Резьбовое соединение бурильных труб - RU201674U1

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящая полезная модель относится к бурильным трубам, в частности к резьбовым соединениям, которые могут быть использованы, в частности, для соединения бурильных труб между собой и с другими составными элементами бурильных колонн, используемых при бурении вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящее время вертикальное бурение, наклонно-направленное бурение и горизонтальное бурение, а также бурение боковых стволов скважин находит все более широкое применение в мире, в частности на территории РФ, при создании нефтяных и газовых скважин.

При вращательном бурении нефтяных и газовых скважин на бурильные трубы и иные конструктивные элементы бурильной колонны воздействует повышенный крутящий момент. Кроме того, при бурении в сложных условиях изогнутых стволов скважин (наклонно-направленных и горизонтальных скважин, боковых стволов скважин и т.п.) бурильные трубы и иные конструктивные элементы бурильной колонны подвергаются большим изгибающим нагрузкам.

Для работы в вышеописанных сложных условиях бурения используют бурильные трубы со специальными резьбовыми соединениями (так называемыми бурильными замками), которые предназначены для соединения бурильных труб между собой и с иными конструктивными элементами бурильных колонн, при этом такие специальные резьбовые соединения должны иметь повышенную стойкость к воздействию крутящих и изгибающих нагрузок.

Все более усложняющиеся условия бурения нефтяных и/или газовых скважин вызывают потребность в разработке резьбовых соединений бурильных труб, обладающих повышенными эксплуатационными характеристиками.

Один из иллюстративных примеров резьбового соединения бурильных труб описан в патенте РФ №88729 (далее RU 88729), опубликованном 20 ноября 2009 года. В частности, в патенте RU 88729 раскрыто резьбовое соединение бурильных труб, содержащее: ниппель и муфту, снабженные каждый резьбой; причем каждый из ниппеля и муфты имеет упорный уступ и содержит носик с упорным торцом, а резьба ниппеля и резьба муфты выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом с обеспечением возможности примыкания упорного торца носика ниппеля к упорному уступу муфты и возможности примыкания упорного торца носика муфты к упорному уступу ниппеля.

Недостаток резьбового соединения бурильных труб, описанного в RU 88729, заключается в том, что оно быстро теряет свои эксплуатационные свойства при бурении во влажной среде, в частности при нахождении бурильных труб в текучей среде.

Таким образом, очевидна потребность в дальнейшем совершенствовании резьбовых соединений бурильных труб, в частности для повышения срока службы резьбового соединения бурильных труб.

Следовательно, техническая проблема, решаемая настоящей полезной моделью, состоит в создании резьбового соединения бурильных труб, в котором по меньшей мере частично устранен обозначенный выше недостаток известного резьбового соединения бурильных труб, заключающийся в недостаточной долговечности резьбового соединения бурильных труб, в особенности при эксплуатации бурильных труб во влажной среде.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Вышеупомянутая техническая проблема решена в настоящей полезной модели благодаря тому, что в предложенном резьбовом соединении бурильных труб, содержащем ниппель и муфту, снабженные каждый резьбой; причем каждый из ниппеля и муфты имеет упорный уступ и содержит носик с упорным торцом, а резьба ниппеля и резьба муфты выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом с обеспечением возможности примыкания упорного торца носика ниппеля к упорному уступу муфты и возможности примыкания упорного торца носика муфты к упорному уступу ниппеля; ниппель дополнительно снабжен уплотняющим уступом, выполненным на расстоянии от упорного уступа ниппеля, и муфта дополнительно снабжена уплотняющим уступом, выполненным на расстоянии от упорного торца носика муфты, причем при примыкании упорного торца носика муфты к упорному уступу ниппеля указанные уплотняющие уступы по меньшей мере частично входят в плотное взаимодействие друг с другом, при котором расстояние от упорного уступа ниппеля до уплотняющего уступа ниппеля по существу соответствует расстоянию от упорного торца носика муфты до уплотняющего уступа муфты и составляет от 2,9 до 3,4 мм, а резьба ниппеля и резьба муфты имеют каждая конусность 1:12 мм/мм и шаг резьбы в диапазоне от 7,22 мм до 7,3 мм.

