книги из ГПНТБ / Щербюк, Н. Д. Резьбовые соединения труб нефтяного сортамента и забойных двигателей

Н. Д. ЩЕРБЮК, н. В. ЯКУБОВСКИЙ

РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБ

НЕФТЯНОГО

СОРТАМЕНТА

И ЗАБОЙНЫХ

ДВИГАТЕЛЕЙ

МОСКВА-«НЕДРА» - 1974

Щербюк Н. Д., Якубовский Н. В. Резьбовые сое­ динения труб нефтяного сортамента и забойных дви­ гателей. М., «Недра», 1974. 256 с.

В книге описаны конструкции резьбовых соедине­ ний труб нефтяного сортамента и забойных двигате­ лей. Приведены прочностные характеристики, а также методы их определения.

Особое внимание уделено исследованию влияния конструктивных и технологических факторов на по­ вышение эксплуатационных характеристик резьбовых соединений труб нефтяного сортамента, а также турбо­

буров и электробуров.

Освещены вопросы технологии изготовления и контроля конических резьбовых соединений.

Книга рассчитана на инженерно-технических работ­ ников, занимающихся вопросами расчета, конструирова­ ния и эксплуатации резьбовых соединений труб и забой­ ных двигателей.

Табл. 58, ил. 127, список лит. 65 назв.

ВВЕДЕНИЕ

Конические резьбовые соединения получили широкое распро­ странение в нефтяной, горнорудной и угольной промышленности. Только для бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин ежегодно изготовляются миллионы изделий (в основном труб) с коническими резьбами. В условиях растущих глубин скважин, высоких давлений, форсированных режимов бурения резко воз­ росли требования к прочности и герметичности резьбовых соеди­ нений. Поэтому вопросы повышения эксплуатационных характери­ стик резьбовых соединений труб нефтяного сортамента и забой­ ных двигателей приобрели особую остроту и значение.

В книге изложены вопросы, относящиеся к повышению эксплуа­ тационных свойств конических резьбовых соединений труб нефтя­ ного сортамента и забойных двигателей, их взаимозаменяемости, контроля и технологии изготовления. Более подробно освещены результаты исследования влияния конструктивных и технологиче­ ских факторов на повышение эксплуатационных характеристик резьбовых соединений.

Особое внимание в книге уделено исследованию резьбовых со­ единений новых конструкций обсадных, бурильных, насосно-ком­ прессорных труб с высокопрочными и высокогерметичными резь­ бовыми соединениями (ОТТМ1, ОТТГ1, ТБО, НКБ1, НКМ, ТБНК, ТБВК , УБТС1 и др.), а также конструкций резьбовых соединений

резьбовых соединений обсадных колонн на растяжение с учетом разрушающих нагрузок. Обосновано преимущество резьбовых со­ единений обсадных труб с трапецеидальными резьбами.

Значительное место отводится в книге резьбовым соединениям бурильной колонны. По данным экспериментальных исследований рекомендованы крутящие моменты свинчивания замковых резьбо­ вых соединений и обоснованы необходимые прочностные показа­

3

КОНИЧЕСКИЕ РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

ОСОБЕННОСТИ КОНИЧЕСКИХ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИИ

Для бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин ис­ пользуются бурильные, обсадные и насосно-компрессорные колон­ ны, составленные из отдельных труб, соединенных между собой с помощью конических резьбовых соединений. Значительное число конических резьбовых соединений используется в турбобурах и электробурах.

Требования к соединениям бурильных, обсадных и насосно­ компрессорных труб диктуются условиями их эксплуатации. Для соединений бурильной колонны в первую очередь требуется бы­ строта сборки замковых соединений, их износостойкость, высокая статическая л усталостная прочность при знакопеременных на­ грузках, отсутствие утечек в резьбовых соединениях. Для соеди­ нений обсадных и насосно-компрессорных труб требуется доста­ точная сопротивляемость растягивающим нагрузкам и надежная герметичность.

Конические резьбовые соединения по сравнению с цилиндриче­ скими обладают целым рядом преимуществ.

1.Возможность получения оптимальных прессовых посадок в резьбе путем фиксации заданного осевого натяга при свинчива­ нии. Прессовые посадки способствуют герметичности соединений, предотвращают расстройство соединений в результате действия динамических и вибрационных нагрузок.

