RU2017929C1

RU2017929C1 - Joint of augers

Info

Publication number: RU2017929C1
Authority: RU
Inventors: В.Н. Шамшин; В.А. Гаврилов; Н.П. Чухряев; В.П. Брежицкий; И.М. Дульцев; В.В. Калинин
Original assignee: Шамшин Владимир Николаевич; Гаврилов Валерий Александрович; Чухряев Николай Павлович; Брежицкий Владимир Павлович; Дульцев Иван Михайлович; Калинин Владимир Вадимович
Priority date: 1990-04-09
Filing date: 1990-04-09
Publication date: 1994-08-15

Abstract

FIELD: hole drilling. SUBSTANCE: joint includes half- couplings with end-face cam protrusions and cavities. Side faces of protrusions and cavities opposite to working faces are inclined. Angle of inclination of side faces is smaller than friction angle, and width of projection tops is smaller than width of their base. EFFECT: reduced time for disassembly-reassembly and increased reliability. 3 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу, а именно к замковым соединениям буровых шнеков или штанг при вращательном бурении скважин, и может быть использовано для соединения других подобных элементов. The invention relates to mining, and in particular, to castle joints of augers or rods during rotary drilling of wells, and can be used to connect other similar elements.

Известно замковое соединение буровых шнеков, состоящее из втулки, соединенной при помощи пальца с двухгранным хвостовиком, входящим в эту втулку (Сафохин М.С., Катанов Б.А. Машинист бурового станка на карьере, - М.: Недра, 1984, с.64). A well-known castle connection of drilling augers, consisting of a sleeve connected by means of a finger with a two-sided shank included in this sleeve (Safokhin M.S., Katanov B.A., Drilling rig operator on a quarry, - M .: Nedra, 1984, p. 64).

Недостаток таких конструкций заключается в том, что диаметр двухгранного хвостовика значительно меньше жестко соединенной с ним трубы шнека. Это приводит к росту напряжений кручения в месте соединения хвостовика с трубой, и как следствие из соображений прочности вынуждает увеличивать сечение двухгранного хвостовика и наружный диаметр втулки, с которой он соединяется. Увеличение наружного диаметра втулки по отношению диаметру трубы приводит к уменьшению свободного сечения в межвитковом пространстве шнека, ухудшает очистку скважины от буровой мелочи, снижает скорость бурения. The disadvantage of such designs is that the diameter of the dihedral shank is much smaller than the screw pipe rigidly connected to it. This leads to an increase in torsional stresses at the junction of the shank with the pipe, and as a result, for reasons of strength, it forces to increase the cross-section of the dihedral shank and the outer diameter of the sleeve with which it is connected. An increase in the outer diameter of the sleeve with respect to the diameter of the pipe leads to a decrease in the free section in the inter-turn space of the screw, worsens the cleaning of the borehole fines, and reduces the drilling speed.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является замковое соединение буровых шнеков, включающее буровую трубу, закрепленные на ее концах кольцевые полумуфты с наружным диаметром, равным диаметру буровых труб, и с кулачковыми выступами на торцах взаимодействия и ответными впадинами и расположенный в плоскости полумуфт хвостовик с фиксатором [2] . В этом соединении крутящий момент и усилия подачи передаются не через центральный хвостовик и фиксатор, а через удаленные от оси бурового шнека кулачковые выступы, выполненные на торцах взаимодействия кольцевых полумуфт, вследствие чего нагрузки на элементы соединения значительно уменьшены. При этом боковые грани кулачковых выступов и ответных им впадин перпендикулярны их вершинам, а поверхность вершин лежит в плоскости, перпендикулярной оси бурового шнека. Это способствует увеличению потребного усилия для самопроизвольного разъединения кулачковых выступов и позволяет передавать через них большие крутящие моменты и усилия подачи. The closest to the proposed technical essence is the lock connection of the augers, including a drill pipe, annular half-couplings fixed to its ends with an outer diameter equal to the diameter of the drill pipes, and with cam protrusions at the ends of the interaction and reciprocal depressions and a shank with a clamp located in the plane [2]. In this connection, the torque and feed forces are transmitted not through the central shank and retainer, but through cam protrusions remote from the axis of the drill auger, made at the ends of the interaction of the annular coupling halves, as a result of which the loads on the connection elements are significantly reduced. In this case, the lateral faces of the cam protrusions and their depressions corresponding to them are perpendicular to their vertices, and the surface of the vertices lies in a plane perpendicular to the axis of the drill auger. This helps to increase the required effort for spontaneous separation of the cam tabs and allows you to transfer large torques and feed forces through them.

