ITUD20000100A1 - Tubo di perforazione ed attrezzature di scavo atte ad accoppiarsi con esso - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"TUBO DI PERFORAZIONE ED ATTREZZATURE DI SCAVO ATTE AD ACCOPPIARSI CON ESSO"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Forma oggetto del presente trovato un tubo di perforazione utilizzato per eseguire operazioni di scavo, sia verticali che orizzontali.

Più in particolare, è oggetto del trovato un tubo, od asta, di perforazione di tipo modulare, utilizzabile come elemento di prolunga aggiuntabile, insieme ad altri dello stesso tipo, man mano che procede lo scavo.

Il tubo di perforazione secondo il trovato è del tipo con filettature alle estremità, allo scopo di consentire un veloce e stabile accoppiamento con i tubi già installati e con quelli da installare.

Inoltre, il tubo secondo il trovato è idoneo ad essere .accoppiato, ad una sua estremità, ad un utensile di scavo e/o frantumazione, ed all'altra estremità a mezzi di azionamento atti a portare in rotazione la catena di tubi e l'utensile di scavo. Formano anche oggetto del trovato le relative attrezzature di scavo atte ad accoppiarsi con esso.

STATO DELLA TECNICA

Nel settore degli scavi e delle perforazioni è noto l'impiego di attrezzature che utilizzano elementi tubolari modulari aggiuntabili, idonei ad essere utilizzati in relazione al procedere dello scavo con il progressivo aumentare della profondità dello stesso. Tali elementi tubolari sono idonei ad essere accoppiati, ad una loro prima estremità, ad un utensile di scavo, quale una fresa, un martello disgregatore od altro elemento analogo, ed all'altra estremità a mezzi atti a portarli in rotazione, ad esempio un motore collegato al tubo più esterno mediante un azionamento cinematico.

Questi tubi sono idonei ad essere collegati uno all'altro, al procedere della perforazione, in modo da formare una catena di lunghezza crescente e correlata alla profondità della perforazione.

Una soluzione nota prevede che questi tubi presentino terminalmente una filettatura esterna,"od interna, atta ad accoppiarsi con una coniugata filettatura interna, od esterna, presente in corrispondenza dell'estremità opposta, sì che ogni tubo può essere di volta in volta avvitato al tubo già installato.

I tubi di questo tipo noti nella tecnica non sono efficienti per quanto riguarda la resistenza alle sollecitazioni, la stabilità e la tenuta di accoppiamento, la durata nel tempo in condizioni di efficienza, la leggerezza e la maneggevolezza.

Date anche le sollecitazioni molto elevate, di compressione, trazione, torsione e flessione, a cui sono soggetti durante l'uso, la tendenza dei progettisti è quella di realizzare spessori di tubo piuttosto elevati, a scapito del costo, della leggerezza e della maneggevolezza dei tubi stessi. In corrispondenza delle zone di accoppiamento i tubi sono soggetti a sollecitazioni composite di trazione, compressione, flessione, vibrazione, anche molto elevate, che possono determinare una riduzione della resistenza di tenuta, con conseguente allentamento fra un tubo e l'altro e riduzione della capacità di trasmettere la forza di perforazione lungo la catena di tubi. I tubi possono anche danneggiarsi in corrispondenza delle estremità e scollegarsi uno dall'altro rimanendo in sito, con conseguenze molto negative sulla lavorazione.

Per risolvere questi ed altri problemi ed ottenere altri vantaggi nel seguito evidenziati la proponente ha ideato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nelle rispettive rivendicazioni principali; le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche dell'idea di soluzione principale. Scopo del trovato è quello di realizzare un tubo di perforazione di tipo aggiuntabile con filettatura rapida che presenti caratteristiche geometriche e di profilo tali da garantire una elevata resistenza anche a sollecitazioni molto elevate di vibrazione, torsione, flessione ed urto.