2.Конические резьбы могут значительно сократить время на сборку и разборку соединения, так как число оборотов, необходи­ мых для закрепления и раскрепления соединений, не зависит от числа ниток, находящихся в сопряжении

резьбы; h — рабочая высота профиля; Д — диаметральный натяг

5

свинченного соединения; К — конусность резьбы; S — шаг резьбы. Это преимущество наглядно реализовано в замковых соедине­ ниях. Так, например, для закрепления резьбы 3-121 с конусностью

6рование резьбы и распределе­ ние удара на значительное

резьбы или наличия повреждений резьбовой поверхности требу­ ется отрезать только незначительную часть длины резьбы, чтобы дать возможность нескольких перенарезок, имея небольшой запас по длине резьбовой детали. В замковых соединениях для полной перенарезки профиля требуется 25— 30 мм, а при ремонте изно­ шенной резьбы— 15—20 мм длины детали замка.

] . * Иногда используют цилиндрические двухступенчатые резьбы более слож­ ные в изготовлении.

Для восстановления первоначальных размеров равномерно из­ ношенных замковых резьб утяжеленных бурильных труб применя­ ют портативную шлифовальную установку, позволяющую прошли­ фовать упорные торцы.

Внутренняя

р е з ь б а

Рис. 2. Типы конических резьб.

Для изготовления конических резьб используются резьбона­ резные станки, оснащенные копирными или иными устройствами, обеспечивающими требуемый угол наклона. При контроле кониче­ ской резьбы обычно не применяются предельные калибры, поэтому помимо проверки калибрами необходим поэлементный контроль по основным параметрам (шагу, углу профиля, конусности и др.). По­ скольку конические резьбы, применяемые в нефтяной промышлен­ ности, используются для соединения деталей колонны, габариты которой строго ограничены по наружному и внутреннему диамет­ рам, то в процессе выбора основных параметров резьбы в большин­ стве случаев исходят из ограниченной толщины стенки изделия.

7

Крупный шаг и большой угол уклона облегчают и ускоряют свинчивание и развинчивание, но вместе с тем уменьшают число ниток, находящихся в зацеплении. Увеличение глубины резьбы и шага повышает ее износостойкость и сопротивляемость ниток смятию, но способствует уменьшению площади сечения изделия под резьбой. Уменьшение угла наклона боковой стороны профиля, ко­ торая воспринимает растягивающие нагрузки, повышает сопротив­ ляемость резьбового соединения этим нагрузкам за счет уменьше­ ния радиальной составляющей.

Конические резьбы различаются характером посадки по про­ филю резьбы. Наиболее известны конические резьбы с углом 60°, посадкой по боковым сторонам профиля и зазорами по наружному и внутреннему диаметрам резьбы (рис. 2, а), К ним относятся резьбы стандартных обсадных, бурильных и насосно-компрессор­ ных труб, а также замковые резьбы.

Все более широкое применение находят конические резьбовые соединения с трапецеидальным или упорным профилем, с посадкой по внутреннему или по внутреннему и наружному диаметрам резьбы и зазорами по боковой стороне профиля (рис. 2 ,6 ). Ко­ нические резьбы с зазорами по боковой стороне профиля позволя­ ют использовать крупный шаг при малой глубине резьбы, боковые стороны профиля могут выполняться с малым и даже отрица­ тельным углом наклона профиля. Эти резьбы обеспечивают также хорошую взаимозаменяемость, что дает возможность, соблюдая за­ данные диаметральные натяги по резьбе, применять в соединении дополнительные уплотнительные или силовые посадочные поверх­ ности для повышения герметичности или восприятия нагрузок.

нец сбега резьбы (последняя риска на трубе), а у замковых резьб — упорный уступ ниппельной части и упорный торец муфто­ вой части. В основной плоскости задаются основные расчетные диаметральные размеры.

Средний диаметр резьбы d cр — диаметр воображаемого соос­ ного с резьбой конуса, образующая которого пересекает профиль резьбы в точках, где проекция ширины канавки на ось резьбы равна половине номинального шага резьбы. Определение сред­

нуса, описанного вокруг вершин профиля для наружной резьбы или вокруг впадин профиля для внутренней резьбы, в основной плоскости или в заданном сечении.

8

Внутренний диаметр резьбы d BH— диаметр воображаемого ко­ нуса, вписанного во впадины профиля для наружной резьбы или в вершины профиля для внутренней резьбы, в основной плоскости или в заданном сечении.

Конусность К определяется как разность одноименных диамет­

резьбы. Угол наклона и конусность связаны между собой зависи­ мостью

K = 2 tg 9 .

Общая длина резьбы L — длина участка поверхности, на кото­

Высота остроугольной резьбы Я — расстояние в направлении, перпендикулярном к оси резьбы, между двумя параллельными пря­ мыми, касательными к вершинам и впадинам остроугольного про.-

9