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

Результаты исследований ВНИИБТ, проверенных в производ­ ственных условиях, позволяют рекомендовать формулу для опре­ деления расчетной величины натяга

где Я р — расчетный натяг в мм; Я т — предварительно задаваемый натяг в мм; kn — коэффициент, учитывающий приработку поверх­ ностей резьбы, принимаемый в зависимости от конструкции соеди­ нения и предполагаемого количества свинчиваний от 0,20 до 0,50.

Коэффициент kn необходимо принимать для соединений забойпых двигателей конусностью от 1 : 10 до 1 : 32 'равным 0,40-^0,50 и конусностью 1 : 4— 1 : 8— 0,204-0,25. Для улучшения эксплуата­ ционных свойств резьбовых соединений, выполненных с положи­ тельными натягами, перед окончательным их закреплением целе­ сообразно производить двукратное свинчивание. Это также необ­ ходимо для обеспечения стабильности затяжки.

Гальванические покрытия и смазка резьбы, предохранение от задиров

Для предохранения от задиров, заеданий и коррозии резьба забойных двигателей покрывается гальваническими покрытиями. Наибольшее распространение получили меднение и фосфатнрование, предохраняющие резьбу от задиров и заеданий и повышаю­ щие износостойкость резьбы. Цинкование практически предохра­ няет соединение только от коррозии. Кадмирование полностью предохраняет резьбовое соединение как от задиров и заеданий, так и от коррозии. Фосфатная пленка стирается после четырех— семи свинчиваний, в то время как кадмиевая и медная сохра­ няется значительно дольше. Недостаток кадмированной резьбы — низкий коэффициент трения (на 35— 50% ниже фосфатированной). Поэтому для предотвращения самопроизвольной затяжки в процессе роторного бурения кадмирование не может быть реко­ мендовано для замковых соединений. Кроме того, процесс кад­ мирования сложнее фосфатирования, так как требует соблюдения особых условий техники безопасности. Однако для резьбовых соединений забойных двигателей, где этот процесс налажен, его целесообразно применять.

На рис. 88 представлена зависимость крутящего момента от количества свинчиваний. В стендовых условиях свинчивали натур­ ные образцы резьбовых соединений с резьбой М У155Х6, подвер­ гнутой фосфатированию, цинкованию и кадмированию. Резьбовое соединение свинчивали с приложением осевого усилия 40 тс, без крутящего момента трения по торцам. Это достигалось за счет установки упорного подшипника качения. Осевое усилие измеря­ лось гидравлической месдозой с манометром. Хотя при первом свинчивании крутящий момент фосфатированной резьбы выше чем у оцинкованной (на 12% ), на поверхности ее витков отсутствовали

196

задиры (кольцевые риски), в то время как на витках оцинкован­ ной резьбы наблюдались кольцевые риски, а цинковая пленка сти­ ралась уже после второго свинчивания.

Крутящий момент при первом свинчивании кадмированной резь­ бы примерно в 1,5 раза меньше фосфатированной. Следовательно, в зависимости от назначения резьбового соединения, необходимо определить вид гальванического покрытия поверхности резьбы. Ка­ чественная смазка резьбы предохраняет соединение от задиров и заеданий, повышает его износостойкость и герметичность.

0 5 12 18 24 Псв

Рис. 88. Зависимость крутящего момента свинчивания от количества свинчиваний резьбового соединения с резьбой МУ155Х6:

/ — фосфатированной; 2 — оцинкованной; 3 — кадмированной.

Наибольшее распространение получили резьбовые смазки с ме­

дуется, так как она вызывает задиры и заедания даже фосфатированных и оцинкованных резьб. Одна из причин возникновения задиров и заеданий в процессе свинчивания конических резьбовых соединений — соприкосновение вершин резьбы и впадин. Проверка калибрами не обеспечивает контроля по наружному диаметру внут­ ренней резьбы и внутреннему диаметру наружной резьбы. Высота профиля зависит от правильной заточки резьбового резца по ра­ диусу. Радиус заточки должен быть меньше номинального радиуса впадины резьбы с учетом износа.