Ulteriore scopo è realizzare un tubo con alte caratteristiche di leggerezza e quindi di maneggevolezza e trasportabilità.

Altro scopo è quello di garantire un ottimale accoppiamento di forma fra un tubo e l'altro, e fra i tubi e le rispettive attrezzature di scavo, garantendo una elevata stabilità e resistenza in particolare nelle zone di discontinuità in cui il tubo si accoppia, da almeno uno dei suoi lati, con due analoghi tubi contigui.

Altro scopo ancora è quello di realizzare attrezzature di scavo atte ad accoppiarsi in modo ottimale con detti tubi.

Secondo una prima caratteristica, il tubo presenta un profilo di sezione longitudinale definito da almeno due spessori, un primo spessore minore che interessa sostanzialmente il corpo e la parte intermedia del tubo ed un secondo spessore maggiore che interessa le parti di estremità del tubo interessate dall'accoppiamento filettato con i tubi contigui, e/o con le relative attrezzature di scavo. Con tale configurazione, si ottiene il vantaggio di garantire la leggerezza complessiva del tubo senza ridurne,le caratteristiche di resistenza e tenuta in corrispondenza delle zone di discontinuità fra due tubi contigui.

Secondo un'altra caratteristica, i tratti filettati che realizzano l'accoppiamento fra due tubi contigui, oppure tra un tubo e l'utensile di scavo, o tra un tubo e l'elemento di rotazione, sono ricavati su corrispondenti superf ici . anulari coniche, convergenti verso l'asse longitudinale del tubo. In particolare, na prima filettatura esterna è ricavata sostanzialmente su una parte terminale esternamente conica del tubo, ed è atta ad accoppiarsi con una seconda filettatura interna, ricavata sull'altra parte terminale internamente conica di tale tubo. La filettatura interna può essere indifferentemente ricavata nella parte posteriore od in quella anteriore del tubo, essendo ovvio che la coniugata filettatura esterna sarà ricavata di volta in volta o nella parte anteriore od in quella posteriore.

Secondo una caratteristica del trovato, la posizione di fine corsa di avvitamento fra due tubi contigui è definita da due spailamenti: un primo spallamento arretrato, presente sul tubo già inserito, sul quale va in battuta, a fine corsa, il bordo estremo del tubo da inserire, ed un secondo spallamento arretrato, presente sul tubo da inserire, sul quale va in battuta, a fine corsa, il bordo estremo del tubo già inserito.

In una soluzione preferenziale, almeno uno di detti spallamenti, vantaggiosamente entrambi, sono smussati, così come sono smussati in modo coniugato i rispettivi bordi estremo ed arretrato del tubo che cooperano in battuta con tali spallamenti.

Secondo una caratteristica del trovato, la filettatura delle estremità del tubo è ad uno o più principi e presenta un passo il cui valore è correlato al diametro esterno del tubo.

Un passo di filettatura può comprendere uno o più tratti filettati, o principi, ognuno dei quali presenta un profilo definito da un primo segmento interno sostanzialmente rettilineo e parallelo all'asse longitudinale del tubo, oppure leggermente inclinato secondo la conicità della superficie filettata, seguito da un secondo segmento inclinato divergente verso l'esterno e da un terzo segmento sostanzialmente rettilineo esterno, parallelo all'asse del tubo o inclinato secondo la conicità. Tale terzo segmento è seguito da un quarto segmento sostanzialmente ortogonale rivolto verso l'asse longitudinale del tubo, a cui· segue un eventuale secondo tratto filettato avente lo stesso profilo segmentato.

