ЗАМКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПОЛЫХ БУРОВЫХ ШТАНГ Российский патент 2000 года по МПК E21B17/46 

Изобретение относится к технике бурения скважин, а именно к замковым соединениям буровых штанг, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в том числе для соединения других элементов с возможностью реверсивной передачи крутящего момента, осевой нагрузки и подачи рабочего агента. Преимущественная область применения - шнековое бурение скважин для производства буроинъекционных свай.

Известно замковое соединение буровых штанг, содержащее расположенные на концах штанг трехкулачковые полумуфты, хвостовик, закрепленный внутри одной из полумуфт, и фиксирующий палец, проходящий через диаметральное отверстие в хвостовике, и два диаметрально расположенных боковых отверстия другой полумуфты /1/. Крутящий момент и осевое усилие от одной штанги к другой передаются путем контакта рабочих поверхностей кулачков полумуфт, а фиксирующий палец удерживает штанги в сомкнутом состоянии при спуске бурового става в скважину или его подъеме.

Недостатком указанного соединения является ограниченная область применения, т. к. оно не имеет проходного отверстия для подачи рабочего агента и является негерметичным.

Ближайшим техническим решением к заявленному соединению является замковое соединение буровых штанг, содержащее ниппель на конце одной штанги, имеющий головной участок с боковой цилиндрической поверхностью, примыкающий к нему участок с некруглой в поперечном сечении формой, проходное продольное осевое отверстие и два диаметрально расположенных боковых отверстия, муфту на конце другой штанги с конгруэнтным указанным участкам ниппеля продольным осевым отверстием и двумя диаметрально расположенными боковыми отверстиями, фиксирующий палец, проходящий через диаметрально расположенные боковые отверстия ниппеля и муфты, и уплотнительный элемент /2/.

Однако указанное техническое решение имеет ряд существенных недостатков.

Площадь проходного отверстия соединения значительно меньше по сравнению с площадью внутреннего отверстия буровых штанг из-за наличия на хвостовике ниппеля участка в виде усеченной пирамиды и расположения фиксирующего пальца в пределах головного цилиндрического участка, наружный диаметр которого не более диаметра окружности, вписанной в меньшее основание пирамиды. Это увеличивает гидравлическое сопротивление проходного отверстия, уменьшает расход рабочего агента, увеличивает его давление и полностью исключает возможность использования вязких рабочих агентов, например, песчано-цементного раствора, необходимого при производстве буроинъекционных свай. Т.е. область применения этого соединения хотя и шире, чем вышеуказанного /1/, но также весьма ограничена. Кроме того, малое проходное отверстие увеличивает металлоемкость, а наличие пирамидального участка усложняет технологию изготовления соединения.

Уплотнительный элемент соединения выполнен в виде прокладки из эластичного материала, прилегающей к торцу головного участка ниппеля. При таком выполнении прокладка испытывает значительные деформации, приводящие к снижению срока ее службы и герметичности соединения. При этом полностью отсутствует герметизация соединения в месте расположения фиксирующего пальца.

Крепление фиксирующего пальца осуществляется пружинным кольцом, размещенным в наружной проточке муфты и перекрывающем торцы пальца, или кольцом из мягкой проволоки, концы которой закручивают. Такое крепление дополнительно снижает надежность соединения и увеличивает время его сборки-разборки.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения и улучшение технико-экономических показателей соединения.

При этом технический результат состоит в снижении гидравлического сопротивления проходного отверстия соединения, повышении его герметичности, надежности, уменьшении времени сборки-разборки, упрощении технологии изготовления и снижении металлоемкости.

