высокогерметичное резьбовое соединение насосно-компрессорных труб (варианты)

Формула изобретения

1. Высокогерметичное резьбовое соединение насосно-компрессорных труб, содержащее охватываемый и охватывающий элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены упорные конические трапецеидальные резьбы и образующие внутренний узел уплотнения конические контактирующие между собой уплотнительные и упорные торцевые поверхности, образующие между собой острый угол, при этом профиль витка резьб охватываемого и охватывающего элементов на участке схождения опорной грани и вершины, а также на участке схождения закладной грани и вершины выполнен скругленным, а вершины и закладные грани профиля витка резьб охватываемого и охватывающего элементов выполнены таким образом, что при свинчивании соединения они образуют между собой зазоры, отличающееся тем, что на охватывающем элементе соединения на участке схода резьбы выполнена окружная проточка (12), а на участке схождения уплотнительной поверхности и упорной торцевой поверхности охватывающего элемента выполнена окружная проточка (14), при этом участок схождения уплотнительной поверхности и поверхности окружной проточки (14) охватывающего элемента, а также участок схождения уплотнительной поверхности и поверхности схода резьбы охватываемого элемента выполнены скругленными, угол наклона уплотнительной поверхности охватываемого элемента к осевой линии резьбы составляет 13-18°, а угол наклона уплотнительной поверхности охватывающего элемента - 8-12°.

2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что упорные торцевые поверхности внутреннего узла уплотнения наклонены к нормали осевой линии резьбы под углом 10-20°.

3. Соединение по п.1, отличающееся тем, что радиусы округлений на участке схождения уплотнительной поверхности и поверхности окружной проточки (14) охватывающего элемента и на участке схождения уплотнительной поверхности и поверхности схода резьбы охватываемого элемента составляют 4-10 мм.

4. Высокогерметичное резьбовое соединение насосно-компрессорных труб, содержащее охватываемый и охватывающий элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены упорные конические трапецеидальные резьбы и образующие внутренний узел уплотнения конические контактирующие между собой уплотнительные и упорные торцевые поверхности, образующие между собой острый угол, при этом профиль витка резьб охватываемого и охватывающего элементов на участке схождения опорной грани и вершины, а также на участке схождения закладной грани и вершины выполнен скругленным, а вершины и закладные грани профиля витка резьб охватываемого и охватывающего элементов выполнены таким образом, что при свинчивании соединения они образуют между собой зазоры, отличающееся тем, что на охватывающем элементе соединения на участке схода резьбы выполнена окружная проточка (12), образующая полость, охватывающую первые полтора витка резьбы охватываемого элемента, а на участке схождения уплотнительной поверхности и упорной торцевой поверхности охватывающего элемента выполнена окружная проточка (14), при этом участок схождения уплотнительной поверхности и поверхности окружной проточки (14) охватывающего элемента, а также участок схождения уплотнительной поверхности и поверхности схода резьбы охватываемого элемента выполнены скругленными, угол наклона уплотнительной поверхности охватываемого элемента к осевой линии резьбы составляет 13-18°, а угол наклона уплотнительной поверхности охватывающего элемента - 8-12°.

5. Соединение по п.4, отличающееся тем, что упорные торцевые поверхности внутреннего узла уплотнения наклонены к нормали осевой линии резьбы под углом 10-20°.

6. Соединение по п.4, отличающееся тем, что радиусы округлений на участке схождения уплотнительной поверхности и поверхности окружной проточки (14) охватывающего элемента и на участке схождения уплотнительной поверхности и поверхности схода резьбы охватываемого элемента составляют 4-10 мм.

7. Соединение по п.4, отличающееся тем, что поверхность окружной проточки (12) на охватывающем элементе является прямым продолжением уплотнительной поверхности охватывающего элемента.

8. Высокогерметичное резьбовое соединение насосно-компрессорных труб, содержащее охватываемый и охватывающий элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены упорные конические трапецеидальные резьбы и образующие внутренний узел уплотнения конические контактирующие между собой уплотнительные и упорные торцевые поверхности, образующие между собой острый угол, при этом профиль витка резьб охватываемого и охватывающего элементов на участке схождения опорной грани и вершины, а также на участке схождения закладной грани и вершины выполнен скругленным, а вершины и закладные грани профиля витка резьб охватываемого и охватывающего элементов выполнены таким образом, что при свинчивании соединения они образуют между собой зазоры, отличающееся тем, что на охватывающем элементе соединения на участке схода резьбы выполнена окружная проточка (12), при этом на участке схождения опорной грани и вершины профиля витка резьбы и на участке схождения закладной грани и вершины профиля витка резьбы радиусы скруглений профиля витка резьбы охватываемого элемента больше, чем соответствующие радиусы скруглений профиля витка резьбы охватывающего элемента, угол наклона уплотнительной поверхности охватываемого элемента к осевой линии резьбы составляет 13-18°, а угол наклона уплотнительной поверхности охватывающего элемента - 8-12°.

