узел соединения обсадных труб

Формула изобретения

1. Узел соединения обсадных труб, включающий разрезной упругий элемент с конической поверхностью, размещенный во внутренней и наружной кольцевых проточках соответственно муфтового и ниппельного концов труб, причем поверхность, ограничивающая одну из проточек труб, имеет конический участок, соответствующий конической поверхности разрезного упругого элемента, а вершины конического участка и конической поверхности расположены над торцевой поверхностью муфтового конца трубы соответствующего узла соединения, отличающийся тем, что разрезной упругий элемент выполнен в виде втулки и в интервале размещения конической поверхности имеет сопрягаемые уплотнительные поверхности, образованные вращением образующей вокруг продольной оси разрезного упругого элемента.

2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что сопрягаемые поверхности разрезного упругого элемента выполнены коническими.

3. Узел по п. 1, отличающийся тем, что конический участок поверхности, ограничивающий проточку, выполнен на муфтовом конце трубы, а внутренний диаметральный габарит разрезного упругого элемента в свободном состоянии меньше наружного диаметрального габарита торцевой упорной поверхности, ограничивающей наружную кольцевую проточку ниппельного конца трубы.

4. Узел по п. 3, отличающийся тем, что разрезной упругий элемент имеет фиксатор предотвращения сжатия, установленный в полости муфтового конца трубы с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с торцевой поверхностью ниппельного конца трубы и с внутренней поверхностью разрезного упругого элемента при разомкнутом узле соединения обсадных труб.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горного дела, а именно, к креплению нефтяных и газовых скважин.

Известно устройство для соединения секций обсадных колонн, включающее защитный кожух, установленный посредством срезных элементов на патрубке с установленным на нем подвижным шлипсовым фиксатором в виде цанги, шлипсы, размещенные в рабочем положении в наружной кольцевой проточке патрубка, муфту-воронку с левой резьбой для взаимодействия с ответной резьбой шлипсов и узел уплотнения (авторское свидетельство СССР N 1346754, кл. E 21 B 17/08, 1986).

Наиболее близким решением из известных является устройство для соединения обсадных колонн, включающее разрезной упругий элемент с конической поверхностью, размещенный во внутренней и наружной кольцевых проточках, соответственно, муфтового и ниппельного концов труб, причем поверхность, ограничивающая одну из проточек труб, имеет конический участок, соответствующий конической поверхности разрезного упругого элемента, а вершины конического участка и конической поверхности расположены над торцевой поверхностью муфтового конца трубы соответствующего узла соединения (патент ФРГ N 2730611, кл. F 16 L 37/12).

Недостатком устройств является сложность конструкции, обусловленная использованием двух отдельных узлов, фиксации и уплотнения, а также низкая надежность применяемых узлов уплотнения при высоких давлениях, создаваемых в процессе цементирования колонны обсадных труб.

Изобретение направлено на решение задачи по повышению надежности уплотнения узла соединения при высоких давлениях и упрощению конструкции узла соединения. При осуществлении изобретения обеспечивается уплотнение узла по контакту металл-металл и совмещение функций фиксации и уплотнения в одном узле.

Для этого в узле соединения обсадных труб, включающем разрезной упругий элемент с конической поверхностью, размещенный во внутренней и наружной кольцевых проточках, соответственно, муфтового и ниппельного концов труб, причем поверхность, ограничивающая одну из проточек труб, имеет конический участок, соответствующий конической поверхности разрезного упругого элемента, а вершины конического участка и конической поверхности расположены над торцевой поверхностью муфтового конца трубы соответствующего узла соединения, разрезной упругий элемент выполнен в виде втулки и в интервале размещения конической поверхности имеет сопрягаемые уплотнительные поверхности, образованные вращением образующей вокруг продольной оси разрезного упругого элемента. Кроме того, сопрягаемые поверхности разрезного упругого элемента могут быть выполнены коническими, конический участок поверхности, ограничивающей проточку, выполнен на муфтовом конце трубы, а внутренний диаметральный габарит разрезного упругого элемента в свободном состоянии меньше наружного диаметрального габарита торцевой упорной поверхности, ограничивающей наружную кольцевую проточку ниппельного конца трубы, причем разрезной упругий элемент имеет фиксатор предотвращения сжатия, установленный в полости муфтового конца трубы с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с торцевой поверхностью ниппельного конца трубы и с внутренней поверхностью разрезного упругого элемента при разомкнутом узле соединения обсадных труб.

Выполнение разрезного упругого элемента в виде втулки и с сопрягаемыми уплотнительными поверхностями, образованными вращением вокруг продольной оси разрезного упругого элемента и расположенными в интервале размещения конической поверхности, позволяет обеспечить фиксацию труб относительно друг друга и надежный уплотняющий контакт сопрягаемых уплотнительных поверхностей разрезного упругого элемента друг с другом, внутренней и наружной поверхностей, соответственно, муфтового и ниппельного концов обсадных труб с наружной и внутренней поверхностями вращения разрезного упругого элемента и с выходом на наружную и внутреннюю поверхности разрезного упругого элемента ее сопрягаемых уплотнительных поверхностей.