Указанный технический результат достигается тем, что известное замковое соединение полых буровых штанг, содержащее ниппель на конце одной штанги, имеющий головной участок с боковой цилиндрической поверхностью, примыкающий к нему участок с некруглой в поперечном сечении формой, проходное осевое отверстие и два диаметрально расположенных боковых отверстия, муфту на конце другой штанги с конгруэнтным указанным участкам ниппеля продольным осевым отверстием и двумя диаметрально расположенными боковыми отверстиями, фиксирующий палец, проходящий через диаметрально расположенные боковые отверстия ниппеля и муфты, и уплотнительный элемент, снабжено втулкой, жестко и герметично закрепленной в диаметрально расположенных боковых отверстиях ниппеля, фиксирующий палец размещен внутри этой втулки, а уплотнительный элемент - на боковой поверхности головного участка ниппеля, причем участок ниппеля с некруглой в поперечном сечении формой имеет образующие, параллельные его продольной оси, при этом диаметрально расположенные боковые отверстия ниппеля выполнены на участке с некруглой в поперечном сечении формой.

Также втулка снабжена запорным элементом фиксирующего пальца, выполненным в виде разрезного пружинного кольца, и имеет внутреннюю кольцевую канавку под это кольцо, а палец - соответствующую наружную кольцевую канавку.

В указанную в самостоятельном пункте формулы изобретения совокупность признаков включены существенные признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для получения технического результата.

Так, снабжение соединения втулкой, жестко и герметично закрепленной в диаметрально расположенных боковых отверстиях ниппеля, и размещение фиксирующего пальца внутри этой втулки обеспечивают герметичность соединения в месте расположения фиксирующего пальца без использования уплотнительных элементов. Размещение уплотнительного элемента на боковой поверхности головного участка ниппеля повышает герметичность соединения между соответствующими цилиндрическими поверхностями ниппеля и муфты. Т.е. соединение становится в отличие от прототипа полностью герметичным. Выполнение участка ниппеля с некруглой в поперечном сечении формой с образующими, параллельными продольной оси участка, позволяют уменьшить толщину стенок ниппеля, резко увеличить площадь его проходного отверстия и снизить гидравлическое сопротивление. Одновременно этот признак также повышает надежность соединения за счет уменьшения давления рабочего агента и исключения приложения динамических нагрузок для разборки соединения, уменьшает время сборки-разборки, упрощает технологию изготовления и снижает металлоемкость соединения. При этом за счет одновременного обеспечения повышения герметичности соединения и снижения гидравлического соединения расширяется область применения соединения за счет возможности использования вязких рабочих агентов и производства буроинъекционных свай при подъеме бурового става.

Выполнение диаметрально расположенных боковых отверстий ниппеля на участке с некруглой в поперечном сечении формой улучшает условия работы уплотнительного элемента за счет исключения дополнительной механической обработки цилиндрического участка ниппеля.

Снабжение втулки запорным элементом фиксирующего пальца, выполненным в виде разрезного пружинного кольца, способствует дополнительному увеличению надежности и сокращению времени сборки-разборки соединения.

Изобретение поясняется чертежами:
фиг. 1 показывает общий вид соединения;
фиг. 2 - разрез А-А к фиг. 1.

Замковое соединение полых буровых штанг (фиг. 1 и 2) содержит ниппель 1 и муфту 2, жестко присоединенные (приваренные) к концам буровых штанг 3 и 4, втулку 5, фиксирующий палец 6, запорный элемент 7 фиксирующего пальца 6 и уплотнительный элемент 8.

Ниппель 1 имеет головной участок 9 с боковой цилиндрической поверхностью 10, примыкающий к нему участок 11 с поперечным сечением некруглой формы в виде правильного шестиугольника (фиг. 2) и постоянным по длине этого участка 11 радиусом описанной окружности (участок 11 имеет образующие, параллельные его продольной оси), проходное осевое отверстие 12 и два диаметрально расположенных боковых отверстия 13, выполненных на участке 11, примыкающем к головному участку 9.

Муфта 2 выполнена с конгруэнтным указанным участкам 9 и 11 ниппеля 1 продольным осевым отверстием 14, двумя диаметрально расположенными боковыми отверстиями 15 и внутренней кольцевой канавкой 16, расположенной вокруг боковой цилиндрической поверхности 10 головного участка 9 ниппеля 1, причем уплотнительный элемент (кольцо) 8 размещен в этой канавке 16.