Исследованиями, проведенными во ВНИИБТ, установлено, что при обычном нарезании резьбы твердосплавным режущим инстру­ ментом на стали с НВ 270-^320 радиус закругления резьбового резца должен быть на 0,015ч-0,02 5 меньше номинального радиу­ са закругления впадины (5 — шаг резьбы). В случае некачествен­ ной зачистки резьбы у вершин профиля остаются заусенцы, кото­ рые при свинчивании (даже вручную) могут вызвать задиры. Для

197

устранения этого недостатка резьбу необходимо нарезать профиль­ ными резьбовыми резцами (с заплечиками). Профильный резьбо­ вой резец образует радиусы закругления у вершин профиля резьбы

# = 0,4 мм, способствующих предохранению резьбы от задиров и заеданий.

КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ СВИНЧИВАНИЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИИ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Крутящие моменты свинчивания рассматриваются в главах II и III. В главе II крутящие моменты свинчивания замковых соеди­ нений определяют с учетом влияния переменных нагрузок, а также веса колонны бурильных труб. В главе III даны формулы для определения крутящего момента резьбовых соединений обсадных труб, свинченных с натягами.

Резьбовые соединения забойных двигателей являются соедине­ ниями замкового типа и в то же время свинчиваются с натягами. Они, практически, не воспринимают внешних растягивающих на­ грузок. В связи с тем, что замковую резьбу в забойных двигателях (турбобурах, электробурах) нарезают на тонкостенных деталях, отношение момента сопротивления изгибу опасного сечения муфты к моменту сопротивления изгибу опасного сечения ниппеля, ха­ рактеризующее прочность соединения, равно 1,3. В замках колон­ ны бурильных труб это отношение превышает 1,8. В результате к резьбовым соединениям забойных двигателей не могут быть пол­ ностью применимы рекомендации по определению крутящего момента свинчивания, рассматриваемые в главах II и III.

Резьбовые соединения забойных двигателей предназначаются для соединения корпусов и валов турбобуров и электробуров, при­ соединения их к колонне бурильных труб и долоту. Резьбовое со­ единение корпусов турбобуров служит также для крепления ста­ торов турбины в корпусе.

На рис. 89 схематично представлено распределение усилий при креплении статоров. После затяжки верхнего резьбового соедине­ ния А с М„р при помощи переводника нижнего соединения Б с кру­ тящим моментом М ;р статоры зажимаются в корпусе. Торец пере­

статоров, усилие Q' передается на меньший торец верхнего пере­ водника. Под действием силы Q' торец переводника сжимается, а корпус в этом же сечении растягивается. Осевые напряжения ра­ стяжения переводника и сжатия корпуса, возникшие в результате закрепления резьбового соединения с Мкр, несколько умень­ шаются.

Экспериментами, проведенными во ВНИИБТ, установлено, что осевые напряжения растяжения переводника в соединении с резь­ бой М К 156 х 5,5 х 1 :32 уменьшаются в среднем на 10%. Незначи­

198

тельные растягивающие напряжения возникают в опасном сечении резьбы корпуса, поэтому расчет резьбового соединения А может производиться так же, как соединений замков бурильных труб (см. главу II).

После закрепления статоров с помощью соединения Б (выбора зазора h) его свинчивают таким же крутящим моментом, как и верхнее резьбовое соединение А.

Рис. 89. Схема усилий в резьбовых соединениях корпусов турбобуров при затяжке статоров в корпусе:

Крутящий момент свинчивания может быть определен по фор­ муле

где MKp= Q a [см. формулы (II.7) и (II.9)]; Мн — крутящий момент, необходимый для свинчивания резьбового соединения с величиной натяга Н.

Определение крутящего момента свинчивания

При свинчивании соединения с диаметральным натягом крутя­ щий момент создается за счет сил трения на боковых поверхно­ стях витков резьбы (рис. 90).

Давление Р на боковой поверхности витка при свинчивании резьбового соединения с осевым (диаметральным) натягом свя­ зано с давлением на условной цилиндрической поверхности сле­ дующим равенством:

где h — рабочая высота профиля резьбы; a — угол профиля (для

199

Рис. 90. Схема распределения давле­ ний по боковой поверхности витка (Р) и условной цилиндрической по­ верхности (Р0).

Площадь двух боковых поверхностей витка

где n — число витков на длине свинчивания; d cр — диаметр резьбы в середине длины свинчивания.

Подставляя значение QTp в формулу (IV.6), получим

a

8h cos----

2

200