9. Соединение по п.8, отличающееся тем, что угол наклона закладной грани профиля витка резьб охватываемого и охватывающего элементов составляет 10-24° к нормали осевой линии резьбы, а угол наклона опорной грани профиля витка резьб составляет от -4 до+5° к нормали осевой линии резьбы.

10. Соединение по п.8, отличающееся тем, что вершины профиля витка резьб охватываемого и охватывающего элементов выполнены таким образом, что при свинчивании соединения они образуют между собой зазор шириной 0,05-0,15 мм.

11. Соединение по п.8, отличающееся тем, что закладные грани профиля витка резьб охватываемого и охватывающего элементов выполнены таким образом, что при свинчивании соединения они образуют между собой зазор шириной 0,05-0,15 мм.

12. Соединение по п.8, отличающееся тем, что радиус скругления профиля витка резьбы на участке схождения опорной грани и вершины охватываемого элемента составляет 0,2 мм, охватывающего элемента - 0,1 мм.

13. Соединение по п.8, отличающееся тем, что радиус скругления профиля витка резьбы на участке схождения закладной грани и вершины охватываемого элемента составляет 0,5 мм, охватывающего элемента - 0,2 мм.

14. Соединение по п.8, отличающееся тем, что резьбы охватываемого и охватывающего элементов выполнены с конусностью 1:16.

15. Высокогерметичное резьбовое соединение насосно-компрессорных труб, содержащее охватываемый и охватывающий элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены упорные конические трапецеидальные резьбы и образующие внутренний узел уплотнения конические контактирующие между собой уплотнительные и упорные торцевые поверхности, образующие между собой острый угол, при этом профиль витка резьб охватываемого и охватывающего элементов на участке схождения опорной грани и вершины, а также на участке схождения закладной грани и вершины выполнен скругленным, а вершины и закладные грани профиля витка резьб охватываемого и охватывающего элементов выполнены таким образом, что при свинчивании соединения они образуют между собой зазоры, отличающееся тем, что на охватывающем элементе соединения на участке схода резьбы выполнена окружная проточка (12), образующая полость, охватывающую первые полтора витка резьбы охватываемого элемента, при этом на участке схождения опорной грани и вершины профиля витка резьбы и на участке схождения закладной грани и вершины профиля витка резьбы, радиусы скруглений профиля витка резьбы охватываемого элемента больше, чем соответствующие радиусы скруглений профиля витка резьбы охватывающего элемента, угол наклона уплотнительной поверхности охватываемого элемента к осевой линии резьбы составляет 13-18°, а угол наклона уплотнительной поверхности охватывающего элемента - 8-12°.

16. Соединение по п.15, отличающееся тем, что угол наклона закладной грани профиля витка резьб охватываемого и охватывающего элементов составляет 10-24° к нормали осевой линии резьбы, а угол наклона опорной грани профиля витка резьб составляет от -4 до +5° к нормали осевой линии резьбы.

17. Соединение по п.15, отличающееся тем, что вершины профиля витка резьб охватываемого и охватывающего элементов выполнены таким образом, что при свинчивании соединения они образуют между собой зазор шириной 0,05-0,15 мм.

18. Соединение по п.15, отличающееся тем, что закладные грани профиля витка резьб охватываемого и охватывающего элементов выполнены таким образом, что при свинчивании соединения они образуют между собой зазор шириной 0,05-0,15 мм.

19. Соединение по п.15, отличающееся тем, что радиус скругления профиля витка резьбы на участке схождения опорной грани и вершины охватываемого элемента составляет 0,2 мм, охватывающего элемента - 0,1 мм.

20. Соединение по п.15, отличающееся тем, что радиус скругления профиля витка резьбы на участке схождения закладной грани и вершины охватываемого элемента составляет 0,5 мм, охватывающего элемента - 0,2 мм.

21. Соединение по п.15, отличающееся тем, что резьбы охватываемого и охватывающего элементов выполнены с конусностью 1:16.