Резьбовое соединение бурильных труб согласно настоящей полезной модели обеспечивает технический результат, заключающийся в повышении его прочности, что позволяет указанному резьбовому соединению выдерживать повышенные крутящие моменты, в частности при использовании бурильных труб во влажной среде и/или в сложных условиях эксплуатации при бурении боковых стволов, хвостовиков в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, а также при проведении различных ремонтных и технологических операций, при которых могут возникнуть большие моменты кручения. В частности, повышение прочности резьбового соединения бурильных труб согласно настоящей полезной модели обусловлено достижением в указанном резьбовом соединении оптимального соотношения между крутящим моментом, воспринимаемым этим резьбовым соединением, уровнем напряжения на наружном упорном узле резьбового соединения, образуемом упорным торцом носика муфты и упорным уступом ниппеля, и уровнем герметичности указанного наружного упорного узла.

В одном из вариантов реализации настоящей полезной модели расстояние от упорного уступа ниппеля до уплотняющего уступа ниппеля и расстояние от упорного торца носика муфты до уплотняющего уступа муфты могут составлять каждое 3,18 мм.

Вышеуказанное значение расстояния от упорного уступа ниппеля до уплотняющего уступа ниппеля и расстояния от упорного торца носика муфты до уплотняющего уступа муфты также позволяет обеспечить сформулированный выше технический результат, заключающийся в повышении прочности резьбового соединения бурильных труб, в частности за счет достижения максимально допустимого уплотнения при взаимодействии уплотняющего уступа ниппеля и уплотняющего уступа муфты друг с другом с одновременным сохранением оптимального соотношения между крутящим моментом, воспринимаемым указанным резьбовым соединением, уровнем напряжения на наружном упорном узле резьбового соединения, образуемом упорным торцом носика муфты и упорным уступом ниппеля, и уровнем герметичности указанного наружного упорного узла.

В другом варианте реализации настоящей полезной модели шаг резьбы ниппеля и муфты в резьбовом соединении бурильных труб может составлять 7,26 мм.

Вышеуказанное значение шага резьбы ниппеля и муфты в резьбовом соединении бурильных труб согласно настоящей полезной модели также обеспечивает сформулированный выше технический результат, заключающийся в повышении прочности резьбового соединения бурильных труб.

Краткое описание чертежей

Прилагаемые чертежи, которые приведены для обеспечения лучшего понимания сущности настоящей полезной модели, составляют часть настоящего документа и включены в него для иллюстрации нижеописанных вариантов реализации настоящей полезной модели. Прилагаемые чертежи в сочетании с приведенным ниже описанием служат для пояснения сущности настоящей полезной модели. На чертежах:

на фиг. 1 показано резьбовое соединение бурильных труб согласно настоящей полезной модели в развинченном состоянии;

на фиг. 2 показано резьбовое соединение бурильных труб согласно настоящей полезной модели в свинченном состоянии;

на фиг. 3 показана часть ниппеля резьбового соединения, показанного на фиг. 1 и 2;

на фиг. 4 показана часть муфты резьбового соединения, показанного на фиг. 1 и 2.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

На фиг. 1 показано резьбовое соединение 100 бурильных труб в развинченном состоянии.

Резьбовое соединение 100 бурильных труб, показанное на фиг. 1, содержит ниппель 1 и муфту 2, выполненные с возможностью резьбового взаимодействия друг с другом при свинчивании или развинчивании резьбового соединения 100, обеспечивающих соответственно соединение и разъединение резьбового соединения 100.

