способ герметизации конических резьбовых соединений труб

Формула изобретения

1. Способ герметизации конических резьбовых соединений труб с резьбами треугольного профиля путем нанесения перед их свинчиванием во впадины резьбы соединяемых элементов уплотнительного покрытия из мягкого металла в виде отдельных равномерно распределенных локальных образований, отличающийся тем, что локальные образования покрытия наносят с поперечником больше шага резьбы, при этом в пределах локального образования одновременно дополнительно наносят покрытие на вершины и передние грани витков резьбы с толщиной слоя, не превышающей размер зазора по стандарту, а сами локальные образования располагают равномерно в пределах средних контактных витков одного из соединяемых элементов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрытие наносят на внутреннюю резьбу соединения.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что покрытие наносят на наружную резьбу соединения.

4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что локальные образования покрытия располагают по различным образующим резьбы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к соединению конструктивных элементов и может быть использовано при подготовке к эксплуатации и ремонте труб и другого нефтепромыслового оборудования с коническими резьбовыми соединениями.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в обеспечении высокой степени герметизации конических резьбовых соединений нефтепромыслового оборудования при обеспечении повышенного ресурса соединений по числу допустимых повторных операций свинчивания - развинчивания, отвечающих нормативам с гарантированно высоким уровнем прочностных свойств.

Известен способ герметизации конических резьбовых соединений труб нефтяного сортамента, при котором на поверхность резьбы наносят покрытие из мягкого металла, нагревая зону соединения до температуры выше температуры плавления металла покрытия, а свинчивание производят при нагреве до указанной температуры. Разборку резьбового соединения производят при нагреве его до той же температуры. Способ обеспечивает получение монолитного и высокопрочного резьбового соединения трубы с муфтой (авторское свидетельство СССР N 1194993, МКИ E 21 В 17/08, опуб.30.11.85).

Главный недостаток этого способа состоит в его нетехнологичности, неизбежной задержке спускоподъемных операций с нефтепромысловыми трубами вследствие длительности процесса прогрева соединения.

Известен способ герметизации резьбовых соединений бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб, заключающийся в нанесении герметика на резьбу с последующим свинчиванием соединяемых труб, в котором намагничивают резьбовые концы труб перед их свинчиванием, а в качестве герметика применяют магнитоактивный материал в виде порошка или пасты, который концентрируется на вершинах резьб, а после свинчивания концы труб размагничивают. Способ направлен на повышение надежности герметизации (авторское свидетельство СССР N 1622702, МКИ F 16 L 15/00, опуб. 23.01.91).

Недостаток данного способа заключается в том, что при концентрации герметика в вершинах резьбы в процессе свинчивания соединения, когда от начала процесса до конца свинчивания (и развинчивания) непрерывно контактируют между собой только участки передних граней витков резьбы, избыток герметика выдавливается только под задние грани витков. Возможно проявление пленочного голодания при трении передних граней, образование и срыв мостиков схватывания в зоне трения. Проявление задиров в резьбе снижает ресурс резьбовых соединений по числу повторных свинчивания - развинчивания.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ герметизации конических резьбовых соединений труб с резьбами треугольного профиля путем нанесения перед их свинчиванием уплотнительного покрытия из мягкого металла на резьбовую поверхность каждой соединяемой части в виде отдельных локальных образований, равномерно распределенных по длине впадин. Способ обеспечивает повышенную прочность и герметичность резьбовой пары обсадных труб (авторское свидетельство СССР N 901460, МКИ E 21 В 17/08, опуб. 30.01.82).

Однако этот способ, как и ранее описанный, не обеспечивает антизадирных условий контактирования передних граней витков резьбы при свинчивании - развинчивании соединения. Более того, выдавленный на задние грани витков материал образует частичное покрытие задних граней с высоким уровнем адгезии к материалу резьбы и высоким уровнем когезии между покрытиями резьбовых элементов в завершающей стадии свинчивания. Развинчивание такого соединения, вследствие сродства контактирующих материалов происходит, как правило, с образованием задиров. Это снижает ресурс резьбового соединения по числу допустимых повторных операций свинчивания - развинчивания, отвечающих нормативам.

Технический результат изобретения заключается в повышении ресурса соединения по допустимому числу нормативных операций свинчивания - развинчивания за счет обеспечения антифрикционных условий сопряжения контактных поверхностей резьбы без снижения уровня прочности и герметичности.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе герметизации конических резьбовых соединений труб с резьбами треугольного профиля путем нанесения перед их свинчиванием во впадины резьбы соединяемых элементов уплотнительного покрытия из мягкого металла в виде отдельных равномерно распределенных локальных образований, согласно изобретению, локальные образования покрытия наносят с поперечником больше шага резьбы, при этом в пределах локального образования одновременно дополнительно наносят покрытие на вершины и передние грани витков резьбы с толщиной слоя, не превышающей размер зазора по стандарту, а сами локальные образования наносят равномерно в пределах средних контактных витков одного из соединяемых элементов. Покрытие наносят либо на внутреннюю резьбу соединения, либо только на наружную резьбу соединения. Локальные образования покрытия располагают по различным образующим резьбы.

