EA008135B1

EA008135B1 - Устройство для запирания резьбовых соединений труб

Info

Publication number: EA008135B1
Application number: EA200600547A
Authority: EA
Inventors: Бриньюлв Аас
Original assignee: Нэшнел Ойлвелл Норвей Ас
Priority date: 2003-09-18
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2007-04-27
Also published as: NO20034158L; WO2005026494A1; DK1664477T3; CN1853030A; EP1664477B1; CA2535372A1; CN100482917C; EA200600547A1; US20070001457A1; US7887098B2; MXPA06002942A; DE602004009812D1; EP1664477A1; ATE377131T1; NO20034158D0; DE602004009812T2; BRPI0414525A; CA2535372C; BRPI0414525B1

Abstract

Предложено устройство для запирания резьбового соединения труб, в котором свинчиваются вместе два резьбовых соединительных модуля. Отличительными особенностями запорного устройства является то, что оно содержит два запорных кольца, зацепляемых друг с другом при помощи соответствующих зубцов и гнезд, выполненных на их первых сторонах. Кольца имеют различное количество зубцов и гнезд на своих вторых сторонах. Две вторые стороны, обращенные к соответствующим соединительным модулям, выполнены с возможностью сцепления с соответствующим количеством гнезд и зубцов на плечике противоположной стороны соединительного модуля, после того, как кольца разведены в осевом направлении, при одновременном сохранении взаимного сцепления первого кольца и второго кольца.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к механическому запорному устройству для резьбовых соединений труб, используемых в бурильных установках.

Предшествующий уровень техники

В процессе бурения для вращения и манипулирования бурильной колонной, проходящей вертикально по центру скважины, используют верхний привод или башенную бурильную машину. Башенные бурильные машины появились на рынке около 1980 г. для замены ведущих бурильных труб и буровых роторов, которые до этого времени были единственными доступными бурильными системами. Основная задача башенной бурильной машины состоит в приложении к бурильной колонне сверху момента вращения, вместо того, чтобы передавать его через трубу для роторного бурения. Система способна создавать вращение и нагнетать буровой раствор непрерывно во время бурения вследствие использования гидравлических или электрических двигателей, установленных над бурильной колонной. Башенные бурильные машины обычно используются на наземных бурильных установках. Башенная бурильная машина связана с верхом бурильной колонны непосредственно через стандартные резьбовые соединения, используемые в этой области техники.

Такие соединения содержат участки с наружной и соответствующей внутренней резьбой. Используются как резьбовые соединения, стандартизованные АНИ (Американским нефтяным институтом), так и резьба ИС (американская укрупненная резьба). Дальнейшие спецификации доступны в стандартах АНИ.

Некоторые машины используют ключ с ограничением по крутящему моменту для затягивания или ослабления соединения между бурильной машиной и бурильной колонной, например, следующих соединений:

между оборудованием буровой установки и промежуточным переводником (между башенной бурильной машиной и промежуточным переводником или перепускным переводником);

между промежуточным переводником и внутренним противовыбросовым превентером (1ВОР); между оборудованием буровой установки и внутренним противовыбросовым превентером; между несколькими внутренними противовыбросовыми превентерами; и между внутренним противовыбросовым превентером и предохранительным переводником.

Как альтернатива ключу с ограничением по крутящему моменту бурильное оборудование может быть снабжено резервным керноподъемником. В такой конструкции бурильный модуль оборудования используется в качестве силовой установки, обеспечивающей требуемый крутящий момент для затягивания или ослабления упомянутых соединений.

Для бурильного оборудования, снабженного резервным керноподъемником или задерживающим ключом, важно, чтобы соединение между ним и указанными выше элементами не повреждалось при освобождении оборудования от бурильной колонны. Взаимоблокировка обычно обеспечивается комплектом фланцев с внутренним коническим пазом, снабженных разъемными внутренними кольцами. Когда фланцы соединены болтами, внутреннее кольцо проталкивается по направлению к соединительным модулям, и осуществляется фрикционное запирание. Это обеспечивает надежное запирание, однако установка и демонтаж занимают много времени, кроме того, велик риск повреждения.

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в создании механического запорного устройства для резьбовых соединений труб в бурильных установках, обеспечивающего надежное запирание без использования фланцевых соединений.

Другая задача изобретения заключается в создании запорного устройства, которое могло бы применяться независимо от радиальной ориентации соединенных труб.

Следующая задача изобретения заключается в создании запорного устройства, которое было бы более быстрым и безопасным в эксплуатации по сравнению с используемыми в настоящее время фланцевыми конструкциями.

