Резьбовое соединение буровых штанг
Полезная модель направлена на снижение потерь энергии ударных импульсов в резьбовых соединениях буровых штанг при проходке восходящих и горизонтальных скважин ударно-вращательным способом в подземных условиях. Указанный технический эффект достигается следующим образом. Резьбовое соединение состоит из двух штанг, соединенных между собой ниппелем, по всей цилиндрической поверхности которого выполнена резьба, например трапециевидная, прямоугольная. Конец ниппеля, обращенный к забою скважины имеет дорезьбовую часть с внешней конической поверхностью, которая жестко закреплена в буровой штанге посредством ее радиального обжатия. При этом кромка торца дорезьбовой части ниппеля не выступает за пределы наименьшей внутренней окружности отверстия обжатия штангой. Для повышения надежности закрепления ниппеля в штанге, на коническую поверхность дорезьбовой части нанесены продольные бороздки, канавки и т.п.
Полезная модель относится к соединениям буровых штанг, а именно к резьбовым соединениям, и может найти применение при проходке ударно-вращательным способом восходящих и горизонтальных буровых скважин в подземных горных выработках.
Для бурения восходящих и горизонтальных скважин ударно-вращательным способом в подземных условиях преимущественно применяются бурильные колонны с гладкой наружной поверхностью. Гладкость наружной поверхности колонны достигается либо за счет резьбового соединения штанг труба в трубу, либо посредством использования соединительных ниппелей.
Известны соединения буровых штанг труба в трубу. Резьбовое соединение содержит охватываемую деталь (ниппель) и охватывающую деталь (муфту), выполненные на концах соединяемых штанг. При этом соединительная резьба может быть конической (А.С.№1035183, МПК Е 21 В 17/042, Б.И. №30-83 г.) или цилиндрической (А.С.№1583583, МПК Е 21 В 17/042, Б.И. №29-90 г.), причем торцы штанг непосредственно стыкуются между собой.
Недостаток вышеназванного соединения штанг состоит в том, что из-за наличия зарезьбовых канавок ниппеля и муфты и свободного конца ниппеля, обращенного к забою скважины, т.е. по ходу движения ударного импульса, происходит деформация и рассеяние ударного импульса и, соответственно, эффективность проходки скважины снижается.
Известно ниппельное соединение буровых штанг (С. Родионов и др. Горное и буровое оборудование. М., «Недра», 1983 г., с.295-296. Прототип). При ниппельном соединении буровых штанг в бурильную колонну соединительным элементом служит прорезной или гладкий ниппель, который представляет собой полый цилиндр, на наружных поверхностях концов которого выполнена цилиндрическая резьба - прямоугольная или трапециевидная. Соответствующей
цилиндрической резьбой снабжены и внутренние поверхности концов соединяемых штанг. При этом стыковка между штангами производится не непосредственно между собой, а через центральную часть ниппеля, свободную от резьбы и предназначенную для захвата ниппеля ключом.
Недостаток вышеприведенного резьбового соединения буровых штанг заключается в том, что по мере движения ударного импульса по бурильной колонне его амплитуда уменьшается, вследствие чего снижается эффективность проходки скважины. Это происходит по двум причинам: во-первых, часть энергии ударного импульса поглощается соединительным элементом - ниппелем при одновременной деформации (сглаживании) импульса, во-вторых, часть энергии ударного импульса рассеивается в окружающее пространство через свободный торец ниппеля, обращенный к забою скважины.
Поставлена задача - снизить потери энергии ударного импульса в резьбовом соединении буровых штанг, обеспечив при этом нормальный процесс соединения-разъединения буровых штанг.