22. Соединение по п.15, отличающееся тем, что поверхность окружной проточки (12) на охватывающем элементе является прямым продолжением уплотнительной поверхности охватывающего элемента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к высокогерметичным резьбовым соединениям насосно-компрессорных труб и может быть использовано для соединения элементов колонн, применяемых при эксплуатации нефтяных и газовых скважин, для транспортировки жидких и газообразных веществ, а также для ремонтных и спуско-подъемных работ.

Насосно-компрессорные трубы нефтяных и газовых скважин эксплуатируются в сложных условиях в присутствии агрессивных рабочих сред и при значительных механических нагрузках. В связи с этим, основными требованиями к насосно-компрессорным трубам является их высокая коррозионная стойкость, износостойкость, сохранение герметичности при высоких нагрузках, а также высокая прочность для обеспечения проходимости скважин, особенно в местах с сильным искривлением.

Из уровня техники известно высокогерметичное резьбовое соединение насосно-компрессорных труб, содержащее охватываемый и охватывающий элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены упорные конические трапецеидальные резьбы и образующие внутренний узел уплотнения контактирующие между собой конические уплотнительные и упорные торцевые поверхности (RU 74661 U1, Е21В 17/042, 10.07.2008).

Указанное резьбовое соединение имеет недостаток, заключающийся в недостаточной герметичности соединения при воздействии значительных механических комбинированных (растягивающих и изгибающих) нагрузок.

Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога заявленного изобретения.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение -разработка высокогерметичного резьбового соединения насосно-компрессорных труб, которое может быть применено для соединения элементов колонн нефтяных и газовых скважин, работающих при повышенных нагрузках.

Достигаемый технический результат заключается в сохранении высокой герметичности соединения при воздействии на него значительных механических комбинированных (растягивающих и изгибающих) нагрузок, износостойкости соединения при его многократном свинчивании-развинчивании и эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что высокогерметичное резьбовое соединение насосно-компрессорных труб содержит охватываемый и охватывающий элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены упорные конические трапецеидальные резьбы и образующие внутренний узел уплотнения конические контактирующие между собой уплотнительные и упорные торцевые поверхности, образующие между собой острый угол, при этом профиль витка резьб охватываемого и охватывающего элементов на участке схождения опорной грани и вершины, а также на участке схождения закладной грани и вершины выполнен скругленным, а вершины и закладные грани профиля витка резьб охватываемого и охватывающего элементов выполнены таким образом, что при свинчивании соединения они образуют между собой зазоры. На охватывающем элементе соединения на участке схода резьбы выполнена окружная проточка (12), а на участке схождения уплотнительной поверхности и упорной торцевой поверхности охватывающего элемента выполнена окружная проточка (14), при этом участок схождения уплотнительной поверхности и поверхности окружной проточки (14) охватывающего элемента, а также участок схождения уплотнительной поверхности и поверхности схода резьбы охватываемого элемента выполнены скругленными, при этом угол наклона к осевой линии резьбы уплотнительной поверхности охватываемого элемента больше, чем угол наклона уплотнительной поверхности охватывающего элемента.

В частности угол наклона уплотнительной поверхности охватываемого элемента к осевой линии резьбы может составлять 13-18°, а угол наклона уплотнительной поверхности охватывающего элемента - 8-12°.

Также, упорные торцевые поверхности внутреннего узла уплотнения могут быть наклонены к нормали осевой линии резьбы под углом 10-20°.

Радиусы скруглений на участке схождения уплотнительной поверхности и поверхности окружной проточки (14) охватывающего элемента и на участке схождения уплотнительной поверхности и поверхности схода резьбы охватываемого элемента могут составлять 4-10 мм.

Поверхность окружной проточки (12) на охватывающем элементе может являться прямым продолжением уплотнительной поверхности охватывающего элемента.

Заявленный технический результат также может достигаться тем, что высокогерметичное резьбовое соединение насосно-компрессорных труб содержит охватываемый и охватывающий элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены упорные конические трапецеидальные резьбы и образующие внутренний узел уплотнения конические контактирующие между собой уплотнительные и упорные торцевые поверхности, образующие между собой острый угол, при этом профиль витка резьб охватываемого и охватывающего элементов на участке схождения опорной грани и вершины, а также на участке схождения закладной грани и вершины выполнен скругленным, а вершины и закладные грани профиля витка резьб охватываемого и охватывающего элементов выполнены таким образом, что при свинчивании соединения они образуют между собой зазоры. На охватывающем элементе соединения на участке схода резьбы выполнена окружная проточка (12), образующая полость, охватывающую первые полтора витка резьбы охватываемого элемента, а на участке схождения уплотнительной поверхности и упорной торцевой поверхности охватывающего элемента выполнена окружная проточка (14), при этом участок схождения уплотнительной поверхности и поверхности окружной проточки (14) охватывающего элемента, а также участок схождения уплотнительной поверхности и поверхности схода резьбы охватываемого элемента выполнены скругленными, при этом угол наклона к осевой линии резьбы уплотнительной поверхности охватываемого элемента больше, чем угол наклона уплотнительной поверхности охватывающего элемента.