Втулка 5 жестко и герметично закреплена в отверстиях 13 ниппеля 1. Фиксирующий палец 6 размещен внутри втулки 5, проходит через боковые отверстия 15 муфты 2 и крепится в этой втулке 5 посредством запорного элемента 7 в виде разрезного пружинного кольца, установленного во внутренней кольцевой канавке 17 втулки. При этом палец 6 имеет соответствующую наружную кольцевую канавку 18.

Соединение буровых штанг работает следующим образом.

В процессе бурения крутящий момент передается через грани некруглого участка 11 ниппеля 1 и соответствующие грани продольного осевого отверстия 14 муфты 2, а осевое усилие - через контактирующие друг с другом кольцевой выступ 19 ниппеля 1 и внешний кольцевой торец 20 муфты 2. При этом фиксирующий палец 6 разгружен от воздействия как крутящего момента, так и осевого усилия, и предназначен для удержания штанг 3 и 4 в сомкнутом состоянии при подъеме бурового става из скважины или при его опускании в скважину. При подаче рабочего агента в буровой став герметичность соединения обеспечивается уплотнительным элементом 8 и втулкой 5.

Источники информации, принятые во внимание
1. Патент РФ N 2061832, М. кл. 6 E 21 В 17/04, 1996 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 367231, М. кл. E 21 В 17/046, 1973 г. (прототип)а

Использование: техника бурения скважин и соединения других элементов с возможностью реверсивной передачи крутящего момента, осевой нагрузки и подачи рабочего агента, особенно шнековое бурение скважин для производства буроинъекционных свай. Сущность изобретения: замковое соединение, содержащее ниппель на конце одной штанги и муфту на конце другой, снабжено втулкой, жестко и герметично закрепленной в диаметрально расположенных боковых отверстиях ниппеля, фиксирующий палец размещен внутри этой втулки, а уплотнительный элемент - на боковой поверхности головного цилиндрического участка ниппеля, причем участок ниппеля с некруглой в поперечном сечении формой, примыкающий к головному участку, имеет образующие, параллельные его продольной оси. Диаметрально расположенные боковые отверстия ниппеля выполнены на участке с некруглой в поперечном сечении формой. При этом втулка снабжена внутренним запорным элементом фиксирующего пальца, выполненным в виде разрезного пружинного кольца. Изобретение обеспечивает повышение надежности за счет повышения срока службы элементов соединения, а также обеспечивает повышение герметичности соединения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Замковое соединение полых буровых штанг, содержащее ниппель на конце одной штанги, имеющий головной участок с боковой цилиндрической поверхностью, примыкающий к нему участок с некруглой в поперечном сечении формой, проходное осевое отверстие и два диаметрально расположенных боковых отверстия, муфту на конце другой штанги с конгруэнтным указанным участкам ниппеля продольным осевым отверстием и двумя диаметрально расположенными боковыми отверстиями, фиксирующий палец, проходящий через диаметрально расположенные боковые отверстия ниппеля и муфты, и уплотнительный элемент, отличающееся тем, что оно снабжено втулкой, жестко и герметично закрепленной в диаметрально расположенных боковых отверстиях ниппеля, фиксирующий палец размещен внутри этой втулки, а уплотнительный элемент - на боковой цилиндрической поверхности головного участка ниппеля, причем участок ниппеля с некруглой в поперечном сечении формой имеет образующие, параллельные его продольной оси. 2. Замковое соединение по п.1, отличающееся тем, что диаметрально расположенные боковые отверстия ниппеля выполнены на участке с некруглой в поперечном сечении формой. 3. Замковое соединение по п. 1 или 2, отличающееся тем, что втулка снабжена запорным элементом фиксирующего пальца, выполненным в виде разрезного пружинного кольца, имеет внутреннюю кольцевую канавку под это кольцо, а палец - соответствующую наружную кольцевую канавку.