|
|
ОглавлениеГлава 2. Методы и приборы для измерения давления Глава 3. Методы и приборы для измерения температуры Глава 4. Методы и приборы для измерения расхода Глава 5. Методы и приборы для измерения уровня Глава 6. Методы и приборы измерения геометрических размеров Глава 7. Методы и приборы для измерения вибрации Глава 8. Измерение параметров электромагнитной совместимости Глава 9. Методы и приборы измерения свойств вещества Глава 10. Методы и приборы измерения состава вещества Глава 11. Сопряжение датчиков с системами управления Часть 2. Технологические основы испытаний. Глава 12. Организация испытаний Глава 13. Испытания на воздействия факторов внешней среды Глава 14. Испытания изделий на воздействие внешних механических и гидрогазовых факторов Глава 16. Испытания трубопроводной арматуры Глава 18. Испытания газотурбинных газоперекачивающих агрегатов Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГлава 17. Контроль и испытания конических резьбовых соединений элементов бурильной колонны и забойных двигателей17.1. Особенности конструкции и изготовления конических резьбовых соединенийПри строительстве и освоении нефтяных и газовых скважин используются бурильные, обсадные и насосно-компрессорные (н/к) трубы, различный буровой инструмент, которые оснащены коническими резьбовыми соединениями (КРС) и с помощью которых, при применении специального оборудования и технических средств (буровых установок), составляются одноименные колонны. Резьбовые соединения бурильных труб и бурового инструмента, использующихся для бурения скважин, эксплуатируются в сложных условиях и должны обеспечивать: быстроту сборки, высокое сопротивление растягивающим, изгибающим, скручивающим динамическим нагрузкам и необходимую герметичность. От соединений обсадных труб, применяющихся для крепления стенок скважин, требуется высокая герметичность (до 70 МПа) в газовой и жидкой среде, сопротивление растягивающим, изгибающим и сминающим нагрузкам. Соединения насосно-компрессорных труб, служащих для подъема добываемых продуктов из скважины, должны обеспечивать высокую герметичность (до 120 МПа), стойкость к растягивающим и изгибающим нагрузкам, а также надежно многократно свинчиваться. На некоторых месторождениях от КРС требуется высокая коррозионная стойкость и работоспособность в агрессивной среде (с присутствием сероводорода, углекислого газа и др.) [37; 39]. Основу практически всех резьбовых соединений труб нефтяного сортамента, а также другого бурильного и скважинного инструмента составляет коническая резьба треугольного или трапецеидального профиля (и их модификации). При сборке детали свинчиваются, как правило, с заданным диаметральным натягом в резьбе, что обеспечивает соединительному узлу необходимые эксплуатационные свойства: герметичность, статическую и динамическую прочность и др. Натяг конической резьбы отдельной детали (ниппеля или муфты) определяется с помощью соответствующего резьбового калибра (кольца или пробки) по расстоянию между контрольными плоскостями резьбы калибра и детали при их свинчивании «от руки». У годной резьбы это расстояние должно находиться в строго регламентированных пределах. Натяг свинченного «от руки» конического соединения теоретически должен равняться сумме натягов каждой из деталей. Это условие практически никогда не соблюдается из-за взаимного влияния отклонений отдельных элементов резьбы обеих деталей. Однако, по близости этих показателей можно судить о качестве изготовления резьбового соединения в целом. При проектировании скважин на нефтепромысловые трубы накладываются ограничения по их габаритам (наружному и внутреннему диаметрам) и толщине стенки. В совокупности с широким спектром статических и динамических нагрузок, действующих в скважине, это обстоятельство предопределяет жесткие условия их эксплуатации и особенно эксплуатации КРС. При этом разное назначение и определенная специфика условий эксплуатации обусловливают некоторые конструктивные различия в отдельных элементах резьбы бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб. Так элементы бурильной колонны (бурильные трубы, переводники, долото, калибраторы и др.) собираются с помощью замковой резьбы (ГОСТ Р 50864), имеющей: треугольный профиль витков с углом при вершине 60°, крупный шаг (Р = 5,08 мм; 6,35 мм), стандартную конусность (К = 1:4; 1:6) с соответствующим углом уклона (φ), значительную высоту (h = 3,095 мм; 3,293 мм) профиля витков (рис. 17.1). Кроме указанных элементов резьба имеет: радиус впадин витков (r) и радиус закруглений вершины (r1) с ее площадкой (а). К расчетным (неконтролируемым) параметрам замковой резьбы относятся: высота остроугольного профиля (Н) с срезом его вершин (f) и усечения впадин (b). Рис. 17.1. Сопряжение конической резьбы ниппеля и муфты В сборе конструкция, состоящая из ниппеля (рис. 17.2) и муфты (рис. 17.3), имеет сопряжение по наружным упорным торцам, образуя так называемое замковое резьбовое соединение (ЗРС), которое при эксплуатации должно обеспечивать заданные высокие технические требования (рис. 17.4). Рис. 17.2. Замковое резьбовое соединение ниппеля (обозначения согласно ГОСТ Р 50864): D — наружный диаметр; dср – средний диаметр в основной плоскости; d1; d2; d3; d4 – соответственно диаметры: большего основания конуса; резьбы у большего основания конуса; резьбы у меньшего основания конуса; фаски; l – длина резьбового конуса; φ — угол уклона резьбового конуса Рис. 17.3. Замковое резьбовое соединение муфты (обозначения согласно ГОСТ Р 50864): l1 — длина резьбы; lм – длина