Также, заявленный технический результат также может достигаться тем, что высокогерметичное резьбовое соединение насосно-компрессорных труб содержит охватываемый и охватывающий элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены упорные конические трапецеидальные резьбы и образующие внутренний узел уплотнения конические контактирующие между собой уплотнительные и упорные торцевые поверхности, образующие между собой острый угол, при этом профиль витка резьб охватываемого и охватывающего элементов на участке схождения опорной грани и вершины, а также на участке схождения закладной грани и вершины выполнен скругленным, а вершины и закладные грани профиля витка резьб охватываемого и охватывающего элементов выполнены таким образом, что при свинчивании соединения они образуют между собой зазоры. На охватывающем элементе соединения на участке схода резьбы выполнена окружная проточка (12), при этом на участке схождения опорной грани и вершины профиля витка резьбы и на участке схождения закладной грани и вершины профиля витка резьбы, радиусы скруглений профиля витка резьбы охватываемого элемента больше, чем соответствующие радиусы скруглений профиля витка резьбы охватывающего элемента,

В частности угол наклона закладной грани профиля витка резьб охватываемого и охватывающего элементов может составлять 10-24° к нормали осевой линии резьбы, а угол наклона опорной грани профиля витка резьб может составлять от -4 до+5° к нормали осевой линии резьбы.

Также вершины профиля витка резьб охватываемого и охватывающего элементов могут быть выполнены таким образом, что при свинчивании соединения они образуют между собой зазор шириной 0,05-0,15 мм, закладные грани профиля витка резьб охватываемого и охватывающего элементов могут быть выполнены таким образом, что при свинчивании соединения они образуют между собой зазор шириной 0,05-0,15 мм.

Радиус скругления профиля витка резьбы на участке схождения опорной грани и вершины охватываемого элемента может составлять 0,2 мм, охватывающего элемента - 0,1 мм, а радиус скругления профиля витка резьбы на участке схождения закладной грани и вершины охватываемого элемента может составлять 0,5 мм, охватывающего элемента - 0,2 мм.

Резьбы охватываемого и охватывающего элементов могут быть выполнены с конусностью 1:16.

Кроме того, заявленный технический результат также может достигаться тем, что высокогерметичное резьбовое соединение насосно-компрессорных труб содержит охватываемый и охватывающий элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены упорные конические трапецеидальные резьбы и образующие внутренний узел уплотнения конические контактирующие между собой уплотнительные и упорные торцевые поверхности, образующие между собой острый угол, при этом профиль витка резьб охватываемого и охватывающего элементов на участке схождения опорной грани и вершины, а также на участке схождения закладной грани и вершины выполнен скругленным, а вершины и закладные грани профиля витка резьб охватываемого и охватывающего элементов выполнены таким образом, что при свинчивании соединения они образуют между собой зазоры. На охватывающем элементе соединения на участке схода резьбы выполнена окружная проточка (12), образующая полость, охватывающую первые полтора витка резьбы охватываемого элемента, при этом на участке схождения опорной грани и вершины профиля витка резьбы и на участке схождения закладной грани и вершины профиля витка резьбы, радиусы скруглений профиля витка резьбы охватываемого элемента больше, чем соответствующие радиусы скруглений профиля витка резьбы охватывающего элемента.

На фиг.1 изображено высокогерметичное резьбовое соединение насосно-компрессорных труб в свинченном состоянии.

На фиг.2 изображен профиль упорной конической трапецеидальной резьбы, используемой в высокогерметичном резьбовом соединении насосно-компрессорных труб.

На фиг.3 изображен внутренний узел уплотнения высокогерметичного резьбового соединения насосно-компрессорных труб.

Высокогерметичное резьбовое соединение насосно-компрессорных труб содержит охватываемый (1) и охватывающий (2) элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены упорные конические трапецеидальные резьбы (3) и образующие внутренний узел уплотнения (4) контактирующие между собой уплотнительные (5) и упорные торцевые (6) поверхности.