Ниппель 1 снабжен резьбой 3 конической формы, выполненной на поверхности ниппеля 1, которая обращена в сторону муфты 2 при нахождении ниппеля 1 и муфты 2 в резьбовом взаимодействии друг с другом. Таким образом, что резьба 3 ниппеля выполнена с наружной стороны ниппеля 1, противоположной внутренней стороне ниппеля 1, которой он обращен к внутренней полости бурильных труб, предназначенной для пропускания текучей среды, связанной с бурением скважин с использованием этих бурильных труб.

Кроме того, муфта 2 снабжена резьбой 6 конической формы, выполненной на поверхности муфты, которая обращена в сторону ниппеля 1 при взаимодействии муфты 2 и ниппеля 1 друг с другом. Таким образом, что резьба 6 муфты выполнена с внутренней стороны муфты 2, противоположной наружной стороне муфты 2, которой она обращена к среде, окружающей бурильные трубы.

Кроме того, как показано на фиг. 1, ниппель 1 имеет упорный уступ 4 и содержит носик 11 с упорным торцом 5, а муфта 2 имеет упорный уступ 7 и содержит носик 12 с упорным торцом 8.

Кроме того, резьба 3 ниппеля и резьба 6 муфты имеют каждая конусность 1:12 мм/мм, шаг резьбы в диапазоне от 7,22 мм до 7,3 мм, а предпочтительно 7,26 мм (т.е. имеют 3,5 витка на дюйм (на 25,4 мм)), и высоту резьбы в диапазоне от 3,4 мм до 3,6 мм (предпочтительно 3,556 мм). Резьба 3 ниппеля и резьба 6 муфты выполнены с возможностью разъемного соединения или взаимодействия друг с другом с образованием наружного упорного узла 9 и внутреннего упорного узла 10, как показано на фиг. 2.

Основными функциями резьбы 3 ниппеля и резьбы 6 муфты являются восприятие растягивающей нагрузки и выдерживание многократного свинчивания-развинчивания резьбового соединения 100 с одновременным сохранением его эксплуатационных характеристик.

Следует отметить, что выполнение каждой из резьбы 3 ниппеля и резьбы 6 муфты с конусностью 1:12 мм/мм и шагом резьбы в диапазоне от 7,22 мм до 7,3 мм (предпочтительно 7,26 мм) является оптимальным, поскольку обеспечивает оптимальное соотношение между длительностью свинчивания резьбового соединения 100, которая будет увеличиваться при увеличении конусности резьбы 3 ниппеля и резьбы 6 муфты и будет уменьшаться при увеличении шага резьбы для резьбы 3 ниппеля и резьбы 6 муфты, и сопротивляемостью резьбового соединения 100 высокому крутящему моменту при бурении в сложных условиях, повышающейся при увеличении конусности резьбы 3 ниппеля и резьбы 6 муфты.

Внутренний упорный узел 10 образован упорным торцом 5 носика ниппеля и упорным уступом 7 муфты, а наружный упорный узел 9 образован упорным торцом 8 носика муфты и упорным уступом 4 ниппеля.

Следует отметить, что наружный упорный узел 9 обеспечивает передачу высокого крутящего момента при бурении скважины, а также является уплотняющим и обеспечивает герметичность резьбового соединения 100. Внутренний упорный узел 10 дополняет наружный упорный узел 9 и обеспечивает передачу крутящего момента, воспринимаемого резьбовым соединением 100.

Как показано на фиг. 1, носик 11 ниппеля с упорным торцом 5 имеет длину L₁, а носик 12 муфты с упорным торцом 8 имеет длину L₂, при этом в резьбовом соединении 100 упорный торец 5 ниппеля и упорный торец 8 муфты выполнены таким образом, что длина L₂ носика 12 муфты превышает длину L₁ носика 11 ниппеля, при этом длина L₁ носика 11 ниппеля имеет значение в диапазоне от 12 мм до 13 мм (L₁ предпочтительно составляет 12,43 мм, 12,55 мм или 12,7 мм), а длина L₂ носика 12 муфты имеет значение в диапазоне от 14,3 мм до 17,4 мм (L₂ предпочтительно составляет 15,88 мм).

