RU210115U1

RU210115U1 - Drill pipe with double-shouldered locks of reduced outer diameter

Info

Publication number: RU210115U1
Application number: RU2021123199U
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Гетьман; Юрий Алексеевич Трифонов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью «Темерсо-инжиниринг»
Priority date: 2021-08-03
Filing date: 2021-08-03
Publication date: 2022-03-29

Abstract

Предложена бурильная труба, включающая тело трубы диаметром 89 мм с высаженными концами и с приваренными к ним ниппелем и муфтой, имеющими коническую резьбу З-83 с шагом 8,467 мм, конусностью 1:9,6, углом при вершине резьбы 90°, с внешним и внутренним упорами, в которой с целями повышения прочности на кручение её замкового соединения угол наклона наружной поверхности упорного пояска ниппеля к продольной оси замка уменьшен до значения больше 0°, но меньше или равного 2°58´53´´. Это позволило увеличить предельно допустимый крутящий момент замка приблизительно на 3% даже при увеличении диаметра внутреннего канала замков до 54 мм. В свою очередь, увеличение диаметра снижает гидравлическое сопротивление прокачке бурового раствора и увеличивает номенклатуру геофизических приборов, способных пройти через трубу.Дополнительно замки трубы могут быть снабжены сигнальными проточками для индикации износа наружной поверхности замков, расположенными на фасках их внешних упорных торцов, а муфта - ещё и разгрузочной канавкой определённого профиля.A drill pipe is proposed, including a pipe body with a diameter of 89 mm with upset ends and with a nipple and a sleeve welded to them, having a Z-83 conical thread with a pitch of 8.467 mm, a taper of 1:9.6, a thread apex angle of 90°, with external and internal stops, in which, for the purpose of increasing the torsion strength of its interlock, the angle of inclination of the outer surface of the nipple thrust band to the longitudinal axis of the lock is reduced to a value greater than 0°, but less than or equal to 2°58´53´´. This made it possible to increase the maximum permissible torque of the lock by approximately 3% even with an increase in the diameter of the inner channel of the locks up to 54 mm. In turn, an increase in diameter reduces the hydraulic resistance to pumping the drilling fluid and increases the range of geophysical instruments that can pass through the pipe. Additionally, the pipe locks can be equipped with signal grooves to indicate the wear of the outer surface of the locks located on the chamfers of their outer thrust ends, and the coupling can also and relief groove of a certain profile.

Description

Предложенная полезная модель относится к области горного дела, а именно к бурильным трубам наружным диаметром 89 мм (БТ), предназначенным в основном для бурения, аварийных работ и капитального ремонта в скважинах, обсаженных трубами размером 140-168 мм.The proposed utility model relates to the field of mining, namely to drill pipes with an outer diameter of 89 mm (OD), intended mainly for drilling, emergency work and workover in wells cased with pipes measuring 140-168 mm.

От бурильных труб требуется, чтобы они были способны передавать высокий крутящий момент на долото, выдерживать осевую растягивающую и сжимающую нагрузку и надежно работать в условиях знакопеременного изгиба в горизонтальных и сильно искривленных скважинах. Последнее требование означает, что трубы, в первую очередь замки труб, должны обладать высоким сопротивлением усталости, или высокой усталостной прочностью. Также необходимо, чтобы сквозь них можно было прокачивать буровой раствор с минимальными потерями на гидравлическое сопротивление и чтобы сквозь них можно было проводить геофизические приборы определенного диаметра.Drill pipe is required to be able to transmit high torque to the bit, withstand axial tensile and compressive loads, and perform reliably in alternating bending conditions in horizontal and highly deviated wells. The latter requirement means that pipes, especially pipe interlocks, must have high fatigue resistance, or high fatigue strength. It is also necessary that drilling fluid can be pumped through them with minimal losses due to hydraulic resistance and that geophysical instruments of a certain diameter can be passed through them.

В случаях, когда это не имеет значения, в настоящем описании замком будет называться как ниппель, так и муфта.In cases where this does not matter, in the present description, the lock will be referred to as both the nipple and the box.

