Файл: Щербюк, Н. Д. Резьбовые соединения труб нефтяного сортамента и забойных двигателей.pdf

Из формулы (11.79) можно приблизительно определить окруж­ ные напряжения at в муфте и трубе. Окружные напряжения на наружной поверхности муфты в сечении VII ст* = 4001 кгс/см2, а на внутренней поверхности трубы стг = 5853 кгс/см2. Поэтому в случае изготовления труб из стали группы прочности Д и К с пределом текучести соответственно 38 и 50 кгс/мм2 небольшой участок тру­ бы, примыкающий к внутреннему упорному торцу замка, при мак­ симальном диаметральном натяге может подвергаться пластиче­

окружного напряжения снижается приблизительно на 15%. Про­ веркой резьбы партии из 42 труб диаметром 140 мм из стали груп­ пы прочности К установлено, что около 20% из них имели натяги

0,40—0,45 мм, остальные — 0,30— 0,40 мм.

Исследование усталостной прочности резьбовых соединений бурильных труб

В процессе исследований провели сравнительные испытания соединений бурильных труб стандартной конструкции и стабили­ зирующими поясками. Сравнивали натурные образцы резьбовых соединений бурильных труб диаметрами 73, 89 и 114 мм со стаби­ лизирующими поясками и 73 и 114-мм бурильных труб с резьбой треугольного профиля по ГОСТ 631— 63 из стали группы прочно­ сти К. Стандартная, а также трапецеидальная резьба и стабили­ зирующий поясок выполняли на заводских прокатанных трубах.

Испытания на знакопеременный изгиб проводили на стенде с вращением образца, допускающем максимальный изгибающий мо­ мент 1500 кгс-см, и на стенде с неподвижным образцом с изги­ бающим моментом 2700 кгс-м.

На рис. 37 представлены кривые усталости образцов резь­ бовых соединений стандартных труб и со стабилизирующими по­ ясками. Во всех случаях разрушение в трубах со стабилизирую­ щими поясками происходило по гладкой части трубы (в месте пе­ рехода с высаженной части на тело). В трубах, имеющих соедине-

90

ние с треугольной резьбой, разрушение происходило по последнему витку резьбы трубы, сопряженному с резьбой замка.

Предел выносливости соединений 73-мм бурильных труб со ста­ билизирующими поясками, по сравнению со стандартными, повы­ сился более чем в 2 раза, а 114-мм труб — в 1,5 раза.

Применение соединений бурильных труб с цилиндрическими стабилизирующими поясками в процессе массового производства

б , кгс / мм1

Рис. 37. Кривые усталости образцов резьбовых соединений труб стандарт­ ной конструкции и со стабилизирующими поясками (испытания на знакопере­ менный изгиб).

1 — диаметром 73 мм; 2 — диаметром 114 мм; 3 — со стабилизирующими поясками диаметром 114 мм; 4 — со стабилизирующими поясками диаметром 89 мм; 5 — со стабили­ зирующими поясками диаметром 73 мм.

на трубопрокатных заводах усложняет исправление брака по по­ яску, так как необходимо конец трубы подвергать повторной вы­ садке. Использование конических стабилизирующих поясков дает возможность в случае необходимости быстрого исправления тех­ нологического брака. Кроме того, применение конического стаби­ лизирующего пояска должно повысить прочность соединения, так как распределение контактных давлений по конусной поверхности

более равномерно.

Для выяснения влияния стабилизирующего пояска провели усталостные испытания четырех групп 73-мм труб из стали груп­ пы прочности К:

резьбой трапецеидального профиля типа ТТ и диаметральным на­ тягом 0,25 мм;

91

3)соединение с коническим стабилизирующим пояском, резь­ бой ТТ и диаметральным натягом 0,25 мм;

4)соединение с коническим стабилизирующим пояском, резь­

бой ТТ и диаметральным натягом от 0 до 0,05 мм.

Результаты усталостных испытаний представлены на рис. 38. Наибольший предел выносливости получен при испытании со­ единений с коническим стабилизирующим пояском, который выше

б, кгс/мм2

Рис. 38. Сравнительные испытания на усталость образцов резьбовых соединений диаметром 73 мм.