Выполнение сопрягаемых уплотнительных поверхностей разрезного упругого элемента коническими позволит увеличить радиальный габарит контактных поверхностей для тонкостенных втулок и тем самым повысить надежность уплотнения.

Выполнение конического участка поверхности, ограничивающей проточку на муфтовом конце трубы, позволяет снизить глубину проточки (радиальный габарит) и увеличить величину несущего сечения ниппельного конца обсадной трубы, при этом вышеуказанное соотношение внутреннего диаметрального габарита разрезного упругого элемента в свободном состоянии и наружного диаметрального габарита торцевой упорной поверхности, ограничивающей наружную кольцевую проточку ниппельного конца трубы, обеспечивает размещение разрезного упругого элемента во внутренней кольцевой проточке ниппельного конца трубы и торцевой упор ниппельного конца трубы с разрезным упругим элементом.

Фиксатор предотвращения сжатия разрезного упругого элемента обеспечивает удобство монтажа узла соединения.

На фиг.1 изображен узел соединения обсадных труб в разомкнутом положении (перед монтажом); на фиг.2 то же в процессе монтажа после размещения разрезного упругого элемента во внутренней кольцевой проточке ниппельного конца трубы; на фиг.3 то же после фиксации труб; на фиг.4 разрезной упругий элемент

Узел соединения включает разрезной упругий элемент 1 в виде втулки, размещенный во внутренней 2 и наружной 3 кольцевых проточках, соответственно, муфтового 4 и ниппельного 5 концов обсадных труб. Муфтовый конец 4 трубы имеет конический участок 6 поверхности, ограничивающей проточку 2. Наружная коническая поверхность 7 элемента 1 соответствует коническому участку 6 поверхности муфтового конца 4 трубы. Вершины конического участка 6 и конической поверхности 7 расположены над торцевой поверхностью 8 муфтового конца 4 трубы. Поверхность 9 вращения проточки 3 соответствует внутренней поверхности 10 вращения элемента 1. Элемент 1 в интервале размещения конической поверхности 7 имеет сопрягаемые уплотнительные поверхности 11 и 12. Они образованы вращением образующей вокруг продольной оси элемента 1. Поверхности 11 и 12 могут быть выполнены коническими (фиг.4). В полости муфтового конца 4 трубы установлен фиксатор предотвращения сжатия элемента 1, выполненный, например, в виде втулки 13. Последняя установлена с возможностью осевого перемещения до упорного торца 14 в полости муфтового конца 4 трубы. Внутренний диаметральный габарит d разрезного упругого элемента 1 в свободном состоянии меньше наружного диаметрального габарита D торцевой упорной поверхности 15, ограничивающей внутреннюю кольцевую проточку 3 ниппельного конца 5 трубы.

Узел соединения обсадных труб работает следующим образом. Перед спуском обсадной колонны разрезные упругие элементы 1 устанавливаются во внутренние кольцевые проточки 2 муфтовых концов 4 обсадных труб. При этом втулки 13 устанавливаются внутри элементов 1 и, взаимодействуя с их внутренними поверхностями 10, предотвращают их сжатие (фиг.1). Во время спуска колонны ниппельный конец 5 трубы вводят в полость муфтового конца 4 предыдущей трубы. Ниппельный конец 5 трубы, взаимодействуя своей торцевой поверхностью со втулкой 13, перемещает ее вниз, расфиксируя при этом разрезной упругий элемент 1. Втулка 13 падает вниз до упорного торца 14, а элемент 1 при дальнейшем перемещении ниппельного конца 5 трубы входит в наружную кольцевую проточку 3 (фиг.2). Затем ниппельный конец трубы 5 перемещают вверх, что приводит, благодаря взаимодействию торцевой упорной поверхности 15 с элементом 1, к перемещению последнего вверх относительно кольцевой проточки 2 муфтового конца 4 трубы. Коническая поверхность 7 элемента 1 и конический участок 6 муфтового конца 4 трубы соприкасаются и уплотняются. Уплотняются также поверхности 9 и 10, соответственно, ниппельного конца 5 трубы и элемента 1. Кроме того, уплотняются между собой сопрягаемые уплотнительные поверхности 11 и 12 элемента 1, а выходы сопрягаемых уплотнительных поверхностей 11 и 12 на наружную и внутреннюю поверхности элемента 1 уплотняются, соответственно, поверхностью конического участка 6 муфтового конца 4 трубы и поверхностью 9 проточки 3 ниппельного конца 5 трубы. Таким образом, осуществляется прочное соединение труб в обсадной колонне и надежная герметизация узла соединения.