Охватываемый элемент (1) может быть выполнен в виде трубы или ниппеля, охватывающий элемент (2) в виде муфты.

Профиль витка резьб (3) представляет собой неравнобедренную трапецию, боковые стороны которой выполнены в виде опорной (8) и закладной (7) граней. Указанное выполнение профиля витка резьб (3) обеспечивает выдерживание резьбой значительных растягивающих нагрузок и хорошую свинчиваемость соединения (предотвращение заклинивания).

Профиль витка резьб (3) охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов может быть выполнен с углом наклона закладной грани (7) к нормали осевой линии резьбы равным 10-24° и углом наклона опорной грани (8) к нормали осевой линии резьбы равным от -4 до+5°.

Под нормалью осевой линии резьбы понимается перпендикуляр, проведенный к осевой линии резьбы.

Выполнение угла наклона закладной грани (7) профиля витка резьб равным 10-24° к нормали осевой линии резьбы стабилизирует положение охватываемого элемента (1) относительно охватывающего элемента (2) на начальном этапе свинчивания соединения, что предотвращает заклинивание соединения и повреждение поверхностей витков резьб (задиры) и обеспечивает возможность многократного свиничивания-развиничивания соединения и его высокую герметичность.

Выполнение угла наклона опорной грани (8) профиля витка резьб равным от -4 до+5° к нормали осевой линии резьбы обеспечивает исключение возможности выхода витков резьб из зацепления друг с другом при значительных растягивающих нагрузках (потеря герметичности), воздействующих на соединение под действием собственного веса колонны, опускаемой в скважину.

При нахождении соединения в свинченном (рабочем) состоянии вершины (9) профиля витка резьб (3), выполненных на наружной поверхности охватываемого элемента (1) и на внутренней поверхности охватывающего элемента (2), образуют между собой зазор (10). Также зазор (11) между собой образуют и закладные грани (7) профиля витка резьб (3), выполненных на охватываемом и охватывающем элементах резьбового соединения.

Зазор (10) между вершинами (9) профиля витка резьб (3) на охватываемом (1) и охватывающем (2) элементах обеспечивает улучшенную свинчиваемость соединения и повышение его износостойкости, а также служит для выхода излишек смазки при свинчивании соединения, скопление которой на контактирующих поверхностях соединения снижает его герметичность.

Зазор (11) между закладными гранями (7) профиля витка резьб (3) обеспечивает возможность многократного свиничивания-развинчивания резьбового соединения без потери его технических характеристик (в частности высокой герметичности) и работоспособности. Также обеспечивается предотвращение задиров в случае попадания посторонних частиц между закладными гранями (7) профиля витка резьб (3) на охватываемом (1) и охватывающем (2) элементах.

В частности, ширина зазора (10) между вершинами (9) профиля витка упорных конических трапецеидальных резьб (3) на охватываемом (1) и охватывающем (2) элементах может составлять 0,05-0,15 мм, а ширина зазора (11) между закладными гранями (7) профиля витка резьб (3) - 0,05-0,15 мм.

Профиль витка резьб (3) на наружной поверхности охватываемого элемента (1) и на внутренней поверхности охватывающего элемента (2) на участке схождения опорной грани (8) и вершины (9), а также на участке схождения закладной грани (7) и вершины (9) выполнен скругленным.

Причем как для участка схождения опорной грани (8) и вершины (9) профиля витка, так и для участка схождения закладной грани (7) и вершины (9) профиля витка, радиусы (R₁, R ₃) вышеуказанных скруглений профиля витка резьбы на охватываемом элементе (1) больше, чем соответствующие радиусы (R₂ R₄) на охватывающем элементе (2) - R₁>R ₂ и R₃>R₄.

В частности, радиус скругления профиля витка резьбы на участке схождения опорной грани (8) и вершины (9) на охватываемом элементе (1) может составлять 0,2 мм, на охватывающем элементе (2) - 0,1 мм. Радиус скругления профиля витка резьбы на участке схождения закладной грани (7) и вершины (9) на охватываемом элементе (1) может составлять 0,5 мм, на охватывающем элементе - 0,2 мм.

Под радиусом скругления понимается радиус окружности, касательной к опорной грани (8) и вершине (9) профиля витка резьбы или касательной к закладной грани (7) и вершине (9) профиля витка резьбы.

