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

159

Прочностные характеристики сопротивляемости обсадных труб растягивающим нагрузкам во всех случаях находятся в прямой зависимости от площади опасного сечения. Площадь опасного сечения при расчетах соединений обсадных труб принято опреде­ лять, исходя из номинальных значений толщины стенки и диамет­ ров трубы. Однако существующие допуски и геометрические раз­

тать, что площадь опасного сечения про­ порциональна толщине стенки, равной половине разности внутреннего диамет­ ра резьбы в опасном сечении и внутрен­ него диаметра трубы. Отклонения внут­ реннего диаметра резьбы d m, зависят от точности соблюдения натягов при контроле резьбы калибрами и при свинчивании трубы с муфтой, прак­

зависят от допусков на наружный диаметр трубы D и на толщину

160

В табл. 44 для некоторых типоразмеров обсадных труб при­ ведены величины номинальной и минимальной площадей опасного сечения с учетом наибольших допускаемых отклонений наруж­ ного диаметра и толщины стенки, регламентированных ГОСТ 632—64, там же приведены отношения минимальной площади опасного сечения к номинальной. Как видно из таблицы, мини­ мальные площади опасного сечения в 1,3— 1,6 раза меньше номи-

номинальным размерам. Следует отметить, что вероятность изго­ товления труб с минимальной толщиной стенки в опасном сече­ нии увеличивается вследствие стремления заводов прокатывать трубы на самом верхнем пределе допуска на наружный диаметр, чтобы избежать брака при нарезании резьбы из-за черновин по вершинам профиля.

Рекомендуемые коэффициенты запаса прочности учитывают различные неблагоприятные факторы, в том числе и отклонения геометрических размеров соединения. Однако полный учет указан­ ных выше максимальных отклонений по наружному диаметру и толщине стенки неизбежно приведет к значительному снижению допустимых нагрузок, что повлечет за собой нецелесообразное утяжеление колонн и связанный с этим повышенный расход ме­ талла.

В целях резкого сокращения разброса прочностных характери­ стик обсадных труб необходимо внедрить на трубопрокатных за­ водах в технологию производства операцию калибровки (манжетировка) концов, что позволит использовать минусовой допуск на наружный диаметр, а также операцию взвешивания каждой тру­ бы, которая ограничит использование допуска на толщину стенки по всему периметру трубы. Для предупреждения аварий с обсад­ ными колоннами следует проверять внутренний диаметр на кон­ цах труб, предназначенных для работы в верхней части колонны, где коэффициент запаса прочности на растяжение близок к ми­ нимально допустимому.

СВИНЧИВАНИЕ СОЕДИНЕНИЙ ОБСАДНЫХ И НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ

Смазки для резьбовых соединений

Смазки для резьбовых соединений обсадных и насосно-ком­ прессорных труб должны обеспечивать свинчивание без задиров и заеданий и обладать герметизирующими свойствами в различ­ ных температурных условиях. Такие компоненты, как графито­ вый порошок, а также чешуйчатая медь, улучшают противозадир­ ные качества смазки при высоких контактных давлениях, возни­ кающих на поверхности резьбы в процессе свинчивания соедине­ ний с натягом. Металлические наполнители повышают уплотни­ тельные свойства смазки.

162

От основы смазки зависит устойчивость против высыхания и отвердения, чрезмерного разжижения вследствие высокой тем­ пературы, стойкость к абсорбции воды, способность легко нано­ ситься на резьбу в условиях низких температур. Для соединений, работающих в условиях высоких температур, применяют смазки на силиконовой основе, содержащей кремнеорганические соедине­ ния. Силиконовая основа также улучшает свойства смазки при низких температурах.

Для высокотемпературных скважин (100—200° С) применяют смазку Р-402 (ТУ-38-1-112-67), разработанную во ВНИИГАЗ.

нительные и антизадирные свойства и обладает повышенной температуростойкостью (до 200° С ).

В состав смазки Р-402 входит жировая основа 36%, состоящая из масла машинного СУ (9% ), кремнеорганической жидкости (21,7% ), гидрата окиси лития (0,3% ), стеариновой кислоты (4,3%)

ки Р-402 составом жировой основы, в связи с чем обладает более низкой температуростойкостью и морозостойкостью. При темпера­ туре окружающего воздуха ниже — 5° С перед нанесением на резьбу смазку надлежит подогревать. Жировая основа смазки Р-2 составляет 37% (масло машинное СУ 18,4%, масло МВП 14% и стеарат'алюминия 4,6% )- Наполнителями являются графитовый порошок 18%, свинцовый порошок 29% , цинковая пыль 12% и медная пудра 4% . За рубежом для соединений обсадных и на­ сосно-компрессорных труб широко применяются смазки, рекомен­ дованные бюллетенем 5А2 Американского нефтяного института.