Следует отметить, что авторами настоящего документа было установлено, что в случае, когда резьба 3 ниппеля и резьба 6 муфты имеют каждая конусность 1:12 мм/мм и шаг резьбы в диапазоне от 7,22 мм до 7,3 мм (предпочтительно 7,26 мм), а длина L₁ носика 11 ниппеля находится в диапазоне от 12 мм до 13 мм (предпочтительно составляет 12,43 мм, 12,55 мм или 12,7 мм), достигается оптимальное соотношение между крутящим моментом, воспринимаемым резьбовым соединением 100, и уровнем напряжения на упорном узле 10, возникающим при примыкании упорного торца 5 носика ниппеля к упорному уступу 7 муфты, что позволяет улучшить надежность резьбового соединения 100 и способность выдерживать большие нагрузки (в частности, крутящий момент) без разрушения, в частности в сложных условиях бурения. Таким образом, вышеуказанное соотношение между параметрами резьб 3, 6 и длиной L₁ носика 11 ниппеля не только обеспечивает работоспособность резьбового соединения 100, но и позволяет равномерно распределять нагрузки по виткам резьбы 3 ниппеля для обеспечения надежной передачи осевой нагрузки от ниппеля 1 на муфту 2 посредством резьбы 3 ниппеля и ее уравновешивание внутренним упорным узлом 10. Кроме того, вышеуказанное оптимальное соотношение между крутящим моментом, воспринимаемым резьбовым соединением 100, и уровнем напряжения на упорном узле 10, возникающим при примыкании упорного торца 5 носика ниппеля к упорному уступу 7 муфты, также достигается и при высоте резьбы 3 ниппеля и резьбы 6 муфты от 3,4 мм до 3,6 мм (предпочтительно 3,556 мм), при этом указанный диапазон значений высоты резьбы 3 ниппеля и резьбы 6 муфты (в том числе вышеуказанное конкретное значение высоты резьбы 3 ниппеля и резьбы 6 муфты) позволяет резьбовому соединению 100 выдерживать большие нагрузки (в частности, крутящий момент) без разрушения.

Авторами настоящего документа также было установлено, что в случае, когда резьба 3 ниппеля и резьба 6 муфты имеют каждая конусность 1:12 мм/мм и шаг резьбы в диапазоне от 7,22 мм до 7,3 мм (предпочтительно 7,26 мм), а длина L₂ носика 12 муфты находится в диапазоне от 14,3 мм до 17,4 мм (предпочтительно составляет 15,88 мм), достигается оптимальное соотношение между крутящим моментом, воспринимаемым резьбовым соединением 100, и уровнем напряжения на наружном упорном узле 9, возникающим при примыкании упорного торца 8 носика муфты к упорному уступу 4 ниппеля, что позволяет дополнительно улучшить надежность резьбового соединения 100 и способность выдерживать большие нагрузки (в частности, крутящий момент) без разрушения, в частности в сложных условиях бурения. Таким образом, вышеуказанное соотношение между параметрами резь б 3, 6 и длиной L₂ носика 12 муфты не только также обеспечивает работоспособность резьбового соединения 100, но и также позволяет равномерно распределять нагрузки по виткам резьбы 6 муфты для обеспечения надежной передачи осевой нагрузки от муфты 2 на ниппель 1 посредством резьбы 6 муфты и ее уравновешивание наружным упорным узлом 9. Кроме того, вышеуказанное оптимальное соотношение между крутящим моментом, воспринимаемым резьбовым соединением 100, и уровнем напряжения на наружном упорном узле 9, возникающим при примыкании упорного торца 8 носика муфты к упорному уступу 4 ниппеля, также достигается и при высоте резьбы 3 ниппеля и резьбы 6 муфты от 3,4 мм до 3,6 мм (предпочтительно 3,556 мм), при этом указанный диапазон значений высоты резьбы 3 ниппеля и резьбы 6 муфты (в том числе вышеуказанное конкретное значение высоты резьбы 3 ниппеля и резьбы 6 муфты) позволяет резьбовому соединению 100 выдерживать большие нагрузки (в частности, крутящий момент) без разрушения.