Выполнение радиуса скругления R₁ на участке схождения опорной грани (8) и вершины (9) профиля витка резьбы охватываемого (1) элемента большим, чем соответствующий радиус скругления R₂ охватывающего элемента (2), обеспечивает гарантированный контакт по прямолинейному участку опорной грани (3) профиля резьбы охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов при свинчивании соединения для повышения устойчивости элементов резьбы к истиранию при эксплуатации соединения (износостойкость соединения).

Выполнение радиуса скругления R ₃ на участке схождения закладной грани (7) и вершины (9) профиля витка резьбы охватываемого элемента (1) большим, чем соответствующий радиус скругления R₄ профиля витка резьбы охватывающего элемента (2), обеспечивает исключение заедания соединения на начальном этапе его свинчивания и отсутствие повреждений поверхности витков резьбы (задиры).

Упорные трапецеидальные резьбы (3) выполнены на наружной поверхности охватываемого элемента (1) и на внутренней поверхности охватывающего элемента (2) с конусностью.

Выполнение резьб (3) коническими обеспечивает высокую степень их зацепления в свинченном состоянии и возможность восприятия ими высоких растягивающих нагрузок.

Упорные трапецеидальные резьбы (3) могут иметь конусность 1:16.

Выполнение резьб (3) на охватываемом (1) и охватывающем (2) элементах с конусностью 1:16 обеспечивает оптимальное восприятие соединением изгибающих и растягивающих нагрузок, действующих во время эксплуатации и при строительстве колонны насосно-компрессорных труб.

Внутренний узел уплотнения (4) соединения образован коническими контактирующими между собой уплотнительными (5) и упорными торцевыми (6) поверхностями, выполненными на концах на наружной поверхности охватывающего элемента (1) и на внутренней поверхности охватываемого элемента (2).

При свинчивании соединения конические контактирующие между собой уплотнительные (5) и упорные торцевые (6) поверхности за счет возникновения деформации в упругой области образуют диаметральный натяг и уплотнение типа «металл-металл» и обеспечивают высокую герметичность всей конструкции (соединения) при действии комбинированных нагрузок и в агрессивных средах.

Упорные торцевые поверхности (6), выполненные на наружной поверхности охватываемого элемента (1) и на внутренней поверхности охватывающего элемента (2), образуют с соответствующими уплотнительными поверхностями (5) на охватываемом (1) и охватывающем (2) элементах острый угол.

Указанный угол наклона упорных торцевых поверхностей (6) обеспечивает дополнительное "поджатие" узла уплотнения, что позволяет снизить радиальный натяг, что в свою очередь снижает вероятность повреждения уплотнительных поверхностей (5) и возникновения на них задиров. Кроме того, увеличивается площадь контакта упорных торцевых поверхностей (6) охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов за счет их выполнения под углом к нормали осевой линии резьбы, что позволяет увеличить крутящий момент свинчивания при сохранении контактных напряжений на необходимом уровне в пределах упругой деформации.

В частности, упорные торцевые поверхности (6) могут быть выполнены с углом наклона к нормали осевой линии резьбы, составляющим 10-20°.

При увеличении указанного угла наклона упорных торцевых поверхностей (6) к нормали осевой линии резьбы выше заявленного предела начинают возникать значительные деформации внутреннего диаметра охватывающего элемента (2) при сжатии или перекручивании соединения. При уменьшении угла ниже заявленного предела теряется эффект клина, так как клин охватывающего элемента (2) становится более жесткой в осевом направлении.

Уплотнительные поверхности (5) внутреннего узла уплотнения (4) соединения, выполненные на наружной поверхности охватываемого элемента (1) и на внутренней поверхности охватывающего элемента (2), не параллельны друг другу. На охватываемом элементе (1) угол наклона уплотнительной поверхности (5) к осевой линии резьбы больше, чем на охватывающем элементе (2).

Указанное взаимное расположение уплотнительных поверхностей (5) на охватывающем (2) и охватываемом (1) элементах соединения обеспечивает высокий уровень контактных напряжений в максимально отдаленной от упорных торцевых поверхностей (6) области, обеспечивая таким образом высокий уровень герметичности соединения при различном сочетании предельных нагрузок.

Также, указанное взаимное расположение уплотнительных поверхностей (5) на охватывающем (2) и охватываемом (1) элементах соединения обеспечивает оптимальную площадь их контакта и высокий уровень напряжений контактирующих уплотнительных поверхностей (5) охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов, обеспечивающий герметичность соединения при всех сочетаниях нагрузок во всем диапазоне полей допусков охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов.

