5.5 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 5,08 1 : 4 2,993 2,626 0,508 0,875 7°7'30"

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

4 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.