Бюллетень 5А2 АНИ предусматривает два вида резьбовых сма­ зок: силиконовая и модифицированная, которые по своему назна­ чению соответственно аналогичны Р-402 и Р-2МВП. В состав сма­ зок 5А2 АНИ входят твердые компоненты: графитовый порошок 18%; свинцовый порошок 30,5%; цинковая пыль 12,2% и медные чешуйки 3,3% -— всего 64% . Остальные 36% составляет основа смазки. Основа силиконовой смазки состоит из силиконового ком­ паунда и силиконовой жидкости в количестве 15,5% к общему весу смазки.

Для повышения герметичности резьбовых соединений обсадных труб в газовых скважинах применяется уплотнительный полимеризующийся состав УС-1 (ВТУ ТНЗ № 161-65), разработанный ВНИИГАЗ на базе компаунда К-153. Для придания составу про­ тивозадирных свойств и лучшей герметизирующей способности ис­ пользуют графитовый порошок и металлические наполнители. Время полимеризации состава после добавления отвердителя за­

6* 163

висит от температуры окружающей среды. Герметизирующее дей­ ствие состава заметно проявляется спустя 4—6 ч при температуре 20° С. В состав УС-1 входят эпоксидный компаунд К-153 55,5%,. кубовый остаток гексаметилендиамина (отвердитель) 11,1% и на­ полнители: графитовый порошок 10,6%, свинцовый порошок 14,6%, цинковая пыль 6,1% и медная пудра 2,1% .

Крутящий момент при свинчивании конических резьбовых соединений с натягом,

Для определения крутящего момента, требуемого для свинчи­ вания соединений с натягом, предложено несколько расчетных формул: С. И. Шищенко [29], А. Е. Сароян [22] и др.

Все известные формулы получены из условий граничного тре­ ния, при этом:

1)крутящий момент определяется как произведение силы трения, действующей на контактной поверхности на плечо, равное радиусу контактной поверхности;

2)сила трения определяется как произведение давления, дей­

ствующего на контактной поверхности, коэффициента трения при. скольжении по этим поверхностям и площади контактной поверх­ ности;

3) при расчете давления используется формула Ламе.

В общем виде формула для определения крутящего момента при граничном трении имеет вид

коэффициент трения.

Для треугольной резьбы, где контакт осуществляется по боко­ вым сторонам профиля, за контактный диаметр принимают сред­ ний диаметр резьбы. Для трапецеидальной резьбы — внутренний или наружный диаметр резьбы, в зависимости от того, где осу­ ществляется посадка в соединении. При расчете М. следует иметь в виду, что в результате конструктивных особенностей резьбы контактная поверхность прерывиста по длине образующей конуса и составляет приблизительно 60% для треугольной резьбы с углом профиля 60° и около 45% для трапецеидальной резьбы от общей площади сопряженных поверхностей.

Однако, вследствие наличия, жесткой связи между контактны­ ми участками, радиальные деформации от натяга непрерывны по всей длине резьбового конуса. Поэтому фактические удельные давления на контактной поверхности больше, чем давления, рас­ считанные для полной поверхности. Среднее давление на длине сопряжения практически не зависит от характера контактных по­ верхностей. Произведение фактического удельного давления на

164

площадь фактической контактной поверхности равно произведении? среднего давления, рассчитанного по формуле Ламе на общую площадь сопряженных поверхностей. В процессе определения силы трения, возникающей от натяга, площадь контакта рассчитывают,

ловина угла профиля.

В трапецеидальной резьбе, имеющей зазоры по боковым сто­ ронам профиля, коэффициент трения в резьбе равен коэффициенту

Ш5

166

sin a/2

ле (III.65) в случае определения контактной площади используется рабочая высота профиля, т. е. учитывается прерывистый характер поверхности контакта. Поскольку радиальные давления определе­ ны по формуле Ламе, то сила трения, а следовательно, и крутящий момент несколько занижаются.

S

идентичными.

Формулы, учитывающие особенности конических соединений., довольно сложные для проведения практических расчетов. Упро­ щенную формулу можно получить, если вместо конической поверх­ ности рассматривать цилиндрическую с контактным диаметром,

167

нию с первым и им можно пренебречь. Произведя соответствую­ щие подстановки, запишем

результатами, полученными по формуле (III.63).

Для всех применяемых типоразмеров обсадных труб по ГОСТ 632— 64 и муфтовых труб ОТТМ1 с погрешностью не более 10%

168