьбовой области и предпочтительно - на всей контактной поверхности, включая резьбовую область, металлическую контактную область без резьбы и буртик, препятствующий повороту, по меньшей мере, на ниппеле или на муфте, например, на муфте.
Твердое смазывающее покрытие, которое покрывает поверхность ниппеля и/или муфты, как правило, представляет собой покрытие, содержащее смазывающий порошок (твердую смазку), распределенный в подходящей связке. В прошлом предлагались различные твердые смазывающие покрытия для трубного резьбового соединения, такие покрытия можно использовать и в настоящем изобретении. В типичном покрытии связка представляет собой органическую синтетическую смолу, обладающую достаточно высокой термостойкостью, такую как эпоксидная смола, полиакрилатная смола, полиимидная смола, полиамидоимидная смола или тому подобное, при этом также известны твердые смазывающие покрытия, в которых связка представляет собой неорганическое пленкообразующее вещество, например, силикатный золь, гидролизуемое силановое соединение, алкоксид титана, силикат щелочного металла, фосфат или тому подобное.
Также предложено создавать твердое смазывающее покрытие, имеющее два или более слоев, или объединять жидкое смазывающее покрытие или защищающее от коррозии твердое покрытие с твердым смазывающим покрытием, и такое структурированное покрытие также можно использовать. Однако в этом случае максимальная толщина t покрытия, которая описана выше, представляет собой суммарную толщину множества слоев покрытия.
Твердое смазывающее покрытие для трубного резьбового соединения, которое особенно подходит для защиты с использованием защитного средства, соответствующего настоящему изобретению, представляет собой покрытие, подобное описанному в упомянутом выше патентном документе 3, которое представляет собой покрытие, содержащее смазывающий порошок в связке, имеющей пластические или вязкие реологические свойства, и, в частности, покрытие, созданное путем напыления (в виде расплава) состава, в котором связка переведена в жидкое состояние путем расплавления. Этот тип твердого смазывающего покрытия предпочтительно создают на поверхности муфты. Муфту, как правило, создают на короткой соединительной муфте, поэтому нанесение расплава легче выполнить на муфту, чем на поверхность ниппеля, который, как правило, создают на конце длинной стальной трубы.
Предпочтительное твердое смазывающее покрытие, относящееся к типу, который только что описан, создают из 70-95 массовых процентов матрицы и 5-30 массовых процентов смазывающего порошка. С учетом такой низкой доли смазывающего порошка, покрытие в целом демонстрирует те же пластические или вязкие реологические свойства, что и матрица.
Матрица твердого смазывающего покрытия (которая обладает пластическими или вязкими реологическими свойствами при комнатной температуре) в предпочтительном случае имеет температуру плавления в диапазоне 80-320°С. При нанесении состава путем напыления в расплавленном состоянии при температуре, по меньшей мере, равной температуре плавления матрицы, с использованием обычной напыляющей пушки, можно создать твердое смазывающее покрытие на контактных поверхностях муфты.
Эта матрица предпочтительно содержит термопластичный полимер, воск и металлическое мыло, и более предпочтительно дополнительно содержит ингибитор коррозии и жидкую синтетическую смолу, не растворимую в воде.
Толщина твердого смазывающего покрытия часто находится в диапазоне 10-100 мкм и чаще - в диапазоне 25-60 мкм.
Когда твердое смазывающее покрытие создают только на ниппеле или на муфте (например, на муфте), поверхность другого элемента (например, ниппеля) может быть покрыта твердым покрытием, защищающим от коррозии. Это твердое покрытие, защищающее от коррозии, может быть создано путем нанесения состава на основе синтетической смолы, твердеющей под действием ультрафиолетового излучения (включая составы, созданные исключительно из такой синтетической смолы) с последующим облучением ультрафиолетовым излучением.
Реферат
Группа изобретений относится к защитным средствам для резьбовых соединений, предотвращающим повреждение твердого смазывающего покрытия на резьбовой части резьбового соединения при установке защитного средства на ниппель или муфту трубного резьбового соединения. Ниппель или муфта резьбового соединения смазаны с использованием твердого смазывающего покрытия. Защитное средство содержит трубчатый элемент, имеющий резьбовую часть на его внутренней или внешней периферийной поверхности, зацепляемую с, по меньшей мере, частью полной резьбы, а предпочтительно - с 3-5 витками полной резьбы резьбовой части ниппеля или муфты, защищаемых указанным средством. Высота H1 резьбы в резьбовой части защитного средства и высота Н2 полной резьбы ниппеля или муфты, на которых установлено защитное средство, удовлетворяют условию Н1>Н2, и разность между H1 и Н2 превышает на вершине резьбы максимальную толщину твердого смазывающего покрытия, покрывающего резьбовую часть ниппеля или муфты. Технический результат заключается в повышении надежности трубного резьбового соединения. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 12 ил.