Перечень фигур, чертежей

Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будет подробно описан пример осуществления изобретения, не вносящий каких-либо ограничений. На чертежах фиг. 1 представляет в разобранном виде запорное устройство согласно изобретению;

фиг. 2 - в перспективе запорное устройство согласно изобретению;

фиг. 3 - в перспективе первое запорное кольцо;

фиг. 4 - вид сбоку первого запорного кольца;

фиг. 5 - вид сбоку в осевом направлении кольца по фиг. 3 и 4;

фиг. 6 - вид сбоку в осевом направлении кольца по фиг. 3 и 4;

фиг. 7 - вид сбоку кольца по фиг. 3 и 4 в разрезе по линиям А-А и В-В;

фиг. 8 - в перспективе второе запорное кольцо;

фиг. 9 - вид сбоку второго запорного кольца;

фиг. 10 - вид сбоку в осевом направлении кольца по фиг. 8 и 9;

фиг. 11 - вид сбоку в осевом направлении кольца по фиг. 8 и 9;

- 1 008135 фиг. 12 - вид сбоку кольца по фиг. 8 и 9 в разрезе по линиям А-А и В-В.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Изобретение предлагает устройство для запирания резьбовых соединений труб, используемых на буровых установках. Запорная конструкция содержит первое кольцо 1 и второе кольцо 2 с осевыми зубцами 3, 4, 5, 6 и соединительные модули 7, 8 с рядом гнезд и зубцов 9, 10, 11, 12. Запорное устройство предназначено для дополнительного закрепления соединения, помимо крутящего момента, прикладываемого в соответствии с настоящим описанием, до того, как кольца 1, 2 будут установлены на свои места и заперты.

Вследствие наличия ряда зубцов 3, 4, 5, 6 и их распределения, запирание может быть осуществлено независимо от радиального положения соединительных модулей 7, 8 относительно друг друга, после того, как завершено резьбовое соединение. Это возможно вследствие различного количества зубцов 3, 6 на первом и втором запорных кольцах 1, 2, а также их взаимного расположения. Первое 1 и второе 2 кольца имеют, соответственно, четное и нечетное количество зубцов 3, 6, а также имеется соответствующее количество гнезд 11, 12 в соединительных модулях 7, 8 бурильной машины или бурильной колонны, или в других соединениях. В представленном варианте на первом и втором кольцах предусмотрено, соответственно, семнадцать и восемнадцать зубцов 3, 6. Зубцы 3, 6 равномерно распределены по периферии колец, как показано на фиг. 2 и 4. Однако количество зубцов 3, 6 может отличаться от указанных значений, также как их размеры и распределение по периферии. Варьирование этих параметров вызывает изменение устойчивости системы к радиальному смещению двух соединительных модулей. Предпочтительные размерные соотношения показаны на прилагаемых чертежах.

Два запорных кольца 1, 2 в каждом соединении входят в зацепление друг с другом посредством ряда ориентированных в осевом направлении зубцов 4, 5, выполненных на первой кромке, соответственно, первого 1 и второго 2 запорных колец. В представленном примере на каждом кольце 1, 2 предусмотрено четыре зубца 4, 5. В процессе соединения резьбовых участков два запорных кольца 1, 2 соединяют впритык друг с другом как можно плотнее путем зацепления четырех зубцов 4, 5 с соответствующими гнездами или пазами. После соединения резьбовых участков запорные кольца 1, 2 разводят в стороны и поворачивают на плечиках 15, 16 соединительных модулей, чтобы ввести зубцы 3, 6 на внешней кромке первого 1 и второго 2 колец в зацепление с гнездами 11, 12, выполненными на двух соединительных модулях. Кольца могут быть отведены друг от друга вручную, механическим образом или другими средствами, а затем заперты при помощи запорных средств 13, например, болтов в полостях 14 одного из запорных колец 1, 2. Окончательное положение колец 1, 2 зависит от радиальной ориентации соединительных модулей относительно друг друга. Вследствие различного количества зубцов 3, 6 и их ориентации всегда будет существовать положение, в котором два запорных кольца 1, 2 одновременно зацепляются с гнездами 11, 12 двух соединительных модулей 7, 8. Таким образом, запорные кольца 1, 2 сцепляются между собой, и каждое из колец 1, 2 входит в зацепление, соответственно, с первым и вторым соединительными модулями 7, 8. Запорные кольца обеспечивают таким образом радиальную взаимную блокировку двух соединительных модулей 7, 8 относительно друг друга, что предотвращает их развинчивание.

