Резьбовые соединения труб

Трубы, муфты, переводники и другие элементы бурильной колонны соединяются коническими резьбами, которые по сравнению с цилиндрическими резьбами обладают важными для условий бурения преимуществами. Натяг, создаваемый при свинчивании конической резьбы, обеспечивает надежную герметизацию стыкуемых элементов бурильной колонны. В отличие от цилиндрической резьбы число оборотов, необходимое для свинчивания и развинчивания конической резьбы, не зависит от числа ниток, находящихся в сопряжении, и составляет

где h — рабочая высота профиля резьбы; — диаметральный натяг свинченного соединения; К —конусность резьбы; Р — шаг резьбы.

Из формулы следует, что число оборотов, необходимое для свинчивания, уменьшается при увеличении шага и конусности резьбы. Поэтому бурильные замки и другие часто свинчиваемые и развинчиваемые детали имеют более крупную коническую резьбу. При свинчивании ниппель бурильного замка входит в муфту на достаточную глубину и благодаря этому обеспечивается самоцентрирование подвешенной к талевому механизму бурильной свечи относительно колонны труб, удерживаемой на столе ротора. Следует учитывать, что с увеличением шага и конусности уменьшается число ниток, находящихся в зацеплении. Увеличение глубины и шага резьбы повышает ее износостойкость сопротивляемость смятию,

Рис. 5.6. Резьба бурильных труб:

1 — линия, параллельная оси резьбы; 2 — линия среднего диаметра резьбы

но приводит к нежелательному уменьшению площади сечения под резьбой.

Коническая резьба по сравнению с цилиндрической того же диаметра обеспечивает более высокую прочность соединения на растяжение за счет большей площади опасных сечений, совпадающих с последними нитками резьбы. Для перенарезки конической резьбы достаточно отрезать 15—30 мм от торца резьбы.

Конические резьбы имеют различные профили. В трубах нефтяного сортамента наиболее распространены конические резьбы треугольного профиля с углом при вершине 60°, сопряжением по боковым сторонам профиля и зазорами по наружному и внутреннему диаметрам резьбы (рис. 5.6, а).Расширяется область применения конических резьб с трапецеидальным или упорным профилем, с сопряжением по внутреннему и наружному диаметрам резьбы и зазорами по одной из боковых сторон профиля (рис. 5.6, б). В трапецеидальной резьбе крупный шаг Р совмещается с небольшой глубиной резьбы.

Расчетные диаметральные размеры конических резьб задаются в основной плоскости. Основной плоскостью называют перпендикулярное к оси резьбы расчетное сечение, расположенное на заданном расстоянии от базы конуса. За базу резьбового конуса на трубах обычно принимается конец сбега резьбы (последняя риска на трубе), а у замковых резьб — упорный уступ ниппельной части и упорный торец муфтовой части. В основной плоскости размеры конической резьбы совпадают с размерами цилиндрической того же номинального диаметра. Конусность K определяется как разность одноименных диаметров ( и ) в двух сечениях, перпендикулярных к оси, отнесенная к расстоянию l между этими сечениями:

Угол между образующей конуса и осью резьбы называют углом уклона. Угол уклона и конусность связаны между собой зависимостью

Шаг резьбы измеряется параллельно оси резьбы трубы и муфты. Биссектриса угла профиля резьбы должна быть перпендикулярна к оси резьбы трубы и муфты.

Основные параметры профиля трубной резьбы по ГОСТ 631—75 приведены ниже.

Число ниток на длине резьбы 25,4 мм …………………………………… 8 Шаг резьбы Р, мм ………………………………………………………….. 3,175 Глубина , мм ……………………………………………………………... 1,810 Рабочая высота профиля А, мм ……………………………………………. 1,734 Радиус закруглений, мм: Вершин профиля, r......................................................................................... 0,508 Впадин профиля …………………………………………………………. 0,432 Зазор z, мм …………………………………………………………………... 0,076 Конусность K ………………………………………………………………... 1: 16 Угол уклона ………………………………………………………………. 1°47'24"

Трубная резьба нарезается на концах бурильных труб, в соединительных муфтах и присоединительных концах бурильных замков. На соединительных концах муфты и ниппеля бурильных замков (см. рис. 5.3), утяжеленных бурильных труб, на наружных концах переводников ведущей трубы, а также в долотах и ловильном инструменте применяется замковая резьба по ГОСТ 5286—75. Основные параметры профиля замковой резьбы приведены ниже.

Число ниток на длине резьбы 25,4 мм Шаг резьбы Р, мм...................................... Конусность резьбы K................................. Глубина мм............................................ Рабочая высота профиля h, мм................ Радиус закругления впадин , мм ……… Высота среза вершин, мм ………………... Угол уклона ............................................

5,08 1: 4 2,993 2,626 0,508 0,875 7°7'30"

6,35 1: 4 3,742 3,283 0,635 1,094 7°7'30"

6,35 1: 6 3,755 3,293 0,635 1,097 4°45'48"

Для бурильных труб с коническими стабилизирующими поясками используют замки ЗШК и ЗУК, резьба которых по сравнению со стандартной замковой имеет укороченную на 25 % высоту профиля и на 23 % ширину среза вершин. Благодаря этому возрастают износостойкость резьбы и ее сопротивление усталости. Резьба этого типа применяется также в сбалансированных утяжеленных трубах.

В соединении бурильных труб с замками ЗШК и ЗУК (см. рис. 5.З, б) используется трапецеидальная резьба ТТ (рис. 5.6,б), размеры которой приведены ниже:

Шаг резьбы P, мм …………………………………………………………. 5,08

Конусность резьбы K ……………………………………………………... 1: 32

Угол уклона ……………………………………………………………. 0°53'42"

Высота профиля резьбы h, мм ……………………………………………. 1,90

Ширина площадки вершины профиля b, мм ……………………………. 1,99

Ширина площадки впадины , мм ………………………………………

Радиус закругления вершины профиля, мм ………………………………

Радиус закругления впадин, мм …………………………………………...

Согласно требованиям ГОСТ 631—75, резьба труб и муфт должна быть оцинкована или фосфатирована. Для уменьшения износа замковых резьб и повышения их сопротивляемости коррозионной усталости применяют смазки, из которых наиболее эффективны ГС-1 и Р-416.