резьбового конуса; φ — угол уклона резьбового конуса; D – наружный диаметр; d4; d5; d6 — соответственно диаметры в плоскости торца: расточки, внутренний и фаски Рис. 17.4. Замковое резьбовое соединение в сборе: Н — ниппель, М — муфта; D — наружный диаметр; d, dср, dIср., dн, dм — соответственно диаметры: внутренний, средний резьбы ниппеля в его опасном сечении, средний — упорных торцов, внутренний резьбы ниппеля в его опасном сечении, наружный — резьбы муфты в ее опасном сечении; L — расстояние между опасными сечениями ниппеля и муфты; Fн и Fм — соответственно расчетные площади опасных сечений ниппеля и муфты Обсадные и насосно-компрессорные трубы имеют муфтовые или безмуфтовые конструкции КРС, в основе которых лежит резьба треугольного или трапецеидального профиля с небольшой конусностью (К = 1:16; 1:12), шагом (Р = 3,175 мм; 5,08 мм и др.) и высотой профиля (h = 2,375 мм; 1,6 мм). Для обеспечения высоких требований по герметичности в конструкции КРС дополняют узлом уплотнения типа «металл – металл» (рис. 17.5). Рис. 17.5. Высокогерметичное резьбовое соединение обсадных и насосно-компрессорных труб с трапецеидальным профилем витков и узлом уплотнения типа «металл — металл» Характерной особенностью резьбового соединения с трапецеидальной резьбой является его высокая прочность на растяжение и лучшая свинчиваемость по сравнению с треугольной резьбой. Трубы с трапецеидальной резьбой в основном используются в глубоких скважинах, а также в наиболее нагруженных участках обсадной колонны (в верхней части обсадной колонны, в наклонно-направленных скважинах и др.). В процессе эксплуатации КРС обсадных и насосно-компрессорных труб должны обеспечивать: –заданную статическую прочность; –высокую герметичность при осевом растяжении и поперечном изгибе; –сопротивление сминающим нагрузкам и другие свойства. Применение конической резьбы в соединениях нефтепромысловых труб обусловлено важными свойствами, которыми она обладает в обеспечении перечисленных выше технических требований. КРС имеет ряд важных преимуществ по сравнению с цилиндрическим резьбовым соединением, к которым можно отнести следующие: 1. КРС позволяет наиболее простым способом получить при свинчивании напряженное состояние в резьбовом соединении за счет соблюдения заданного базового расстояния — осевого натяга в резьбе ниппеля и муфты. Напряженное сопряжение витков достигается без применения каких-либо дополнительных технологических средств (например, нагрева охватывающей детали). Предварительное напряженное состояние в резьбе требуется для создания монолитности сопряжения и обеспечения тем самым высокой стойкости к внешним динамическим нагрузкам. 2. Сокращение машинного времени свинчивания и развинчивания при прочих равных конструктивных параметрах (длины и шага резьбы), так как число оборотов (m), необходимое для закрепления и раскрепления КРС, не зависит от количества витков, а определяется высотой профиля и конусностью резьбы: , где h – рабочая высота витка; Р – шаг резьбы; К – конусность резьбы (К = 2tgφ). 3. КРС имеет более равномерное распределение внешней осевой нагрузки по длине резьбы, что имеет большое значение для достижения более высокого сопротивления усталости сопряжения. 4. Наличие конусности создает более благоприятные условия сборки соединений, так как при установке деталей ниппель входит в муфту на значительно большую глубину, способствуя центрированию осей резьбы и распределению осевой нагрузки (от веса наращиваемой бурильной трубы) не на один, а одновременно на несколько рабочих витков. 5. КРС при равнозначных параметрах резьбы в условиях ограниченной толщины стенки обладают большей статической и динамической прочностью за счет увеличения площади опасных сечений (рис. 17.4). 6. При ремонте или вынужденном повторном нарезании резьбы не требуется удалять всю резьбу, а достаточно отрезать только незначительную ее часть, что дает существенную экономию металла и сокращает расход режущего инструмента. 7. При равнозначных параметрах резьбы легче получить заданное напряженное сопряжение витков, а также обеспечить полную взаимозаменяемость деталей без повышения точности исполнительных размеров, (за счет соблюдения определенного осевого натяга). 8. Имеются широкие возможности по взаимной компенсации возникающих погрешностей отдельных параметров резьбы (угла наклона сторон профиля, высоты витков, шага и др.) за счет допустимых отклонений других элементов КРС. К характерным особенностям КРС можно отнести следующие [36; 37; 38; 39]. 1. Конструктивно диаметральные размеры и другие параметры резьбового соединения задаются в условной (расчетной) плоскости, перпендикулярной к оси резьбы и расположенной на определенном расстоянии от базового сечения конуса (последняя риска резьбы на трубе, упорный уступ ниппеля и упорный торец муфты). 2. Высота исходного профиля Н (рис. 17.1) определяется из выражения: , где Р – шаг резьбы; α – угол профиля витков; φ – угол уклона (конусности) резьбы. 3. Диаметр и угол подъёма винтовой линии являются переменными по длине резьбы, что усложняет инженерные расчеты, связанные с определением нагрузки на резьбу, определение места расположения приведенного диаметра, принимаемого за базу при проведении силовых расчетов и др. Угол (γ) между касательной к винтовой линии и осью резьбы определяется по формуле: Внимание! Авторские права на книгу "Испытания нефтегазового оборудования и их метрологическое обеспечение. Учебное пособие" (Под ред. Владимирова А.И., Кершенбаума В.Я.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