Запорные кольца 1, 2 согласно представленному на чертежах примеру выполнены следующим образом. Первое кольцо 1 снабжено четырьмя зубцами 4 и гнездами для зацепления с имеющими идентичную форму зубцами 5 и гнездами второго кольца 2. Зубцы 4, 5 образуют сектор кромки кольца величиной 45°. Высота зубца равна 73 мм. Размеры гнезд соответствуют размерам зубцов 4, 5 с учетом необходимых допусков. Зубцы 3, 6 на противоположных сторонах колец 1, 2, то есть на сторонах, которые зацепляются с соединительными модулями 7, 8, сформированы различным образом на первом 1 и втором 2 запорных кольцах.

Первое запорное кольцо 1 снабжено нечетным количеством зубцов 3, выполненных на стороне, которая обращена к соединительному модулю 7. В примере по фиг. 3 количество зубцов 3 равно семнадцати, следовательно, имеется семнадцать гнезд. Половина зубца 3 и половина гнезда вместе образуют сектор кромки кольца величиной 10,59°. Каждый зубец 3 имеет высоту 10 мм, а размер каждого гнезда на соединительном модуле соответствует размеру зубца 3 с учетом необходимого допуска.

Второе запорное кольцо 2 снабжено четным количеством зубцов 6 на стороне, обращенной к соединительному модулю 8. В примере по фиг. 2 количество зубцов равно восемнадцати, следовательно, имеется восемнадцать гнезд. Половина зубца 6 и половина гнезда вместе образуют сектор кромки кольца величиной 10°. Каждый зубец 6 имеет высоту 10 мм, а размер каждого гнезда на соединительном модуле 8 соответствует размеру зубца 6 с учетом необходимого допуска.

Все перечисленные размеры могут варьироваться и должны выбираться с учетом размера соединительных модулей 7, 8 и величин сил, воздействующих на запорное устройство. Таким образом, все размеры приведены лишь в качестве примеров, и изобретение ограничено исключительно прилагаемой формулой.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для запирания резьбовых соединений труб, в которых предусмотрены два резьбовых соединительных модуля (7, 8), имеющих свинчиваемые вместе участки, соответственно, с внутренней и наружной резьбой, содержащее первое запорное кольцо (1) и второе запорное кольцо (2), имеющие первую и вторую стороны, для запирания соединительных модулей в радиальном направлении относительно друг друга, отличающееся тем, что первая и вторая стороны запорных колец снабжены зубцами и промежуточными гнездами, причем первое кольцо (1) и второе кольцо (2) входят в зацепление друг с другом посредством соответствующих зубцов (4, 5) на первых сторонах колец, при этом указанные кольца имеют различное количество гнезд и зубцов (3, 6) на вторых сторонах, обращенных к соответствующим соединительным модулям (7, 8), выполненным с возможностью сцепления с соответствующим количеством гнезд (11, 12) и зубцов (9, 10) на плечике кромки соединительных модулей (7, 8) после разведения в осевом направлении колец (1, 2), при одновременном сохранении взаимного сцепления первого кольца (1) и второго кольца (2).
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что запорные кольца (1, 2) выполнены с возможностью скольжения в радиальном и осевом направлениях на плечиках (15, 16) соединительных модулей (7, 8).
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что запорные кольца (1, 2) на сторонах, обращенных к соединительным модулям (7, 8), снабжены зубцами (3, 6), имеющими прямые боковые стороны, и гнездами со скошенными сторонами.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединительные модули (7, 8) снабжены зубцами (9, 10) со скошенными боковыми сторонами и гнездами (11, 12) с прямыми сторонами.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зубцы (3, 6, 9, 10) и гнезда (11, 12), которые входят в зацепление друг с другом, выполнены с допуском, достаточным для компенсации возможных незначительных деформаций запорных колец (1,2).
6. Способ запирания резьбовых соединений труб, отличающийся использованием устройства, охарактеризованного в п.1, в котором устанавливают на плечиках (15, 16) соединительных модулей (7, 8) два запорных кольца (1,2), выполненных с возможностью зацепления друг с другом посредством зубцов (4, 5) и гнезд, предусмотренных на их первых сторонах; свинчивают вместе соединительные модули (7, 8); вводят зубцы (3, 6) и гнезда на вторых сторонах запорных колец (1, 2) в зацепление с гнездами (И, 12) и зубцами (9, 10) соединительных модулей (7, 8) после свинчивания вместе указанных соединительных модулей; разводят кольца (1, 2) в осевом направлении; запирают запорные кольца (1,2) относительно друг друга в осевом направлении при помощи запорных средств (13).
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что запорные кольца (1, 2) разводят в осевом направлении вручную и запирают при помощи запорных болтов (13).