1 — ОТБС-73 соединение с треугольной резьбой шагом 2,54 мм по ГОСТ 533—63:

единение с коническим стабилизирующим пояском, резьбой ТТ и диаметраль­ ным натягом 0,25 мм.

стандартного соединения с треугольной резьбой на 62%. Предел выносливости соединений с цилиндрическим стабилизирующим по­ яском выше стандартного на 51%, т. е. ниже, чем у соединения, с коническим стабилизирующим пояском на 11%. Уменьшение на­ тяга в соединении с коническим’ стабилизирующим пояском с 0,25 мм до 0—0,05 мм уменьшает предел выносливости на 23%. Следовательно, наиболее прочная конструкция резьбового соеди­ нения, применяемая в трубах ТБВК и ТБНК, — с коническим ста­ билизирующим пояском.

Рис. 39 иллюстрирует характер разрушения соединений бу­ рильных труб со стабилизирующими поясками с наружу высажен­

92

водил натурные испытания резьбовых соединений бурильных труб диаметром 114 мм с толщиной стенки 8,56 мм из стали группы прочности Д с навинченными замками, с приваренными по телу и по высадке концами, а также со стабилизирующими поясками.

6, кгс/ммг

В табл. 17 приведены пределы выносливости соединений раз­ личных типов. Из таблицы видно, что по сравнению с соединения­ ми со стабилизирующими поясками предел выносливости соедине­ ний с приваренными соединительными концами по высадке выше на 15%. Однако У. Бахман, проводя сравнительные усталостные испытания соединений со стабилизирующими поясками, при­ менял толстостенные трубы, чтобы вызвать разрушение соедине­ ния. Полученные им результаты примерно соответствуют нашим

94

данным (рис. 38). Авторами получено увеличение предела вынос­ ливости соединения со стабилизирующим пояском по сравнению с стандартными на 62% (группа прочности К), У. Бахман полу­ чил увеличение на 53% (группа прочности Д ).

Бурильные трубы со стабилизирующими поясками с внутрь (ТБВК ) и наружу (ТБНК) высаженными концами

Во ВНИИБТ разработаны новые конструкции бурильных труб ТБВК и ТБНК всех размеров с резьбовыми соединениями со ста­ билизирующими поясками. В связи с положительными результа­ тами стендовых и промысловых испытаний они приняты к серий­ ному производству и широко используются в нефтегазодобываю­ щей промышленности при бурении глубоких и сверхглубоких сква­ жин в особо тяжелых, осложненных условиях бурения.

Размеры резьбовых соединений труб ТБВК, ТБНК и замков к ним ЗШК и ЗУК приведены на рис. 41, в табл. 18 и 19.

В некоторых типоразмерах замков применена резьба специ­

Размеры элементов замковой резьбы, в том числе резьбы спе­ циального профиля, приведены в табл. 20.

Практика эксплуатации обычных стандартных резьб показы­ вает быстрый износ резьбы по профилю, особенно в случае попа­ дания абразивных частиц при свинчивании резьбового соединения. В процессе многократного свинчивания вершины резьбы за­ остряются, нормальное сопряжение витков нарушается, в соедине­ нии появляется большой отрицательный натяг. Износ профиля резьбы еще больше увеличивается в случае механических повреж­ дений вершин. В этом случае появляются задиры и заедания на поверхности резьбы.

Износ профиля специальной замковой резьбы уменьшается в результате большей ширины среза вершин. Такой профиль менее склонен к механическим повреждениям. В зарубежной практике

широкими вершинами проверяли в промысловых условиях при бу­ рении скважин в объединении Куйбышевнефть (в 1961 г.) утяже­

широких лабораторных исследований во ВНИИБТ создали спе­ циальную стендовую установку многократного свинчивания зам­ ковых резьбовых соединений. В качестве основного узла в этой стендовой установке использован автоматический гидравлический ключ АГК1, приближающийся по своей характеристике к извест­ ным автоматическим ключам АКБ-3, применяемым в бурении.

95