В частности, на охватываемом элементе (1) угол наклона уплотнительной поверхности к осевой линии резьбы может составлять 13-18°, а на охватывающем элементе - 8-12°.

Участок схождения уплотнительной поверхности (5) и поверхности окружной проточки (14) охватывающего элемента (2) выполнен скругленным.

Также выполнен скругленным участок схождения уплотнительной поверхности (5) и поверхности схода резьбы (16) охватываемого элемента (2).

Указанные скругления увеличивают площадь контакта конических уплотнительных поверхностей (5) охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов, что влияет на герметичность соединения. Кроме того, указанные скругления позволяют соединению работать на изгиб, что обеспечивает сохранение высокой герметичности соединения при действии изгибающих нагрузок.

В частности, радиусы скруглений на участке схождения уплотнительной поверхности (5) и поверхности окружной проточки (14) охватывающего элемента (2) R₅ и на участке схождения уплотнительной поверхности (5) и поверхности схода резьбы (16) охватываемого элемента (2) R₆ могут составлять 4-10 мм.

На охватывающем элементе (2) соединения на участке схода резьбы выполнена окружная проточка (12), образующая полость (13), охватывающую первые полтора витка резьбы на охватываемом элементе (1). Указанная полость (13) ограничивается (вид на резьбовое соединение в разрезе сбоку) первыми полутора витками резьбы на охватываемом элементе (1), поверхностью окружной проточки (12) на охватывающем элементе (2), уплотнительными поверхностями (5) на охватываемом (1) и охватывающем (2) элементах и опорными гранями (8) профиля витка резьбы на охватываемом (1) и охватывающем (2) элементах.

Выполнение вышеуказанной окружной проточки (12) указанным образом исключает повреждение первого неполного витка резьбы (3) охватываемого элемента (1) на начальном этапе свинчивания соединения при приложении повышенного момента свинчивания. Также, образуемая окружной проточкой (12) полость (13) служит для приема излишек смазки в процессе свинчивания соединения, что исключает воздействие давления излишек смазки на соединение и потерю герметичности при неплотном прилегании элементов соединения друг к другу из-за оставшихся излишек смазки.

Наличие окружной проточки (12) на охватывающем элементе (2) и образуемой ею полости (13) заявленного размера позволяет выполнять резьбу охватываемого элемента (1) без изменения траектории движения резьбонарезного инструмента на конце резьбы, что гарантировано обеспечивает точное позиционирование охватываемого элемента (1) относительно охватывающего (2) за счет точного совмещения упорных торцевых поверхностей (6) при свинчивании соединения.

Поверхность окружной проточки (12) на охватывающем элементе является прямым продолжением уплотнительной поверхности охватывающего элемента. Указанное выполнение поверхности окружной проточки (12) и уплотнительной поверхности (5), по прямой линии без углов и скосов, обеспечивает плавный выход резьбонарезного инструмента без повреждений поверхностей резьбы, что в дальнейшем обеспечивает высокую герметичность соединения в свинченном состоянии.

На участке схождения уплотнительной поверхности (5) и упорной торцевой поверхности (6) на охватывающем элементе (2) выполнена окружная проточка (14), образующая полость (15), ограниченная (вид на резьбовое соединение в разрезе сбоку) упорными торцевыми (6) и уплотнительными (5) поверхностями охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов, а также поверхностью проточки (14) на охватывающем (2) элементе.

Полость (15), образованная указанной проточкой (14), служит для выдавливания излишек смазки при свинчивании соединения с упорных торцевых поверхностей (6). Кроме того, в месте выполнения проточки (14) исключается контакт поверхностей охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов, что предотвращает отжим конических уплотнительных поверхностей (5) при докреплении соединения.

Расположение уплотнительных поверхностей (5) на определенном расстоянии от упорных торцевых поверхностей (6) исключает влияние на внутренний узел уплотнения деформаций, появляющихся на упорных торцевых поверхностях (6) при докреплении соединения. Данное расположение контактирующих уплотнительных поверхностей (5) сводит к минимуму повреждение поверхностей (5) при изготовлении и эксплуатации соединения.

Наличие по краям уплотнительных поверхностей (5) окружных проточек (12) и (14) исключает влияние излишков смазки на внутренний узел уплотнения, при этом излишки смазки с резьбы выдавливаются в полость (13), образованную проточкой (12) и охватываемым элементом (1), а излишки смазки с упорных торцевых поверхностей (6) выдавливаются в полость (15), образованную окружной проточкой (14) и охватываемым элементом (1).