Известна бурильная труба диаметром 89 мм, включающая тело трубы с высаженными концами и с приваренными к ним ниппелем и муфтой замка, на которых выполнена соединительная замковая резьба (шаг 6,350 мм, конусность 1:6, угол при вершине резьбы 60°) с двумя упорами - наружным и внутренним, при этом наружный диаметр ниппеля и муфты по всей длине имеет одинаковое значение, равное максимум 123 мм, наружная поверхность упорного пояска ниппеля выполнена конической с конусностью 1:6, а диаметр внутреннего отверстия ниппельного и муфтового концов трубы по всей длине равен минимум 50 мм [RU 114087, п.3 формулы].A well-known drill pipe with a diameter of 89 mm, including a pipe body with upset ends and with a nipple and a lock sleeve welded to them, on which a connecting lock thread is made (pitch 6.350 mm, taper 1:6, angle at the top of the thread 60 °) with two stops - external and internal, while the outer diameter of the nipple and the coupling along the entire length has the same value, equal to a maximum of 123 mm, the outer surface of the thrust collar of the nipple is made conical with a taper of 1:6, and the diameter of the inner hole of the nipple and coupling ends of the pipe along the entire length is at least 50 mm [RU 114087, clause 3 of the formula].

Использованная в замке известной трубы резьба 3-94 (NC35) с конусностью 1:6 накладывает ограничение на минимальный размер наружного диаметра муфты замка. Известная бурильная труба предназначена в основном для бурения, аварийных работ и капитального ремонта в скважинах, обсаженных трубами размером 168-178 мм. Ее нельзя применять в широко распространенных обсадных колоннах диаметром 140 и 146 мм ввиду увеличенного наружного диаметра замков.The thread 3-94 (NC35) with a taper of 1:6 used in the lock of a well-known pipe imposes a restriction on the minimum size of the outer diameter of the lock sleeve. Known drill pipe is intended mainly for drilling, emergency work and workover in wells cased with pipes measuring 168-178 mm. It cannot be used in the widely used 140 and 146 mm casing strings due to the increased outer diameter of the interlocks.

Кроме того, при простом увеличении диаметра внутреннего отверстия ниппельного и муфтового концов трубы без принятия дополнительных мер снижается прочность замка, а признак «…равен минимум 50 мм…» не позволяет установить пороговое значение диаметра, свыше которого снижение прочности становится недопустимым.In addition, with a simple increase in the diameter of the inner hole of the pin and socket ends of the pipe without taking additional measures, the strength of the lock decreases, and the sign "... equals at least 50 mm ..." does not allow setting the threshold value of the diameter, above which the decrease in strength becomes unacceptable.

Известны также бурильные трубы двух типоразмеров с диаметром тела 73 и 108 мм, включающие тело трубы, муфтовый и ниппельный концы диаметром 100-108 мм, на которых имеется трапецеидальная коническая резьба, шаг которой - 8,467 мм, конусность - 1:9,6, угол при вершине резьбы - 90°, с двумя упорами - внешним и внутренним, в которой диаметр отверстия муфтового и ниппельного концов, примыкающего к внутренней упорной плоскости, по всей длине конца равен 50-53 мм, а наружная поверхность упорного пояска ниппеля выполнена конической с конусностью 1:9,6 [RU 134570].Also known are drill pipes of two standard sizes with a body diameter of 73 and 108 mm, including a pipe body, coupling and nipple ends with a diameter of 100-108 mm, on which there is a trapezoidal tapered thread, the pitch of which is 8.467 mm, the taper is 1:9.6, the angle at the top of the thread - 90 °, with two stops - external and internal, in which the diameter of the hole of the coupling and nipple ends adjacent to the internal thrust plane is 50-53 mm along the entire length of the end, and the outer surface of the thrust collar of the nipple is made conical with a taper 1:9.6 [RU 134570].

Патентное описание не содержит обоснования выбора верхнего предела диаметров внутренних отверстий ниппеля и муфты, хотя от него зависит прочность резьбового соединения. В патентном описании имеется Таблица 1, в которой в качестве примера конкретного выполнения представлены основные параметры бурильной трубы. Первый пример описывает БТ 73×9,19 с замковой резьбой типа 3-81У, а второй пример описывает УБТ 108×28,6 с замковой резьбой типа 3-83. Для обоих примеров в Таблице 1 указано только одно значение диаметра отверстий муфты и ниппеля, и оно равно 50,8 мм.The patent description does not contain justification for the choice of the upper limit of the diameters of the inner holes of the nipple and box, although the strength of the threaded connection depends on it. The patent description contains Table 1, which, as an example of a specific implementation, presents the main parameters of the drill pipe. The first example describes a 73x9.19 collar with a 3-81U type locking thread, and the second example describes a 108x28.6 drill collar with a 3-83 type locking thread. For both examples, Table 1 lists only one box and pin hole diameter, which is 50.8 mm.

