Буровая штанга

Буровая штанга

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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.

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.

2. Буровая штанга по п.1, отличающаяся тем, что на ее внешней поверхности вблизи каждого из концов выполнена пара лысок, равноотстоящих от оси штанги, причем одна из перпендикулярных оси штанги сторон каждой лыски, размещенных со стороны муфты, 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 лыски, размещенной со стороны ниппеля, расположена на расстоянии 0,5 D, другая сторона каждой лыски - на расстоянии 2,5 D.

3. Буровая штанга по п.2, отличающаяся тем, что перпендикулярно каждой из упомянутых пар лысок выполнена дополнительно пара лысок, аналогично первой расположенная относительно оси штанги и ее торцов.