Высокогерметичное резьбовое соединение насосно-компрессорных труб работает следующим образом.

При выполнении операции свинчивания соединения первоначально осуществляется взаимодействие охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов с помощью упорных конических трапецеидальных резьб (3), выполненных на концах на наружной поверхности охватываемого (1) элемента и внутренней поверхности охватывающего (2) элемента.

В процессе свинчивания соединения происходит продвижение уплотнительной поверхности (5) на охватываемом элементе (1) вдоль окружной проточки (12) на охватывающем элементе (2), затем уплотнительная поверхность (5) охватываемого элемента (1) взаимодействует с уплотнительной поверхностью (5) охватывающего элемента (2). За счет диаметральных деформаций конических уплотнительных поверхностей (5) создается уплотнение типа "металл-металл".

Окончание процесса свинчивания соединения сопровождается при перемещении охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов относительно друг друга силовым контактированием упорных торцевых поверхностей (6), выполненных на охватываемом (1) и охватывающем (2) элементах, в результате чего на упорных торцевых поверхностях (6) также возникают контактные напряжения, величина которых находится в области упругих деформаций.

Упорные торцевые поверхности (6) выполнены таким образом, что при действии на них осевого усилия, возникающего при свинчивании соединения, поперечная составляющая этого усилия направлена к оси соединения. Это исключает так называемое явление "разворачивания", то есть поперечную деформацию с увеличением диаметра в области упорных торцевых поверхностей (6), что делает соединение менее воприимчивым к превышению крутящего момента свинчивания и увеличивает его эксплуатационную надежность.

Пример осуществления изобретения.

Высокогерметичное резьбовое соединение насосно-компрессорных труб содержит охватываемый (1) и охватывающий (2) элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены упорные конические трапецеидальные резьбы (3) и образующие внутренний узел уплотнения (4) контактирующие между собой конические уплотнительные (5) и упорные торцевые (6) поверхности.

Профиль витка резьбы (3) на наружной и внутренней поверхностях охватываемого и охватывающего элемента, соответственно, выполнен с углом наклона закладной грани (7) к нормали осевой линии резьбы равным 18° и углом наклона опорной грани (8) к нормали осевой линии резьбы равным +1°. Конусность резьб (3) составляет 1:16, шаг - 4,233 мм.

Ширина зазора (10) между вершинами (9) профиля витка резьб (3) на охватываемом (1) и охватывающем (2) элементах и ширина зазора (11) между закладными гранями (7) профиля витка резьб (3) составляет ОД мм.

Радиус скругления профиля витка резьбы на участке схождения опорной грани (8) и вершины (9) на охватываемом элементе (1) составляет 0,2 мм, на охватывающем элементе (2) - 0,1 мм. Радиус скругления профиля витка резьбы на участке схождения закладной грани (7) и вершины (9) на охватываемом элементе (1) составляет 0,5 мм, на охватывающем элементе - 0,2 мм.

Упорные торцевые поверхности (6), выполненные на наружной и внутренней поверхностях охватываемого (1) и охватывающего (2) элементов, соответственно, образуют с уплотнительными поверхностями (5) острый угол и наклонены к нормали осевой линии резьбы под углом 15°.

На охватываемом элементе (1) угол наклона уплотнительной поверхности (5) к осевой линии резьбы составляет 14°, а на охватывающем элементе (2) - 12°.

На охватывающем элементе (2) резьбового соединения на сходе резьбы выполнена окружная проточка (12), образующая полость (13), охватывающую первые полтора витка резьбы на охватываемом элементе (1).

Поверхность окружной проточки (12) на охватывающем элементе (2) является прямым продолжением уплотнительной поверхности (5) охватывающего элемента (2).

На участке схождения конической уплотнительной поверхности (5) и упорной торцевой поверхности (6), на охватывающем элементе (2) выполнена окружная проточка (14), образующая полость (15).

Радиусы скруглений на участке схождения уплотнительной поверхности охватывающего элемента и поверхности окружной проточки (14) и на участке схождения уплотнительной поверхности охватываемого элемента и поверхности проточки (12) составляют 5 мм.

Указанное резьбовое соединение обеспечивает повышение герметичности резьбового соединения, износостойкости соединения при его многократном свинчивании-развинчивании и эксплуатации, выдерживание значительных растягивающих нагрузок, а также повышение степени его контролепригодности, что позволяет использовать данное резьбовое соединение элементов бурильных колонн как для жидких, так и для газообразных сред.