Но одно дело указать диапазон допустимых вариаций диаметра отверстий в патентной заявке, а другое - изготовить трубу с максимальным заявленным значением диаметра и нести ответственность за ее прочность. Сведения об успешном испытании и выпуске описанных бурильных труб с диаметром отверстий в ниппеле и муфте в области расположения резьбы, превышающем 50,8 мм, в уровне техники неизвестны.But it is one thing to indicate the range of allowable hole diameter variations in a patent application, and another to manufacture a pipe with the maximum diameter declared and be responsible for its strength. Information about the successful testing and release of the described drill pipes with a hole diameter in the nipple and box in the area of the thread, exceeding 50.8 mm, is unknown in the prior art.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является бурильная труба с двухупорными замками уменьшенного наружного диаметра, включающая тело трубы диаметром 89 мм с приваренными ниппелем и муфтой замка диаметром 105,5-108 мм, на которых выполнена трапецеидальная коническая резьба (шаг 8,467 мм, конусность 1:9,6, угол при вершине резьбы 90°) с двумя упорами - внешним и внутренним, в которой диаметры внутреннего отверстия ниппеля и внутреннего отверстия муфты составляют 50-53 мм, а наружная поверхность упорного пояска ниппеля и заходная расточка муфты выполнены коническими с конусностью 1:9,6 [RU 128912, п.2 формулы, фиг. 4 описания].The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a drill pipe with double-shoulder locks of reduced outer diameter, including a pipe body with a diameter of 89 mm with a welded nipple and a lock sleeve with a diameter of 105.5-108 mm, on which a trapezoidal conical thread is made (pitch 8.467 mm , taper 1:9.6, angle at the top of the thread 90°) with two stops - external and internal, in which the diameters of the inner hole of the nipple and the inner hole of the coupling are 50-53 mm, and the outer surface of the thrust collar of the nipple and the lead-in bore of the coupling are made conical with a taper of 1:9.6 [RU 128912, claim 2 of the formula, fig. 4 descriptions].

Патентное описание не содержит обоснования выбора верхнего предела диаметров внутренних отверстий ниппеля и муфты, хотя от него зависит прочность резьбового соединения. В патентном описании имеются Таблицы 1 и 4, в которых в качестве примера конкретного выполнения представлены основные параметры бурильной трубы и резьбового соединения с двумя упорами. В обеих таблицах указано только одно значение диаметра отверстий муфты и ниппеля, и оно равно 50,8 мм. Сведений об успешном испытании труб с диаметрами отверстий в ниппеле и муфте, превышающем 50,8 мм, патентное описание не содержит.The patent description does not contain justification for the choice of the upper limit of the diameters of the inner holes of the nipple and box, although the strength of the threaded connection depends on it. In the patent description there are Tables 1 and 4, in which, as an example of a specific implementation, the main parameters of the drill pipe and the threaded connection with two stops are presented. In both tables, only one value of the diameter of the holes of the coupling and the nipple is indicated, and it is equal to 50.8 mm. Information about the successful testing of pipes with hole diameters in the nipple and coupling exceeding 50.8 mm is not contained in the patent description.

Это вполне объяснимо, поскольку при диаметре внутреннего отверстия ниппеля, равном верхнему пределу заявленного размера, сбалансировать прочность на кручение, отверстий муфты и ниппеля, и оно равно 50,8 мм. Сведений об успешном испытании труб с диаметрами отверстий в ниппеле и муфте, превышающем 50,8 мм, патентное описание не содержит. This is quite understandable, since with the diameter of the inner hole of the nipple equal to the upper limit of the declared size, balance the torsion strength of the holes of the coupling and the nipple, and it is equal to 50.8 mm. Information about the successful testing of pipes with hole diameters in the nipple and coupling exceeding 50.8 mm is not contained in the patent description.

Это вполне объяснимо, поскольку при диаметре внутреннего отверстия ниппеля, равном верхнему пределу заявленного размера, сбалансировать прочность на кручение, прочность на изгиб и на сжатие, а также повысить усталостную прочность в заявленной трубе уже не удаётся. This is quite understandable, since when the diameter of the inner hole of the nipple is equal to the upper limit of the declared size, it is no longer possible to balance the torsion strength, bending strength and compressive strength, as well as increase the fatigue strength in the claimed pipe.

