§ 4. Резьбы деталей бурильной колонны

Соединение всех деталей бурильной колонны, предназначенной для глубокого бурения, осуществляется только на конических резьбах. Для геологоразведочного бурения в трубах малых диаметров, (42 мм и меньше) иногда применяют цилиндрические резьбы.

Конические резьбы прочны при растяжении, сжатии и круче­нии, герметичны при высоких давлениях, легко и быстро свинчи­ваются и развинчиваются.

В деталях бурильных колонн применяют два типа конических резьб: трубную и замковую.

Трубная резьба мелкая (шаг — 2,5 -г- 3,5 мм) с небольшой конусностью (1 : 16 до 1 : 32); применяется она в редко свинчива­емых соединениях, в которых герметичность осуществляется резьбой или уплотняющими поясками.

Например, для безупорных соединений бурильных труб с замками и ведущих труб с переводниками применяют коническую резьбу с треугольным профилем, скругленными вершинами и впадинами, конусностью 1 : 16 и с числом ниток 8 на длине 25,4жж (рис. П-7, а). Резьба ведущих труб отличается от резьбы бурильных только диа­метрами и длиной.

Если величины рабочих давлений во время бурения достигают 30 Г/ж², применяют герметичные трубные соединения с упором или с блокирующей посадочной поверхностью. Для таких напряженных соединений применяют коническую резьбу треугольного или трапе-

56

цеидального профиля с уменьшенной и нормальной высотой ниток и конусностью 1 : 8—1 : 32 с шагом 4—5 мм (рис. П-7, б).

В США некоторые фирмы для соединения бурильных замков с трубами применяют коническую резьбу синусоидального профиля (рис. П-7, в).

Рпс. П-7. Профили ко­нических резьб труб л замков.

a — треугольный; б — тра­пецеидальный; в — синусои­дальный; г — замковый тре­угольный; 9 — то же укоро­ченный.

Наиболее распространены резьбы конусноьгью 1:4 п 1:6 с треугольным профилем и с числом ниток 4—5 на длине 25,4 мм. Для свинчивания новой такой резьбы длиной 100—120 мм требуется 5—7 оборотов. При износе ее количество оборотов уменьшается до 2—3, однако прочностные качества соединения остаются удовлетво­рительными.

57

Повышение усталостной прочности замковых резьб достигается за счет скругленных впадин (рис. П-7, &); уменьшение износа вершин ниток резьбы и повышение герметичности соединения достигается за счет притупления профилей (рис. П-7, д) и уменьшения зазора по вершине,

В США некоторые фирмы применяют замковые трапецеидальные резьбы (типа АКМЕ) с шагом 4 нитки на длине 25,4 мм с конус­ностью 1 : 3,6 с углом профиля резьбы 29^е1.

Фирмой «Хайдрил» (США) в замковых соединениях применяется двухступенчатая резьба (рис. П-8), обеспечивающая более бы­строе свинчивание и боль-

/ ^2 шую герметичность. Длина

резьбовой части равна при­мерно ее диаметру у боль­шего конуса.

/

Рис. П-8. Резьба двухступенчатая.

1 — муфта; 2 — упорный торец; 3 — ниппель.

В качестве базовой плоскости для расчета раз­меров всех конических резьб, натягов и т. д. при­нимается основная пло­скость по последней нитке резьбы с полным профи­лем. Конические резьбы

в осевом сечении выполняются с профилем, симметричным относи­тельно нормали к оси конуса, и постоянным шагом, измеряемый вдоль оси конуса. Конусность резьбы

_г, "ср~^ср

= 2tgф,

I

(Н-1)

где rf_cp —средний диаметр в основной плоскости; d'_ey — средний диаметр на малом торце; /—длина резьбы с полным профилем; Ф—угол уклона.

Высота остроугольного профиля

.

^fcg

(11-2}

ctg-£—t|

где S — осевой шаг резьбы; а — угол профиля.

Рабочая высота нитки резьбы

Ь = $8. (П-3>

Здесь р — коэффициент высоты нитки для трапецеидального профиля замковой резьбы; по ГОСТ £ = 0,5; для остроугольной по АНИ-1956 ji =0,446; для трапеце­идальной трубной резьбы р = 0,25.

Резьбовые соединения бурильной колонны имеют правую на­резку. Левые резьбы применяют только в ловильяых инструментах.

В Советском Союзе в настоящее время для труб и замков приме­няют резьбы с элементами, кратными долям дюйма. За номинальный диаметр резьбы принимается либо наружный диаметр трубы, на который нарезается резьба, либо размер среднего диаметра в основ­ной плоскости, или диаметр большого основания конуса. Размеры средних диаметров в основной плоскости ниппеля и муфты выбира­ются с таким расчетом, чтобы обеслечить требуемый натяг или зазор в резьбе. Величина натяга замеряется по расстоянию от контроль­ной риски или упора до торца калибра, навинченного от рукя. Осе­вой натяг зависят от угла конусности, размера соединения и толщины его стенок.

Для безупорных соединений бурильных труб и замков осевой натяг после принудительного свинчивания составляет 8—15 мм.