Кроме того, авторами настоящего документа было установлено, что в случае, когда резьба 3 ниппеля и резьба 6 муфты имеют каждая конусность 1:12 мм/мм и шаг резьбы в диапазоне от 7,22 мм до 7,3 мм (предпочтительно 7,26 мм), длина L₁ носика 11 ниппеля находится в диапазоне от 12 мм до 13 мм (предпочтительно составляет 12,43 мм, 12,55 мм или 12,7 мм), а длина L₂ носика 12 муфты находится в диапазоне от 14,3 мм до 17,4 мм (предпочтительно составляет 15,88 мм), достигается оптимальное соотношение между крутящим моментом, воспринимаемым резьбовым соединением 100, и равномерностью распределения напряжений по наружному и внутреннему упорным узлам 9, 10 с одновременной оптимизацией габаритных размеров соединения в зависимости от диаметра используемых бурильных труб.

Кроме того, длина L₁ носика 11 ниппеля в вышеуказанном пределе ([10,1 мм; 11 мм]), в том числе при ее вышеуказанных конкретных значениях (12,43 мм, 12,55 мм или 12,7 мм), позволяет технологически выполнить соответственно нарезание резьбы 3 ниппеля на наружной поверхности ниппеля 1 и нарезание резьбы 6 муфты на внутренней поверхности муфты 2.

Таким образом, длина L₁ носика 11 ниппеля в вышеуказанном диапазоне значений и/или длина L₂ носика 12 муфты в вышеуказанном диапазоне значений в сочетании с вышеуказанными параметрами резьбы 3 ниппеля и резьбы 6 муфты обеспечивают то, что резьбовое соединение 100 имеет не только высокие прочностные характеристики на растяжение, изгиб и срез, но и обладает высокой скоростью и меньшей трудоемкостью его свинчивания и/или развинчивания.

Как показано на фиг. 3, ниппель 1 также снабжен уплотняющим уступом 13, верхняя бровка которого находится на расстоянии L₃ в диапазоне от 2,93 мм до 3,43 мм (предпочтительно расстояние L₃ составляет 3,18 мм) от упорного уступа 4 ниппеля, при этом верхняя площадка уплотняющего уступа 13 ниппеля, соединяющаяся с упорным уступом 4 ниппеля, и нижняя площадка уплотняющего уступа 13 ниппеля, расположенная ниже верхней площадки уплотняющего уступа 13 ниппеля по высоте ниппеля, выполнены в целом прямолинейными, а высота уплотняющего уступа 13 ниппеля находится в целом в диапазоне от 0,2 мм до 0,6 мм (предпочтительно высота уплотняющего уступа 13 ниппеля составляет 0,4 мм).

Как показано на фиг. 4, муфта 2 также снабжена уплотняющим уступом 14, верхняя бровка которого находится на расстоянии L₄ в диапазоне от 2,93 мм до 3,43 мм (предпочтительно расстояние L₄ составляет 3,18 мм) от упорного торца 8 носика муфты, при этом верхняя площадка уплотняющего уступа 14 муфты, соединяющаяся с упорным торцом 8 носика муфты, выполнена в целом прямолинейной, нижняя площадка уплотняющего уступа 14 муфты, расположенная ниже верхней площадки уплотняющего уступа 14 муфты по высоте муфты 2, выполнена в целом прямолинейной, а высота уплотняющего уступа 14 муфты находится в целом в диапазоне от 0,1 мм до 0,3 мм (предпочтительно высота уплотняющего уступа 14 муфты составляет 0,2 мм).