Фактический внутренний диаметр в 50,8 мм, являющийся стандартным, оказывает значительное гидравлическое сопротивление прокачке бурового раствора, а также накладывает ограничения на применение некоторых скважинных приборов и инструментов, спускаемых внутрь колонны бурильных труб при выполнении различных технологических операций и измерений. При увеличении внутреннего диаметра замка, например, до стандартного значения в 54 мм стенка второго упорного торца на ниппеле замка становится слишком тонкой и может сминаться при приложении высоких комбинированных нагрузок на замковое соединение.The actual internal diameter of 50.8 mm, which is standard, has a significant hydraulic resistance to the pumping of the drilling fluid, and also imposes restrictions on the use of some downhole tools and tools lowered into the drill string when performing various technological operations and measurements. By increasing the internal diameter of the lock, for example, to a standard value of 54 mm, the wall of the second stop end on the lock nipple becomes too thin and can collapse when high combined loads are applied to the lock connection.

Задачей предложенной бурильной трубы с диаметром тела 89 мм и приваренными ниппелем и муфтой, снабжёнными высокомоментной двухупорной конической резьбой с шагом 8,467 мм, конусностью 1:9,6 и углом при вершине резьбы 90°, является повышение прочности на кручение её замкового соединения. The task of the proposed drill pipe with a body diameter of 89 mm and a welded nipple and sleeve, equipped with a high-torque double-thrust conical thread with a pitch of 8.467 mm, a taper of 1:9.6 and a 90° thread apex angle, is to increase the torsional strength of its tool joint.

Технический результат от применения предложенной бурильной трубы состоит в повышении прочности на кручение её замковых соединений. Это позволяет повысить предельно допустимый момент на роторе, передаваемый на бурильную колонну, что, в свою очередь, позволяет повысить скорость бурения. Кроме того, это повышает надёжность работы замков в случае расхаживания прихваченной в скважине бурильной колонны.The technical result from the use of the proposed drill pipe is to increase the torsion strength of its tool joints. This makes it possible to increase the maximum permissible torque on the rotor transmitted to the drill string, which, in turn, makes it possible to increase the drilling speed. In addition, this increases the reliability of the locks in the event of pacing of the drill string stuck in the well.

Ещё одним следствием повышения прочности на кручение является возможность снижения гидравлического сопротивления прокачке бурового раствора и расширения номенклатуры геофизических приборов, которые она способна через себя пропускать за счёт увеличения минимального диаметра внутреннего канала до 54 мм при сохранении её прочностных характеристик. Another consequence of increasing the torsional strength is the possibility of reducing the hydraulic resistance to pumping the drilling fluid and expanding the range of geophysical instruments that it is able to pass through itself by increasing the minimum diameter of the internal channel to 54 mm while maintaining its strength characteristics.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в известной трубе бурильной с двухупорными замками уменьшенного наружного диаметра, включающей тело трубы диаметром 89 мм с высаженными концами и приваренные к ним ниппель и муфту, имеющие коническую резьбу с шагом 8,467 мм, конусностью 1:9,6, углом при вершине резьбы 90°, с внешним и внутренним упорами, диаметр внутреннего канала составляет 50,0-54,0 мм, угол наклона наружной поверхности упорного пояска ниппеля к продольной оси замка больше 0°, но меньше или равен 2°58´53´. The specified technical result is achieved due to the fact that in the well-known drill pipe with double-shouldered locks of reduced outer diameter, including a pipe body with a diameter of 89 mm with upset ends and a nipple and a sleeve welded to them, having a conical thread with a pitch of 8.467 mm, a taper of 1:9.6 , angle at the top of the thread 90°, with external and internal stops, the diameter of the inner channel is 50.0-54.0 mm, the angle of inclination of the outer surface of the thrust collar of the nipple to the longitudinal axis of the lock is greater than 0°, but less than or equal to 2°58´ 53'.

Кроме того, на фасках внешних упорных торцов ниппеля и муфты выполнены кольцевые сигнальные проточки, диаметр которых совпадает с величиной сбалансированного диаметра бурильного замка. In addition, on the chamfers of the outer thrust ends of the nipple and the coupling, annular signal grooves are made, the diameter of which coincides with the value of the balanced diameter of the drill joint.