Secondo il trovato, le misure ed i rapporti dimensionali fra ogni elemento costitutivo del tubo di. perforazione sono progettati allo scopo di garantire la massima resistenza e tenuta di accoppiamento, e la miglior trasmissione della forza di perforazione garantendo un compromesso ottimale fra resistenza, leggerezza, maneggevolezza, durata nel tempo ed efficienza d'uso.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del trovato saranno chiare dalla lettura della descrizione della realizzazione preferenziale, fatta con riferimento alle tavole allegate, in cui abbiamo che:

- la fig. 1 illustra una sezione longitudinale di un tubo di perforazione secondo il trovato; - le figg. 2, 3, 4, 5 e 6 illustrano rispettivamente i particolari A, B, C, D, E di fig. 1; - la fig. 7 illustra schematicamente in esploso un ' attrezzatura di perf oraz ione comprendente un tubo, un utensile di scavo ed un mandrino di accoppiamento ai mezzi di rotazione.

DESCRIZIONE DELLA REALIZZAZIONE PREFERENZIALE

Con riferimento alla fig. 1 un tubo per perforazione 10 secondo il trovato è costituito da un elemento tubolare cavo, sostanzialmente cilindrico, avente asse longitudinale 12. Il tubo 10 è realizzato normalmente in acciaio con elevate caratteristiche di resistenza e lavorabilità, e comprende una prima estremità 10a esternamente filettata ed una seconda estremità 10b internamente filettata.

Nel caso di specie, la parte esternamente filettata è la parte anteriore del tubo 10, ossia quella parte su cui viene avvitato un coniugato utensile di scavo 15 (fig. 7), quale una fresa od un martello disgregatore, mentre la parte internamente filettata è quella posteriore, ossia la parte che si accoppia con un mandrino 16 associato ai mezzi di trasmissione del moto di rotazione. E' ovvio che tale condizione può essere invertita, realizzando una filettatura interna sulla parte anteriore ed una filettatura esterna sulla parte posteriore.

II tubo 10 illustrato in fig. 1 è definito da un diametro esterno "d" che può variare da circa 70 a circa 400 miti, e da una lunghezza utile "1" che varia da un minimo di circa 100 mm ad un massimo che può arrivare fino a 12000 mm.

Il tubo 10 comprende una parte intermedia 10c,

definita da un primo spessore "t1”,. la quale è collegata in corpo unico a due parti di estremità,

sulle quali sono ricavate le filettature,

rispettivamente esterna Ila sull'estremità IOa e 2 interna 11b sull'estremità 10b.

Dette parti di estremità 10a e 10b sono definite,

almeno parzialmente, da un secondo spessore "t2 ",

superiore a "tl", che ha la funzione di creare un ispessimento nelle zone di discontinuità tra due tubi 10, ossia quelle più soggette a sollecitazioni di torsione, flessione e compressione durante l’uso.

Nello stesso tempo, poiché la maggior parte della lunghezza del tubo 10 presenta spessore "tl", si ottengono vantaggi in termini di costo complessivo e di leggerezza e maneggevolezza del tubo 10.

Lo spessore maggiorato è definito da un allargamento sia esterno che interno rispetto all'asse 12 del tubo 10, e su tali parti a spessore maggiorato vengono, in una fase di lavorazione, ricavate dette filettature Ila e llb.

Secondo il trovato, il rapporto fra gli spessori "t2" e "t1" è compreso fra 1,1 e 3.

La posizione di fine corsa di avvitamento fra un tubo 10 e quello contiguo è definita da due spallamenti anulari.

In particolare, è presente un primo spallamento arretrato 13b (particolare A; fig. 2), su cui va in battuta il bordo estremo 14b (particolare B; fig. 3) del tubo 10, ed un secondo spallamento anulare arretrato 13a (particolare C; fig. 4) su cui va in battuta il bordo circolare estremo 14a (fig. 5) del tubo 10.

Secondo il trovato, entrambi tali spallamenti anulari 13a, 13b, insieme ai coniugati bordi 14a e 14b che cooperano con essi in posizione di fine corsa, sono smussati ed inclinati rispetto alla retta verticale all'asse 12 del tubo 10.