Недостаток данного изобретения заключается в том, что боковые грани кулачковых выступов, как рабочие, т.к. те, которые передают крутящий момент в направлении резания породы, так и нерабочие, т.е. те, которые передают крутящий момент обратного направления (холостое вращение при "прошуровке" скважины), выполнены перпендикулярно вершинам кулачковых выступов и образуют прямоугольное в сечении соединение, требующее весьма точного изготовления и центрирования при сборке шнеков. При бурении, особенно на большую глубину, имеет место искривление бурового става, перекос замковых соединений и заклинивание кулачковых выступов между собой, что затрудняет разборку замковых соединений такого типа, вынуждает применять тяжелые предметы для их рассоединения. В процессе эксплуатации возможна деформация кулачковых выступов, приводящая к их заклиниванию между собой, что также затрудняет разборку и последующую сборку буровых шнеков, снижает надежность работы и увеличивает время вспомогательных операций. The disadvantage of this invention is that the lateral faces of the cam protrusions, as workers, because those that transmit torque in the direction of cutting the rock, and non-working, i.e. those that transmit reverse torque (idle rotation during well “drilling”) are made perpendicular to the tops of the cam projections and form a rectangular connection in cross section, which requires very precise manufacturing and centering when assembling the screws. When drilling, especially to a great depth, there is a curvature of the drill stand, misalignment of the locking joints and jamming of the cam protrusions between themselves, which makes it difficult to disassemble the locking joints of this type, forcing heavy objects to be used to disconnect them. During operation, deformation of the cam projections is possible, leading to their jamming between themselves, which also complicates the disassembly and subsequent assembly of drill augers, reduces the reliability of operation and increases the time of auxiliary operations.

Цель изобретения - сокращение времени сборки-разборки и увеличения надежности работы. The purpose of the invention is to reduce the time of assembly-disassembly and increase the reliability.

Достигается это тем, что в замковом соединении буровых шнеков, включающем буровую трубу, закрепленные на ее концах кольцевые полумуфты с наружным диаметром, равным диаметру буровых труб, и с кулачковыми выступами на торцах взаимодействия и ответными впадинами, и расположенный в полости полумуфт хвостовик с фиксатором, боковые грани кулачковых выступов и ответных им впадин, противолежащие рабочим граням кулачковых выступов и ответных впадин, выполнены с наклоном, причем угол наклона боковых граней меньше угла трения, а ширина вершин выступов меньше ширины их основания. This is achieved by the fact that in the castle connection of the drill augers, including the drill pipe, annular half-couplings with an outer diameter equal to the diameter of the drill pipes and with cam projections at the ends of the interaction and reciprocal cavities, and a shank with a clamp located in the cavity, are fixed to its ends, the lateral faces of the cam protrusions and their reciprocal depressions, opposite the working faces of the cam protrusions and the reciprocal depressions, are made with an inclination, and the angle of inclination of the side faces is less than the angle of friction, and the width of the vertices upov less than the width of their base.

На фиг.1 показано замковое соединение; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1. 1 shows a locking connection; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 is a section bB in figure 1.

Замковое соединение буровых шнеков включает буровую трубу 1, закрепленные на ее концах кольцевые полумуфты 2 с наружным диаметром, равным диаметру буровых труб 1, и с кулачковыми выступами 3 на торцах взаимодействия 4 и ответными впадинами, и расположенный в полости полумуфт 2 хвостовик 5 с фиксатором (палец) 6, который связывает через хвостовик 5 кольцевые полумуфты 2 буровых труб 11 соседних шнеков и предохраняет их от самопроизвольного разъединения в процессе спуско-подъемных операций. При этом боковые грани 7 кулачковых выступов 3 и ответных им впадин, противолежащие рабочим граням 8 кулачковых выступов 3 и ответных впадин, выполнены с наклоном, причем угол наклона боковых граней 7 меньше угла трения, а ширина вершин выступов 3 меньше ширины их основания. The lock connection of the drill augers includes a drill pipe 1, annular half-couplings 2 fixed at its ends with an outer diameter equal to the diameter of the drill pipes 1, and with cam protrusions 3 at the ends of the interaction 4 and reciprocal cavities, and a shank 5 located in the cavity of the coupling 2 with a clamp ( finger) 6, which connects through the shank 5 annular coupling halves 2 of the drill pipe 11 of the adjacent screws and protects them from spontaneous separation during tripping operations. In this case, the lateral faces 7 of the cam projections 3 and their corresponding troughs, opposite to the working faces of the 8 cam projections 3 and the troughs, are made with an inclination, the angle of inclination of the side faces 7 is less than the angle of friction, and the width of the vertices of the protrusions 3 is less than the width of their base.