Кроме того, муфта имеет коническую разгрузочную канавку, глубина которой равна 1,1-1,4 высоты профиля резьбы, а ширина составляет 2, 3 шага резьбы. In addition, the coupling has a conical relief groove, the depth of which is equal to 1.1-1.4 thread profile heights, and the width is 2.3 thread pitches.

Кроме того, труба бурильная выполнена толстостенной. In addition, the drill pipe is made thick-walled.

Кроме того, труба бурильная выполнена утяжелённой. In addition, the drill pipe is made weighted.

Благодаря выполнению наружной поверхности упорного пояска ниппеля с углом наклона наружной поверхности к продольной оси замка, лежащим в пределах более 0° до 2°58´53´´ включительно, становится возможным увеличение прочности на кручение замкового соединения на 3% по сравнению с прототипом при внутреннем диаметре замка 54 мм за счёт увеличения площади опорной поверхности торца упорного пояска ниппеля. При меньших значениях внутреннего диаметра замка увеличение прочности замкового соединения по сравнению с прототипом достигает 6% при 50,8 мм. Повышение прочности на кручение замкового соединения позволяет пропорционально увеличить максимальный крутящий момент свинчивания замка. А это повышает надёжность работы замков в случае расхаживания прихваченной в скважине бурильной колонны. Due to the execution of the outer surface of the thrust belt of the nipple with an angle of inclination of the outer surface to the longitudinal axis of the lock, lying in the range of more than 0° to 2°58´53´´ inclusive, it becomes possible to increase the torsion strength of the lock connection by 3% compared to the prototype with an internal the diameter of the lock is 54 mm due to the increase in the area of the supporting surface of the butt end of the nipple thrust band. With smaller values of the inner diameter of the lock, the increase in the strength of the lock connection in comparison with the prototype reaches 6% at 50.8 mm. Increasing the torsional strength of the interlock connection allows a proportional increase in the maximum torque of the interlock make-up. And this increases the reliability of the locks in case of pacing of the drill string stuck in the well.

Благодаря заявленному выполнению упорного пояска ниппеля появляется возможность увеличения минимального диаметра внутреннего канала ниппеля и муфты до 54 мм при сохранении и даже небольшом (3%) повышении прочности на кручение. При этом минимальная площадь поперечного сечения канала увеличивается на 13% по сравнению с максимально достигнутой у наиболее близкого аналога, что снижает её гидравлическое сопротивление прокачке бурового раствора на 5%, а также снижает вероятность застревания геофизического оборудования, спускаемого в скважину через канал в трубе. Это расширяет номенклатуру оборудования, которое можно спускать в скважину.Owing to the claimed design of the nipple thrust collar, it becomes possible to increase the minimum diameter of the inner channel of the nipple and the sleeve up to 54 mm, while maintaining and even slightly (3%) increasing the torsion strength. At the same time, the minimum cross-sectional area of the channel increases by 13% compared to the maximum achieved for the closest analogue, which reduces its hydraulic resistance to drilling fluid pumping by 5%, and also reduces the likelihood of geophysical equipment being lowered into the well through the channel in the pipe. This expands the range of equipment that can be lowered into the well.

Благодаря выполнению на ниппеле и муфте кольцевых сигнальных проточек, диаметр которых совпадает с величиной сбалансированного диаметра бурильного замка, повышается надёжность предложенной бурильной трубы за счёт создания возможности визуального контроля степени износа наружной поверхности муфты и ниппеля.Due to the implementation of annular signal grooves on the nipple and sleeve, the diameter of which coincides with the value of the balanced diameter of the drill joint, the reliability of the proposed drill pipe is increased by creating the possibility of visual control of the degree of wear of the outer surface of the sleeve and nipple.

Благодаря выполнению кольцевых сигнальных проточек на фасках внешних упорных торцов ниппеля и муфты надёжность предложенной бурильной трубы повышается ещё больше, поскольку такое расположение повышает оперативность визуального контроля состояния хорошо видимых проточек и, следовательно, степень износа ниппеля и муфты. Кроме того, такое расположение защищает проточки от случайных повреждений.Due to the implementation of annular signal grooves on the chamfers of the outer thrust ends of the nipple and coupling, the reliability of the proposed drill pipe increases even more, since this arrangement increases the efficiency of visual control of the state of clearly visible grooves and, consequently, the degree of wear of the nipple and coupling. In addition, this arrangement protects the grooves from accidental damage.