In particolare, lo smusso anulare dello spallamento arretrato 13b ricavato terminalmente alla filettatura esterna Ila, e quello del coniugato bordo estremo 14b, sono definiti da una uguale inclinazione "a" rispetto alla verticale compresa tra 1:10 e 1:1,5.

In modo analogo,, lo smusso anulare dello spallamento arretrato 13a ricavato terminalmente alla filettatura interna llb, e quello del coniugato bordo estremo 14a, sono anch'essi definiti da un'uguale inclinazione "β", rispetto alla verticale compresa tra 1:10 e 1:1,5.

Il vertice di detti spallamenti anulari 13a e 13b è arrotondato ed è definito da un raggio di raccordo normalizzato "R" compreso tra 0,8 e 1,2 mm. La presenza di tale doppio spallamento inclinato garantisce un accoppiamento estremamente stabile fra due tubi 10 contigui, definisce una posizione di fine corsa sicura e costante nel tempo, e garantisce una resistenza di tenuta estremamente elevata anche in presenza di forti sollecitazioni e vibrazioni.

Secondo la realizzazione preferenziale, i tratti filettati di estremità 10a e 10b sono inclinati in modo convergente verso l'asse 12 del tubo di un angolo "γ" definente un'inclinazione compresa tra 1:48 e 1:6.

Il profilo delle filettature 11a e 11b è definito da una successione di tratti segmentati (fig. 6), o principi, ognuno di lunghezza "q", che si ripetono all'interno di un passo di lunghezza "p".

Il valore del passo "p" della filettatura è variabile in funzione del diametro esterno "d" del tubo 10, e può assumere un valore minimo nell 'intorno di 12 mm per i valori minori di diametro, pari a circa 70 mm, ed un valore massimo nell'intorno di 51 mm per i valori massimi del diametro, pari a circa 400 mm.

In particolare, la soluzione preferenziale del trovato prevede che il passo "p" delle filettature Ila e llb assuma un valore compreso tra 12 e 26 mm per diametri "d" compresi tra 70 e 115 mm; un valore compreso tra 15 e 35 mm per diametri "d” compresi tra 116 e 152 mm; un valore compreso tra 20 e 45 mm per diametri "d" compresi tra 153 e 300 mm ed un valore compreso tra 25 e 51 mm per diametri "d" maggiori di 300 mm e fino a circa 400 mm.

Il rapporto fra passo "p" e lunghezza "q" di ogni tratto segmentato delle filettature Ila e llb è compreso tra 1 e 4.

L'altezza "h" del filetto, per le classi di

diametro "d" sopra identificate, è rispettivamente

compresa fra 0,5 e 2 mm per 70 < "d" < 115; fra 0,5

e 2,5 mm per 116 < "d" < 152; fra 0,75 e 3 mm per

153 < "d" < 300 e fra 1 e 3,5 mm per 300 < "d" <

400. Ogni tratto segmentato compreso in un passo

"p" delle filettature Ila, llb comprende (fig. 6} un

primo segmento, di lunghezza "y", sostanzialmente

parallelo alla direzione della conicità od all'asse

12 del tubo 10, un secondo segmento inclinato con

angolo "δ" divergente verso l'esterno, un terzo

segmento sostanzialmente rettilineo di lunghezza

"x", parallelo alla direzione della conicità od

all'asse 12 del tubo 10, ed un quarto segmento di

altezza "h" ortogonale all'asse 12 e rivolto verso

di esso.

Nella realizzazione preferenziale, il rapporto fra

la lunghezza "y" del primo segmento ed il passo "p" 2 è compreso fra 0,07 e 0,18, mentre il rapporto fra

la lunghezza "x" del terzo segmento ed il passo "p"

è compreso fra 0,07 e 0,15.

L'angolo "δ", che definisce l'inclinazione del

secondo segmento inclinato, presenta un valore

compreso tra 20° e 30°.