Эта задача решена следующим образом. Резьбовое соединение буровых штанг состоит из двух штанг, соединенных между собой ниппелем, по всей внешней поверхности которого выполнена цилиндрическая резьба. Конец ниппеля, обращенный к забою скважины, имеет дорезьбовую часть с внешней конической поверхностью. Эта часть зажата в буровой штанге путем радиального обжатия ее последней, за счет чего исключается вывинчивание ниппеля из буровой штанги при разъединении бурильной колонны. С целью снижения потерь энергии ударного импульса в соединении, внутренний диаметр радиального обжатия штанги не превышает диаметр кромки торца дорезьбовой части. При необходимости для надежного закрепления ниппеля в штанге на конической поверхности дорезьбовой части выполнены неровности в виде продольных канавок, бороздок, и т.п.
Далее сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором с продольным вырезом по осевой линии изображено резьбовое соединение буровых штанг.
Резьбовое соединение буровых штанг состоит из ниппеля 1 и буровых штанг 2 и 3, концы которых имеют внутреннюю цилиндрическую резьбу 4. Ниппель 1 представляет собой пустотелый цилиндр, по всей наружной поверхности которого выполнена цилиндрическая резьба, например трапециевидная, прямоугольная. Конец ниппеля 1, обращенный к забою скважины, т.е. по ходу движения ударного импульса, имеет дорезьбовой участок, который выполнен в виде наружной конической поверхности 5. Эта часть 5 жестко закреплена в буровой штанге 3 посредством ее радиального обжатия 6. При этом внутренний диаметр обжатия 6 не превышает диаметр кромки торца дорезьбовой части ниппеля 5. для увеличения механической прочности соединения ниппеля 1 и буровой штанги 3 в месте обжатия 6 на наружной конической поверхности дорезьбовой части выполнены неровности, например в виде продольных канавок, бороздок (на чертеже не показано).
Таким образом бурильная колонна состоит из буровых штанг, соединенных между собой ниппелями, один конец которых посредством резьбы и радиального обжатия жестко закреплен в конце предыдущей штанги, другой - служит для навинчивания последующей штанги.
Ударный импульс от машины ударного действия, например перфоратора, движется сначала по буровой штанге 2, затем через стык между штангами 2 и 3 и одновременно через ниппель 1 и далее по буровой штанге 3 в направлении к забою скважины (на чертеже направление движения ударного импульса показано стрелкой). Так как конец ниппеля 1, обращенный к забою скважины, имеет дорезьбовую часть с конической поверхностью, плотно прилегающую к буровой штанге 3 в месте обжатия 6, а внутренний диаметр обжатия 6 не отличается от диаметра кромки дорезьбовой части ниппеля 5, ударный импульс беспрепятственно проходит в буровую штангу 3. При этом ударный импульс не подвергается сколь либо существенным процессам деформации и рассеяния, что значительно уменьшает потери его энергии. Этому способствует также и то обстоятельство, что соединение штанг 2 и 3 имеют лишь один стык, а не два, как при соединении прорезным или гладким ниппелем.
Наличие резьбы на конце ниппеля с дорезьбовой частью 5 и стыка между штангами 2 и 3 обеспечивает передачу крутящего момента штанге 3, а жесткое соединение дорезьбовой части 5 и штанги 3 в месте обжатия 6, исключает вывинчивание ниппеля 1 из буровой штанги 3 при извлечении бурильной колонны из скважины.
Технический эффект полезной модели заключается в снижении потерь энергии ударных импульсов в резьбовых соединениях буровых штанг бурильной колонны.
Резьбовое соединение буровых штанг, состоящее из двух штанг, соединенных между собой ниппелем с цилиндрической резьбой, отличающееся тем, что резьба выполнена по всей цилиндрической поверхности ниппеля, а конец ниппеля, обращенный к забою скважины, имеет дорезьбовую часть с внешней конической поверхностью, который жестко закреплен в буровой штанге посредством радиального обжатия, при этом кромка торца дорезьбовой части ниппеля не выступает за пределы наименьшей внутренней окружности отверстия обжатия штанги, на конической поверхности ниппеля нанесены неровности, например в виде продольных канавок, бороздок.