Благодаря тому, что внутренний диаметр сигнальных проточек совпадает с величиной сбалансированного диаметра бурильного замка, повышается надёжность предложенной бурильной трубы. Due to the fact that the inner diameter of the signal grooves coincides with the value of the balanced diameter of the drill joint, the reliability of the proposed drill pipe is increased.

Благодаря тому, что муфта имеет коническую разгрузочную канавку, глубина которой равна 1,1-1,4 высоты профиля резьбы, а ширина составляет 2, 3 шага резьбы, повышается надёжность предложенной бурильной трубы, имеющей увеличенный минимальный диаметр внутреннего канала в ниппеле и муфте. Заявленные соотношения размеров являются оптимальными с точки зрения равномерности распределения напряжений в резьбовом соединении замка. Due to the fact that the sleeve has a conical relief groove, the depth of which is equal to 1.1-1.4 of the thread profile height, and the width is 2.3 thread pitches, the reliability of the proposed drill pipe, which has an increased minimum diameter of the internal channel in the nipple and sleeve, increases. The stated ratios of dimensions are optimal from the point of view of the uniform distribution of stresses in the threaded connection of the lock.

Существо полезной модели поясняется чертежами. The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображена предложенная труба бурильная в сборе с двухупорными замками уменьшенного наружного диаметра. In FIG. 1 shows the proposed drill pipe assembly with two-button locks of reduced outer diameter.

На фиг. 2 изображена резьбовая часть ниппеля предложенной бурильной трубы.In FIG. 2 shows the threaded part of the nipple of the proposed drill pipe.

На фиг. 3 изображён вариант исполнения резьбовой части муфты предложенной трубы без разгрузочной канавки. In FIG. 3 shows a version of the threaded part of the coupling of the proposed pipe without a relief groove.

На фиг. 4 изображён вариант исполнения резьбовой части муфты предложенной трубы с разгрузочной канавкой.In FIG. 4 shows a version of the threaded part of the coupling of the proposed pipe with a relief groove.

Предложенная полезная модель представляет собой бурильную трубу, состоящую из тела 1 трубы диаметром 89 мм, к высаженным концам 2 которой приварены ниппель 3 и муфта 4, имеющие коническую резьбу З-83 (Z83-DS) с шагом 8,4667 мм, конусностью 1:9,6, углом профиля 90° и высотой профиля 2,2867 мм (фиг. 1). The proposed utility model is a drill pipe consisting of a body 1 of a pipe with a diameter of 89 mm, to the upset ends 2 of which a nipple 3 and a sleeve 4 are welded, having a Z-83 (Z83-DS) conical thread with a pitch of 8.4667 mm, taper 1: 9.6, profile angle 90° and profile height 2.2867 mm (Fig. 1).

Ниппель 3 и муфта 4 трубы выполнены двухупорными. Внешний упор образуют опорный уступ 5 ниппеля 3 (фиг. 2) и упорный торец 6 муфты 4 (фиг. 3). Внутренний упор образуют внутренняя упорная плоскость 7 муфты 4 (фиг. 3) и торец 8 упорного пояска 9 ниппеля 3 (фиг. 2). The nipple 3 and the coupling 4 of the pipe are double-shouldered. The outer stop is formed by the support ledge 5 of the nipple 3 (Fig. 2) and the stop end 6 of the coupling 4 (Fig. 3). The inner stop is formed by the inner thrust plane 7 of the coupling 4 (Fig. 3) and the end face 8 of the thrust band 9 of the nipple 3 (Fig. 2).