Нанесение покрытия только на один из элементов резьбового соединения гарантирует отсутствие значимых явлений когезии материалов в зоне контакта при свинчивании - развинчивании соединения. Поперечные размеры локального образования покрытия одновременно во впадины, на вершины и передние грани витков резьбы обеспечивают в ходе взаимной приработки резьбы при свинчивании и докреплении резьбового соединения перекрытие мягким металлом в пределах локального образования входных отверстий четырех спиральных каналов утечки, направленных вдоль ниток резьбы. Это - канал между спиралью вершин муфтовой резьбы и спиралью впадин трубной резьбы: канал между спиралью впадин муфтовой резьбы и спиралью вершин трубной резьбы; канал между спиралями фронтальных граней резьб муфтовой и трубной; канал между спиралями тыльных граней резьб муфтовой и трубной. Нанесение покрытия на передние грани резьбы обеспечивает повышенный ресурс соединения по числу отвечающих нормативам допустимых повторных операций свинчивания - развинчивания в связи с тем, что по ходу свинчивания - развинчивания соединения, например, спускоподъемных операций, фрикционные нагрузки испытывают только передние грани витков резьбы под действием веса трубы.

Нанесение покрытия с толщиной слоя, не превышающей размер зазора в соединении по стандарту, обеспечивает при сборке соединения с натягом по стандарту отсутствие добавочных радиальных напряжений, чреватых снижением прочностных свойств соединения.

Расположение локальных образований покрытия в пределах средних витков одного из соединяемых элементов отвечает условию сопряжения между собой с максимальными радиальными усилиями резьб, профили которых в равной степени искажены абразивным изнашиванием в ходе эксплуатации. Это способствует получению максимальной длины линии контакта профилей резьбы и образованию минимальных зазоров между вершинами одной и впадинами другой резьбы. В итоге повышается степень герметизации соединения.

Расположение локальных образований на различных образующих резьбы обеспечивает присутствие твердой смазки, в роли которой выступает мягкий металл герметизирующего покрытия, во всех точках опоры взаимно контактирующих резьб. В результате уменьшаются абразивный износ и явление схватывания в соединении, продлевается срок службы соединения.

Пример осуществления способа.

Трубу насосно-компрессорную гладкую 73 по ГОСТ 633-80 предварительно обезжиренную и очищенную по резьбовым поверхностям от окислов и загрязнений пескоструйной обработкой, устанавливают в патроне токарного станка. Затем на поверхность резьбы устанавливают гильзу-кондуктор с отверстиями, которые обеспечивают нанесение покрытия в виде отдельных локальных образований в соответствии с заявляемым способом.

Металлизацию трубной резьбы производят с помощью электродугового металлизатора ЭМ-6 с использованием для металлизации медной проволоки диаметром 1,5-2 мм.

Покрытие толщиной 76 мкм, что не превышает размер z зазора в резьбе по ГОСТ 633-80, наносят в виде локальных образований по разным образующим резьбы на шестой-десятый витки, считая от захода в трубную резьбу. При этом уплотнительное покрытие образуется на вершинах, впадинах и передних гранях витков резьбы. Затем обработанную трубу с нанесенной на резьбу графитовой смазкой УССА с помощью механического ключа КМУ-50 завертывают в муфту до упора (уплотняющее металлическое покрытие на муфтовую резьбу не наносят). При этом трубная резьба контактирует фронтальными гранями витков с аналогичными гранями муфтовой резьбы ограниченным количеством точек опоры, каждая из которых принадлежит локальным образованиям, расположенным на разных образующих трубной резьбы. В ходе докрепления в упомянутых точках опоры происходит заглубление вершины витка муфтовой резьбы в мягкий металл локального образования слоя покрытия на трубной резьбе с пластическим оттеснением излишков мягкого металла, в том числе, за границы локального образования.

В итоге нормативного докрепления соединения в точках опоры резьб в зоне контакта образуются взаимно приработанные профили контактирующих резьб, чем перекрываются входные отверстия четырех спиральных каналов утечки вдоль витков резьбы.

Повторные последующие свинчивания - развинчивания соединения при спускоподъемных операциях приводят к дальнейшему заглублению вершины витка муфтовой резьбы в мягкий металл локального образования покрытия трубной резьбы, что не сопровождается ухудшением степени приработки резьб, а следовательно, сохраняется герметизирующее и антифрикционное действие материала покрытия. Ресурс соединения по числу допустимых повторных свинчиваний, как показали испытания в ОАО "Самарнефтегаз", может быть увеличен до 20-ти спускоподьемных операций при соблюдении нормативов натяга и герметичности трубной колонны.