Работа замкового соединения заключается в следующем. Бурение скважин на определенную глубину осуществляется путем последовательного наращивания (сборки) бурового става из отдельных буровых шнеков, его вращение в направлении резания породы (спираль на шнеке не показана) и подаче на забой. При этом передача усилия подачи осуществляется через торцы взаимодействия 4 обеих кольцевых полумуфт 2, а передача максимального крутящего момента в направлении резания породы через боковые рабочие грани 8 кулачковых выступов 3 и ответных им впадин. Передача крутящего момента в обратном направлении (холостое вращение) осуществляется через наклонные боковые грани 7 кулачковых выступов 3 и ответных им впадин. The work of the castle connection is as follows. Drilling of wells to a certain depth is carried out by sequentially increasing (assembling) the drill string from individual drilling augers, rotating it in the direction of cutting the rock (a spiral on the screw is not shown) and feeding it to the bottom. In this case, the transmission of the supply force is carried out through the ends of the interaction 4 of the two annular coupling halves 2, and the maximum torque is transmitted in the direction of cutting the rock through the lateral working faces 8 of the cam ledges 3 and their corresponding troughs. The transmission of torque in the opposite direction (idle rotation) is carried out through the inclined side faces 7 of the cam tabs 3 and their corresponding troughs.

Выполнение боковых граней кулачковых выступов под углом наклона менее угла трения позволяет передавать через них крутящий момент без проскальзывания и разъединения кольцевых полумуфт замкового соединения, что исключает изгиб или срез фиксаторов и повышает надежность работы замкового соединения. Это решение позволяет увеличить ширину (толщину) основания кулачковых выступов, повышает их сопротивление изгибающим нагрузкам от действия крутящего момента и также обеспечивает надежность работы. The execution of the lateral faces of the cam ledges at an angle less than the angle of friction allows you to transmit torque through them without slipping and disconnecting the annular half-couplings of the lock connection, which eliminates the bending or shear of the locks and increases the reliability of the lock connection. This solution allows you to increase the width (thickness) of the base of the cam tabs, increases their resistance to bending loads from the action of torque and also ensures reliability.

Предлагаемое соединение позволяет ускорить процесс сборки буровых шнеков за счет облегчения поиска кулачковым выступом, ответной ему впадины, т. к. ширина вершин кулачковых выступов меньше ширины их основания. По этой же причине существенно облегчается процесс разборки буровых шнеков, как в случае деформации кулачковых выступов, так и при искривлении бурового става в скважине, что достигается путем снятия фиксатора и подъема верхнего шнека с его реверсом до момента выхода кулачковых выступов верхнего шнека из замкового соединения по наклонной поверхности боковых граней кулачковых выступов нижнего шнека. The proposed connection allows you to speed up the assembly process of the drilling augers by making it easier for the cam protrusion to search for a depression corresponding to it, since the width of the vertices of the cam protrusions is less than the width of their base. For the same reason, the process of disassembling drill augers is greatly facilitated, both in the case of deformation of the cam protrusions and when the drill stand is bent in the well, which is achieved by removing the lock and lifting the upper screw with its reverse until the cam protrusions of the upper screw exit the castle connection the inclined surface of the side faces of the cam projections of the lower screw.

Claims

LOCKING CONNECTION OF DRILL AUGERS, including a drill pipe, annular half-couplings fixed at its ends with an outer diameter equal to the diameter of the drill pipes, and with cam protrusions at the ends for interaction with reciprocal cavities and a shank with a clamp located in the cavity of the coupling, characterized in that, with In order to reduce the assembly-disassembly time and increase the reliability in operation, the lateral faces of the cam protrusions and their troughs opposite to the working faces of the cam protrusions and their troughs are made with an inclination m, wherein the angle of inclination of the side faces is less than the friction angle, and the width of the vertices of the projections is less than the width of their bases.