Наружная поверхность упорного пояска 9 выполнена конической с углом α между образующей конуса и осью ниппеля. При этом угол α находится в пределах свыше 0° до меньше или равно 2°58´53´´. Нахождение угла α в заявленных пределах увеличивает площадь опорной поверхности внутреннего упорного торца замка и повышает предельно допустимый крутящий момент замка приблизительно на 3% при диаметре внутреннего канала 54 мм и по меньшей мере на 6% при меньших значениях диаметра внутреннего канала. Это компенсирует снижение прочности замка из-за увеличения диаметра внутреннего канала до 54 мм. Само же увеличение диаметра позволяет расширить перечень измерительных приборов и инструментов при прохождении через бурильную колонну. Кроме того, увеличение до 54,0 мм внутреннего диаметра замков позволяет снизить на 5% гидравлическое сопротивление прокачке бурового раствора и повысить скорость проходки при бурении ствола скважины. При использовании толстостенных или утяжелённых труб внутренний диаметр замков может быть уменьшен до внутреннего диаметра труб, например до 38 мм.The outer surface of the thrust belt 9 is made conical with an angle α between the generatrix of the cone and the axis of the nipple. In this case, the angle α is in the range above 0° to less than or equal to 2°58´53´´. Finding the angle α within the stated limits increases the area of the bearing surface of the inner thrust end of the lock and increases the maximum permissible torque of the lock by approximately 3% for an inner channel diameter of 54 mm and at least 6% for smaller values of the inner channel diameter. This compensates for the decrease in the strength of the lock due to the increase in the diameter of the internal channel to 54 mm. The very same increase in diameter allows you to expand the list of measuring instruments and tools when passing through the drill string. In addition, an increase in the inner diameter of the locks to 54.0 mm makes it possible to reduce the hydraulic resistance to drilling fluid pumping by 5% and increase the rate of penetration when drilling a wellbore. When using thick-walled or heavy pipes, the inner diameter of the locks can be reduced to the inner diameter of the pipes, for example to 38 mm.

При α = 0° коническая поверхность упорного пояска преобразуется в цилиндрическую, что затрудняет центровку замка при свинчивании и часто приводит к закусыванию. При α < 0° и при α > 2°58´53´´ прочность замка снижается, поскольку уменьшается устойчивость резьбового соединения под воздействием осевых нагрузок сжатия из-за уменьшения площади сечения упорного пояска вблизи последнего витка резьбы (α < 0°) или уменьшения площади контакта торца 8 и плоскости 7 (α > 2°58´53´´). At α = 0°, the conical surface of the thrust collar is transformed into a cylindrical one, which makes it difficult to center the lock during screwing and often leads to biting. At α < 0° and at α > 2°58´53´´, the strength of the lock decreases, since the stability of the threaded connection decreases under the influence of axial compressive loads due to a decrease in the cross-sectional area of the thrust collar near the last thread (α < 0°) or a decrease in the area of contact between end face 8 and plane 7 (α > 2°58´53´´).

Двухупорное замковое соединение по настоящей полезной модели полностью совместимо с замковыми соединениями, описанными в патенте РФ № 128912, с резьбой З-83 (Z83-DS) во всём диапазоне заявленных значений угла α.The double-shoulder lock joint according to the present utility model is fully compatible with the lock joints described in RF patent No. 128912 with Z-83 (Z83-DS) thread throughout the entire range of declared values of the angle α.

Увеличение минимального диаметра внутреннего канала ниппеля и муфты повышает риск деформации или разрушения замка при неконтролируемом износе его наружного диаметра, и потому задача оперативного визуального контроля степени износа наружного диаметра замка в условиях буровой площадки становится весьма актуальной. An increase in the minimum diameter of the inner channel of the nipple and box increases the risk of deformation or destruction of the lock with uncontrolled wear of its outer diameter, and therefore the task of operational visual control of the degree of wear of the outer diameter of the lock in a drilling site becomes very relevant.

Для решения этой задачи замки предложенной трубы могут быть снабжены хорошо заметными при визуальном осмотре сигнальными проточками 10, диаметр которых равен сбалансированному диаметру замка D_bal (фиг. 2-4). Для защиты проточек 10 от повреждения они расположены на фасках 11 внешних упорных торцов ниппеля 3 и муфты 4. Совпадение изношенного наружного диаметра замка с проточкой 10 является сигналом к тому, что трубу нужно переводить в класс износа «Premium» (Премиум) с соответственным понижением допускаемых эксплуатационных нагрузок. Для фиксации момента такого совпадения не требуются средства измерения, и контроль годности труб может производиться непосредственно на буровой площадке.To solve this problem, the locks of the proposed pipe can be provided with signal grooves 10 that are clearly visible during visual inspection, the diameter of which is equal to the balanced diameter of the lock D _bal (Fig. 2-4). To protect the grooves 10 from damage, they are located on the chamfers 11 of the outer thrust ends of the nipple 3 and the coupling 4. The coincidence of the worn outer diameter of the lock with the groove 10 is a signal that the pipe must be transferred to the “Premium” wear class (Premium) with a corresponding decrease in the allowable operating loads. Measuring tools are not required to fix the moment of such a coincidence, and pipe suitability can be checked directly at the drilling site.

