ЗАМКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ БУРОВЫХ ШНЕКОВ Российский патент 1994 года по МПК E21B17/46 

Изобретение относится к горному делу, а именно к замковым соединениям буровых шнеков или штанг при вращательном бурении скважин, и может быть использовано для соединения других подобных элементов.

Известно замковое соединение буровых шнеков, состоящее из втулки, соединенной при помощи пальца с двухгранным хвостовиком, входящим в эту втулку (Сафохин М.С., Катанов Б.А. Машинист бурового станка на карьере, - М.: Недра, 1984, с.64).

Недостаток таких конструкций заключается в том, что диаметр двухгранного хвостовика значительно меньше жестко соединенной с ним трубы шнека. Это приводит к росту напряжений кручения в месте соединения хвостовика с трубой, и как следствие из соображений прочности вынуждает увеличивать сечение двухгранного хвостовика и наружный диаметр втулки, с которой он соединяется. Увеличение наружного диаметра втулки по отношению диаметру трубы приводит к уменьшению свободного сечения в межвитковом пространстве шнека, ухудшает очистку скважины от буровой мелочи, снижает скорость бурения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является замковое соединение буровых шнеков, включающее буровую трубу, закрепленные на ее концах кольцевые полумуфты с наружным диаметром, равным диаметру буровых труб, и с кулачковыми выступами на торцах взаимодействия и ответными впадинами и расположенный в плоскости полумуфт хвостовик с фиксатором [2] . В этом соединении крутящий момент и усилия подачи передаются не через центральный хвостовик и фиксатор, а через удаленные от оси бурового шнека кулачковые выступы, выполненные на торцах взаимодействия кольцевых полумуфт, вследствие чего нагрузки на элементы соединения значительно уменьшены. При этом боковые грани кулачковых выступов и ответных им впадин перпендикулярны их вершинам, а поверхность вершин лежит в плоскости, перпендикулярной оси бурового шнека. Это способствует увеличению потребного усилия для самопроизвольного разъединения кулачковых выступов и позволяет передавать через них большие крутящие моменты и усилия подачи.

Недостаток данного изобретения заключается в том, что боковые грани кулачковых выступов, как рабочие, т.к. те, которые передают крутящий момент в направлении резания породы, так и нерабочие, т.е. те, которые передают крутящий момент обратного направления (холостое вращение при "прошуровке" скважины), выполнены перпендикулярно вершинам кулачковых выступов и образуют прямоугольное в сечении соединение, требующее весьма точного изготовления и центрирования при сборке шнеков. При бурении, особенно на большую глубину, имеет место искривление бурового става, перекос замковых соединений и заклинивание кулачковых выступов между собой, что затрудняет разборку замковых соединений такого типа, вынуждает применять тяжелые предметы для их рассоединения. В процессе эксплуатации возможна деформация кулачковых выступов, приводящая к их заклиниванию между собой, что также затрудняет разборку и последующую сборку буровых шнеков, снижает надежность работы и увеличивает время вспомогательных операций.

Цель изобретения - сокращение времени сборки-разборки и увеличения надежности работы.

Достигается это тем, что в замковом соединении буровых шнеков, включающем буровую трубу, закрепленные на ее концах кольцевые полумуфты с наружным диаметром, равным диаметру буровых труб, и с кулачковыми выступами на торцах взаимодействия и ответными впадинами, и расположенный в полости полумуфт хвостовик с фиксатором, боковые грани кулачковых выступов и ответных им впадин, противолежащие рабочим граням кулачковых выступов и ответных впадин, выполнены с наклоном, причем угол наклона боковых граней меньше угла трения, а ширина вершин выступов меньше ширины их основания.

На фиг.1 показано замковое соединение; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.

Замковое соединение буровых шнеков включает буровую трубу 1, закрепленные на ее концах кольцевые полумуфты 2 с наружным диаметром, равным диаметру буровых труб 1, и с кулачковыми выступами 3 на торцах взаимодействия 4 и ответными впадинами, и расположенный в полости полумуфт 2 хвостовик 5 с фиксатором (палец) 6, который связывает через хвостовик 5 кольцевые полумуфты 2 буровых труб 11 соседних шнеков и предохраняет их от самопроизвольного разъединения в процессе спуско-подъемных операций. При этом боковые грани 7 кулачковых выступов 3 и ответных им впадин, противолежащие рабочим граням 8 кулачковых выступов 3 и ответных впадин, выполнены с наклоном, причем угол наклона боковых граней 7 меньше угла трения, а ширина вершин выступов 3 меньше ширины их основания.

Работа замкового соединения заключается в следующем. Бурение скважин на определенную глубину осуществляется путем последовательного наращивания (сборки) бурового става из отдельных буровых шнеков, его вращение в направлении резания породы (спираль на шнеке не показана) и подаче на забой. При этом передача усилия подачи осуществляется через торцы взаимодействия 4 обеих кольцевых полумуфт 2, а передача максимального крутящего момента в направлении резания породы через боковые рабочие грани 8 кулачковых выступов 3 и ответных им впадин. Передача крутящего момента в обратном направлении (холостое вращение) осуществляется через наклонные боковые грани 7 кулачковых выступов 3 и ответных им впадин.

Выполнение боковых граней кулачковых выступов под углом наклона менее угла трения позволяет передавать через них крутящий момент без проскальзывания и разъединения кольцевых полумуфт замкового соединения, что исключает изгиб или срез фиксаторов и повышает надежность работы замкового соединения. Это решение позволяет увеличить ширину (толщину) основания кулачковых выступов, повышает их сопротивление изгибающим нагрузкам от действия крутящего момента и также обеспечивает надежность работы.

Предлагаемое соединение позволяет ускорить процесс сборки буровых шнеков за счет облегчения поиска кулачковым выступом, ответной ему впадины, т. к. ширина вершин кулачковых выступов меньше ширины их основания. По этой же причине существенно облегчается процесс разборки буровых шнеков, как в случае деформации кулачковых выступов, так и при искривлении бурового става в скважине, что достигается путем снятия фиксатора и подъема верхнего шнека с его реверсом до момента выхода кулачковых выступов верхнего шнека из замкового соединения по наклонной поверхности боковых граней кулачковых выступов нижнего шнека.

Использование: для соединения шнеков при вращательном бурении скважин. Сущность изобретения: замковое соединение включает полумуфты с торцовыми кулачковыми выступами и впадинами, причем боковые грани выступов и впадин, противолежащие рабочим граням, выполнены с наклоном, а угол наклона боковых граней меньше угла трения и ширина вершин выступов меньше ширины их основания. Такое выполнение обеспечивает сокращение времени сборки-разборки и увеличивает надежность. 3 ил.

ЗАМКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ БУРОВЫХ ШНЕКОВ, включающее буровую трубу, закрепленные на ее концах кольцевые полумуфты с наружным диаметром, равным диаметру буровых труб, и с кулачковыми выступами на торцах для взаимодействия с ответными впадинами и расположенный в полости полумуфт хвостовик с фиксатором, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени сборки-разборки и увеличения надежности в работе, боковые грани кулачковых выступов и ответные им впадины, противолежащие рабочим граням кулачковых выступов и ответных впадин, выполнены с наклоном, причем угол наклона боковых граней меньше угла трения, а ширина вершин выступов меньше ширины их основания.