Таким образом, как описано выше, уплотняющий уступ 13 ниппеля в целом расположен на расстоянии L₃ от упорного уступа 4 ниппеля, которое по существу соответствует или равно расстоянию, на котором в целом расположен уплотняющий уступ 14 муфты.

Следует отметить, что при вводе резьбы 3 ниппеля и резьбы 6 муфты во взаимодействие с обеспечением образования, в частности, наружного упорного узла 9, как показано на фиг. 2 и описано выше в данном документе со ссылкой на фиг. 2, уплотняющий уступ 13 ниппеля входит в плотный контакт или плотное взаимодействие с уплотняющим уступом 14 муфты, при котором вышеописанные верхняя площадка и нижняя площадка уступа 13 ниппеля по меньшей мере частично входят в плотное взаимодействие соответственно с верхней площадкой и нижней площадкой резьбы 6 муфты, что в конечном итоге улучшает прочность и герметичность наружного упорного узла 9 и, следовательно, резьбового соединения 100 в целом.

Резьбовое соединение 100 бурильных труб работает следующим образом. При свинчивании резьбового соединения 100 ниппель 1 и муфту 2 соединяют друг с другом путем ввода резьбы 3 ниппеля во взаимодействие с резьбой 6 муфты, в результате чего происходит продвижение ниппеля 1 вдоль муфты 2 с обеспечением примыкания упорного торца 5 носика 11 ниппеля к упорному уступу 7 муфты или их смыкания, в результате которого образуется внутренний упорный узел 10, приближенный к внутренней полости бурильных труб (см. фиг. 2), предназначенной для пропускания текучей среды, связанной с бурением скважин, и примыкания упорного торца 8 носика 12 муфты к упорному уступу 4 ниппеля или их смыкания, в результате которого образуется наружный упорный узел 9, удаленный от внутренней полости бурильных труб и приближенный к среде, окружающей бурильные трубы (см. фиг. 2). Кроме того, при вышеописанном процессе соединения ниппеля 1 и муфты 2 друг с другом также происходит вход уплотняющего уступа 13 ниппеля в плотный контакт с уплотняющим уступом 14 муфты. При развинчивании резьбового соединения 100 ниппель 1 и муфту 2 отсоединяют друг с другом путем вывода резьбы 3 ниппеля из взаимодействия с резьбой 6 муфты, в результате чего происходит продвижение ниппеля 1 вдоль муфты 2 в обратном направлении с обеспечением постепенного удаления упорного торца 5 носика 11 ниппеля от упорного уступа 7 муфты и соответственно удаления упорного торца 8 носика 12 муфты от упорного уступа 4 ниппеля, при этом уплотняющий уступ 13 ниппеля и уплотняющий уступ 14 муфты оказываются выведенными из взаимодействия друг с другом.

Реферат

Полезная модель относится к бурильным трубам, в частности к резьбовым соединениям, которые могут быть использованы, в частности, для соединения бурильных труб , содержащим: ниппель и муфту, снабженные каждый резьбой; причем каждый из ниппеля и муфты имеет упорный уступ и содержит носик с упорным торцом, причем резьба ниппеля и резьба муфты выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом с обеспечением возможности примыкания упорного торца носика ниппеля к упорному уступу муфты и возможности примыкания упорного торца носика муфты к упорному уступу ниппеля; при этом ниппель дополнительно снабжен уплотняющим уступом, выполненным на расстоянии от упорного уступа ниппеля, и муфта дополнительно снабжена уплотняющим уступом, выполненным на расстоянии от упорного торца носика муфты, причем указанные уплотняющие уступы по меньшей мере частично входят в плотное взаимодействие друг с другом при примыкании упорного торца носика муфты к упорному уступу ниппеля. Технический результат заключается в продлении срока службы резьбового соединения бурильных труб, в особенности при эксплуатации их во влажной среде. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула