БУРОВАЯ ШТАНГА Российский патент 2005 года по МПК E21B17/42 

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано в горнорудной, угледобывающей и нефтедобывающей промышленности.

Известно, что соединение буровых штанг в буровую колонну, обеспечивающее необходимые герметичность и прочность в процессе сборки и эксплуатации, осуществляется, как правило, по резьбе, преимущественно конической. Этот тип соединений не обладает достаточной герметичностью вследствие наличия зазоров в профилях сопрягаемых элементов.

Известно резьбовое соединение труб (RU, 22006703, кл. Е 21 В 17/042, 2003 г.), в котором герметичность достигается за счет дополнительной герметизации резьбовых поверхностей.

Известно резьбовое соединение (международная заявка, опубликованная под номером WO 99/66170, кл. E 21 B 17/042, 1999 г.), в которой для обеспечения его надежности осуществляют тщательный подбор углов профиля резьбы. Недостатками упомянутых соединений является сложность их изготовления из-за жестких допусков на обработку поверхностей и наличие уязвимых для ударных нагрузок переходных участков.

Известно резьбовое соединение для бурильной колонны, состоящей из буровых штанг (RU, 2204684, кл. E 21 B 17/042, 2003 г.), где резьба выполнена конической, вершина наружной резьбы имеет рассчитанный радиус кривизны, при этом толщина материала в уязвимых частях является оптимальной из-за сочетания конической резьбы и закругленного профиля. Однако при этом ослабление напряжений осуществляется преимущественно в местах контакта упорных поверхностей.

Наиболее близкое к заявляемому техническое решение защищено патентом на полезную модель RU, 27625, кл. Е 21 В 17/00, 2002 г. Буровая штанга содержит гильзу, ниппель и муфту, а соотношение диаметров гильзы, внешнего и внутреннего, оптимизировано в очень узком диапазоне значений. Однако этого, как и в вышеупомянутых аналогах, недостаточно для обеспечения прочности и надежности конструкции в целом.

Настоящее изобретение решает задачу создания буровой штанги с резьбовыми участками на концах для монтажа в буровую колонну, обеспечивающими герметичность и прочность конструкции как при ее монтаже и демонтаже, так и при осуществлении возвратно-поступательного движения вдоль оси бурения в процессе эксплуатации путем выбора оптимальных параметров штанг и резьбового соединения в частности. Изобретение решает также задачу упрощения процесса сборки штанг в буровую колонну.

Задача решается тем, что в буровой штанге, содержащей гильзу и соединенные с ней муфту и ниппель с конической резьбой на свободных концах, внутренней - муфты, и наружной - ниппеля, резьба выполнена специальной замковой с шагом ρ=(10...12) мм, углом профиля α=40°...70° при высоте профиля h=(7...12) мм, количестве заходов, не превышающем 3-х, при этом диаметр большего основания конуса с резьбой d_p связан с внешним диаметром штанги D следующим соотношением:

D≥1,05 d_p

при значениях D от 63 мм до 245 мм, а внутренний диаметр штанги d связан с диаметром большего основания конуса с резьбой соотношением:

d≤(0,8...0,9)d_p.

Кроме того, на внешней поверхности штанги со стороны каждого из концов выполнено по паре лысок в виде двух расположенных диаметрально противоположно плоскостей, равностоящих от оси штанги. Одна из перпендикулярных оси штанги сторон каждой из лысок, размещенных со стороны муфты (имеющей внутреннюю резьбу), расположена на расстоянии 0,25 D от соответствующего торца штанги, а другая сторона каждой из лысок - на расстоянии 1,5 D, а одна из перпендикулярных оси штанги сторон каждой из лысок, размещенных со стороны ниппеля (имеющего наружную резьбу), расположена на расстоянии 0,5 D от соответствующего торца штанги, а другая сторона каждой из лысок - на расстоянии 2,5 D.

Помимо этого, перпендикулярно каждой из упомянутых пар лысок выполнена дополнительно пара лысок также в виде двух диаметрально противоположно расположенных плоскостей, аналогично первой размещенных относительно торцов штанги и ее оси.

Сущность изобретения заключается в том, что оптимальные параметры профиля резьбы введены в зависимость с оптимальным соотношением параметров штанги, при этом диапазон последних существенно расширен по сравнению с прототипом именно с точки зрения обеспечения необходимой прочности и герметичности соединений. При этом оптимальной является толщина материала в тех частях штанги, что наиболее уязвимы для поломки.

Профиль резьб и возникающее при свинчивании давление на их контактных поверхностях обеспечивает герметичность соединения при необходимой прочности на излом и растяжение, обеспечивая тем самым эксплуатационную надежность. Наличие нескольких пар лысок под ключ и их фиксированное положение по длине штанги обеспечивает надежные установку, захват и свинчивание - развинчивание элементов буровых колонн без переналадки технологического оборудование.

Изобретение поясняется описанием и приложенными к нему чертежами.

На фиг.1 представлен продольный разрез буровой штанги, на фиг.2 - разрез по А-А фиг.1, на фиг.3 - профиль резьбы во взаимодействии с резьбой ответной детали, не входящей в состав буровой штанги.

Буровая штанга состоит из гильзы 1, выполненной в виде отрезка буровой стали преимущественно круглого проката с центральным каналом и связанных с гильзой по концам, например по резьбе, соединительных элементов: муфты 2 и ниппеля 3, снабженных резьбой на свободных концах, причем внутренняя резьба расположена на муфте, а наружная - на ниппеле. Резьба выполнена конической специальной замковой. Подобное выполнение буровой штанги с соединительными элементами на концах с одинаковой по параметрам резьбой позволяет собирать штанги в бурильные колонны. Параметры резьбы выбраны оптимальными с точки зрения уменьшения напряжений в резьбовом соединении по всей контактной поверхности элементов, составляющих штангу, и, следовательно, исключения поломок штанги в местах их соединения:

- шаг резьбы ρ=(10...12) мм;

- угол профиля α=40°...70°;

- высота профиля h=(7...12)мм;

- количество заходов - не более 3-х,

при этом диаметр большего основания конуса с резьбой связан с внешним диаметром штанги D следующим соотношением:

D≥1,05d_р

при значениях D от 63 мм до 245 мм, а внутренний диаметр штанги d связан с большим диаметром основания конуса следующим соотношением:

d≤(0,8...0,9)d_р.

На внешней поверхности штанги со стороны каждого из ее концов выполнено по паре лысок 4, 5 и 6, 7 в виде двух расположенных диаметрально противоположно плоскостей, равностоящих от оси штанги. Одна из перпендикулярных оси сторон каждой из лысок, размещенных со стороны муфты, имеющей внутреннюю резьбу, находится на расстоянии α₁=0,25 D от торца штанги, а другая сторона каждой из упомянутых лысок - на расстоянии α₂=1,5 D, а одна из перпендикулярных оси штанги сторон лысок, расположенных со стороны ниппеля, имеющего наружную резьбу, отстоит от соответствующего торца штанги на расстоянии B₁=0,5 D, а другая сторона - на расстоянии В₂=2,5 D.

Перпендикулярно каждой из пар лысок (4, 5 и 6, 7) выполнена дополнительно еще пара лысок (8, 9 и 10, 11) также в виде двух расположенных диаметрально противоположно плоскостей, размещенных относительно торцов штанги аналогично лыскам 4, 5 и 6, 7 соответственно.

Функционирует буровая штанга следующим образом.

Гильзу 1 соединяют с муфтой 2 и ниппелем 3 любым способом, в том числе посредством резьбы.

Штанги, имеющие на своих концах один и тот же тип соединительных элементов, свинчиванием соединяют в бурильную колонну и таким же образом соединяют с буровым инструментом, например долотом. Удобство свинчивания обеспечивается наличием и фиксированным расположением лысок 4, 5 и 6, 7 под ключ.

Заявляемая буровая штанга может быть использована в угледобывающей промышленности для ударного бурения по породе, а также нефтяной и газовой промышленности.

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано в горнорудной, угледобывающей и нефтедобывающей промышленности. Буровая штанга содержит гильзу и соединенные с ней муфту с внутренней конической резьбой на свободном конце и ниппель с наружной конической резьбой на свободном конце. Резьба выполнена специальной замковой с шагом p=(10..12) мм, углом профиля α=40°..70° при высоте профиля h=(7..12) мм, при этом диаметр большего основания конуса d_p связан с внешним диаметром штанги D соотношением D ≥ 1,05 d_p при значениях D от 63 мм до 245 мм, а внутренний диаметр штанги d связан с диаметром большего основания конуса соотношением d ≤ (0,8..0,9)d_p. На внешней поверхности штанги вблизи каждого из ее концов выполнены по две пары взаимно перпендикулярных лысок. Изобретение обеспечивает повышение герметичности и прочности резьбового соединения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Буровая штанга, содержащая гильзу и соединенные с ней муфту с внутренней конической резьбой на свободном конце и ниппель с наружной конической резьбой на свободном конце, отличающаяся тем, что резьба выполнена специальной замковой с шагом р=(10÷12) мм, углом профиля α=40÷70° при высоте профиля h=(7÷12) мм, количестве заходов, не превышающем 3-х, при этом диаметр большего основания конуса d_p связан с внешним диаметром штанги D следующим соотношением

D ≥ 1,05 d_p,

при значениях D от 63 мм до 245 мм, а внутренний диаметр штанги d связан с диаметром большего основания конуса соотношением

d ≤ (0,8÷0,9) d_p.