Le attrezzature di scavo , rispettivamente l'utensile di scavo 15 ed il mandrino 16, che sono atte ad accoppiarsi con il tubo di perforazione 10 presentano sostanzialmente le stesse caratteristiche geometriche, con la differenza che le presentano solo in corrispondenza della relativa estremità di accoppiamento.

Si ha così che l'utensile di scavo 15 presenta, nel caso di specie, internamente, una filettatura llb ed uno spallamento arretrato 13a geometricamente del tutto analoghe a quelle descritte per il tubo 10, le quali sono atte ad accoppiarsi con la filettatura esterna llb e con il bordo estremo 14a del tubo 10 stesso. In modo analogo, il mandrino 16 presenta una filettatura esterna Ila ed uno spallamento arretrato 13b del tutto analoghi a quelli visti in relazione ad analoghi particolari del tubo 10, per consentire l'accoppiamento con la filettatura interna llb e con lo spallamento 13a. 2 Pur avendo descritto una soluzione preferenziale del trovato, è ovvio che allo stesso si possono apportare modifiche e varianti le quali rientrano tutte nell'ambito del trovato stesso.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 - Tubo di perforazione utilizzabile come elemento aggiuntabile per eseguire operazioni di scavo, comprendente un corpo tubolare cavo sostanzialmente cilindrico con asse (12) e dotato di parti di estremità, (10a) e (10b), e di filettature coniugate, rispettivamente esterna (Ila) ed interna (11b), ricavate in corrispondenza di dette estremità (10a) e (10b), caratterizzato dal fatto che la posizione di fine corsa di avvitamento fra un tubo (10) e quello contiguo è definita da due spallamenti anulari, arretrato esterno (13b) ed arretrato interno (13a), detti due spallamenti anulari (13b, 13a) essendo smussati ed inclinati rispetto alla verticale all'asse (12) ed essendo idonei a cooperare rispettivamente con un bordo circolare estremo smussato (14b) del tubo (10) e con un bordo circolare estremo smussato (14a) del tubo (10). 2 2 - Tubo di perforazione come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti spallamenti anulari (13b, 13a) sono ricavati, rispettivamente, terminalmente alla filettatura esterna (Ila) e terminalmente alla filettatura interna (llb). 3 - Tubo di perforazione come alla rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che dette filettature (Ila, llb) sono ricavate su rispettive superfici anulari coniche aventi inclinazione rispetto all'asse (12) compresa fra 1:48 e 1:6. 4 - Tubo di perforazione come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto spallamento anulare arretrato (13b) presenta inclinazione ("a") rispetto alla verticale all'asse (12) compresa tra 1:10 e 1:1,5. 5 - Tubo di perforazione come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto spallamento anulare arretrato (13a) presenta inclinazione ("β") rispetto alla verticale all'asse (12) compresa tra 1:10 e 1:1,5. 6 - Tubo di perforazione come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette filettature (11a, 11b) presentano un profilo ad uno o più principi definito da almeno un tratto segmentato di lunghezza ("q") all'interno di un passo di lunghezza ("p"), in cui il rapporto fra passo ("p") e lunghezza ("q") di ogni tratto segmentato è compreso fra 1 e 4. 7 - Tubo di perforazione come alla rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il passo ("p") della filettatura è compreso fra 12 e 26 mm per tubi (10) di diametro esterno ("d") compreso fra 70 e 115 mm, fra 15 e 35 mm per un diametro ("d") compreso fra 116 e 152 mm, fra 20 e 45 mm per un diametro ("d") compreso tra 153 e 300 mm e fra 25 e 51 mm per un diametro ("d") compreso fra 300 e 400 mm. 8 - Tubo di perforazione come alle rivendicazioni 6 e 7, caratterizzato dal fatto che le filettature (Ila, llb) presentano un'altezza ( "h") del filetto compresa fra 0,5 e 2 mm per 70 < ("d") < 115; fra 0,5 e 2,5 mm per 116 < ("d") < 152; fra 0,75 e 3 mm per 153 < ("d") < 300 e fra 1 e 3,5 mm per 300 < ("d") < 400. 9 - Tubo di perforazione come alla rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che ogni tratto segmentato all'interno di un passo ("p") è definito da un primo segmento di lunghezza ("y"), sostanzialmente parallelo all'asse (12) del tubo (10) o inclinato secondo la conicità, da un secondo segmento inclinato verso l'esterno con angolo ("5"), da un terzo segmento di lunghezza ("x"), sostanzialmente parallelo all'asse (12) del tubo (10) o inclinato secondo la conicità, e da un quarto segmento ("h") ortogonale all'asse (12). 10 - Tubo di perforazione come alla rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che il rapporto fra lunghezza ("y") del primo segmento e passo ("p") è compreso tra 0,07 e 0,18. 11 - Tubo di perforazione come alla rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che il rapporto fra lunghezza ("x"] del terzo segmento e passo ("p") è compreso tra 0,07 e 0,15. 12 - Tubo di perforazione come alla rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che l'angolo ("6") è compreso tra 20° e 30°. 13 - Tubo di perforazione come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che presenta un profilo in sezione longitudinale definito da almeno due spessori, un primo spessore minore ("t1") che interessa sostanzialmente la parte intermedia del tubo (10), ed un secondo spessore maggiore ( "t2 ") che interessa dette parti di estremità (10a, 10b) interessate dall'accoppiamento filettato con tubi (10) contigui, in cui il rapporto fra spessore maggiore ("t2") e spessore minore ("t1") è compreso fra 1,1 e 3. 14 - Tubo di perforazione come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che almeno uno di detti due spallamenti anulari (13a, 13b) presenta vertice arrotondato e definito da un raggio di raccordo ("R") normalizzato compreso fra 0,8 e 1,2. 15 - Attrezzature di scavo, comprendenti almeno un utensile di scavo (15) od un mandrino (16) associato a mezzi di rotazione, dette attrezzature essendo atte ad accoppiarsi ad almeno un tubo di perforazione (10), caratterizzate dal £atto che presentano, almeno ad una loro estremità, una filettatura esterna (11a), od interna (11b) ricavata su una superficie conica ed atta ad accoppiarsi con una corrispondente filettatura, interna (llb) od esterna (11a), presente nel rispettivo tubo (10), ed un corrispondente spallamento arretrato (13b, 13a) atto ad accoppiarsi in battuta con un corrispondente bordo estremo (14b, 14a) presente nel rispettivo tubo (10). 16 - Attrezzature di scavo come alla rivendicazione 15, caratterizzate dal fatto che dette filettature (Ila, llb) presentano un profilo ad uno o più principi definito da almeno un tratto segmentato di lunghezza ("q") all'interno di un passo di lunghezza (”p” ), in cui il rapporto fra passo ("p") e lunghezza ("q") di ogni tratto segmentato è compreso fra 1 e 4, ed in cui il passo ("p") della filettatura è compreso fra 12 e 26 mm per tubi (10) di diametro esterno ("d") compreso fra 70 e 115 mm, fra 15 e 35 mm per un diametro ("d") compreso fra 116 e 152 mm, fra 20 e 45 mm per un diametro ("d") compreso tra 153 e 300 mm e fra 25 e 51 mm per un diametro ("d") compreso fra 300 e 400 mm. 17 - Attrezzature di scavo come alle rivendicazioni 15 e 16, caratterizzate dal fatto che dette filettature (11a, 11b) presentano un’altezza ("h") del filetto compresa fra 0,5 e 2 mm per 70 < (11d ") < 115, fra 0,5 e 2,5 mm per 116 < ("d") < 152; fra 0,75 e 3 mm per 153 < ("d") < 300 e fra 1 e 3,5 mm per 300 < ("d”) < 400. 18 - Tubo di perforazione ed attrezzature di scavo atte ad accoppiarsi con esso, sostanzialmente come descritti ed illustrati negli annessi disegni.