Под сбалансированным наружным диаметром D_bal замка здесь и в буровой технике понимают теоретический наружный диаметр замка, при котором площади опасных сечений ниппеля и муфты равны. Для трубы с замковой резьбой З-83 при наружном диаметре замка 105 (или 108) мм и минимальном внутреннем диаметре замка 50,8 мм D_bal = 102,9 мм. Under the balanced outer diameter D _bal of the lock, here and in drilling technology, they understand the theoretical outer diameter of the lock, at which the areas of dangerous sections of the nipple and sleeve are equal. For a pipe with a Z-83 locking thread with an outer diameter of the lock of 105 (or 108) mm and a minimum inner diameter of the lock of 50.8 mm D _bal = 102.9 mm.

Для заявленной трубы с замковым соединением с резьбой З-83 (Z83-DS) и цилиндрическими упорным пояском 9 внутреннего упора ниппеля 3 при наружном диаметре замка 105 (или 108) мм и внутреннем диаметре замка 54,0 мм, D_bal уменьшается до 101,2 мм. Это увеличивает запас на износ наружного диаметра бурильного замка при эксплуатации бурильной колонны.For the claimed pipe with a locking joint with Z-83 thread (Z83-DS) and cylindrical stop bands 9 of the inner stop of the nipple 3 with an outer diameter of the lock of 105 (or 108) mm and an inner diameter of the lock of 54.0 mm, D _bal is reduced to 101, 2 mm. This increases the margin for wear of the outer diameter of the tool joint during the operation of the drill string.

Бурильные трубы работают в условиях сложных знакопеременных нагрузок, особенно при проходке участков искривления профиля скважины. Опасное сечение, в котором может возникать усталостная трещина в муфтовом конце бурильной трубы, находится в плоскости, проходящей по впадине последнего витка резьбы муфты в зацеплении с резьбой ниппеля. Для устранения концентраторов напряжений и повышения равномерности распределения напряжений муфта 4 предложенной трубы может содержать коническую разгрузочную канавку 12 (фиг. 4) между концом резьбы и упорной плоскостью 7. Экспериментально установлено, что наивысшая усталостная прочность замка с увеличенным минимальным диаметром канала достигается, когда длина L_к канавки составляет 2, 3 шага резьбы P, а глубина h_к, измеряемая расстоянием от линии вершин резьбы, равна 1,1-1,4 высоты профиля резьбы h₁ (стандартное обозначение). При переходе к конкретным числовым значениям резьбы З-83 (Р = 8,467 мм, h₁ = 2,2867 мм) заявленные величины в абсолютном выражении составят:Drill pipes operate under conditions of complex alternating loads, especially when drilling sections of the well profile curvature. The dangerous section, in which a fatigue crack can occur in the coupling end of the drill pipe, is located in the plane passing through the cavity of the last thread of the coupling in engagement with the thread of the nipple. To eliminate stress concentrators and increase the uniformity of stress distribution, the coupling 4 of the proposed pipe may contain a conical relief groove 12 (Fig. 4) between the end of the thread and the thrust plane 7. It has been experimentally established that the highest fatigue strength of the lock with an increased minimum channel diameter is achieved when the length L _{to the} groove is 2.3 thread pitches P, and the depth h _to , measured by the distance from the line of thread vertices, is 1.1-1.4 of the height of the thread profile h ₁ (standard designation). When switching to specific numerical values of the Z-83 thread (P \u003d 8.467 mm, h ₁ \u003d 2.2867 mm), the declared values \u200b\u200bin absolute terms will be:

L_к = 16,9-25,4 мм, а h_к = 2,51-3,2 мм. L _k \u003d 16.9-25.4 mm, and h _k \u003d 2.51-3.2 mm.

При L_к < 2Р остаётся неудалённой впадина последнего витка резьбы муфты в зацеплении (опасное сечение муфты от усталостных повреждений, вызванных знакопеременным изгибом) и усталостная прочность муфты не увеличивается. При L_к > 3P снижается прочность резьбового соединения из-за уменьшения длины рабочего участка резьбы. При h_к < 1,1h₁ возможно частичное наличие следов от впадин резьбы (концентратор напряжений) на поверхности разгрузочной канавки, что недопустимо, а при h_к > 1,4h₁ недопустимо снижается прочность муфты. When _{Lc < 2P, the} cavity of the last thread of the coupling thread in engagement remains unremoved (dangerous section of the coupling from fatigue damage caused by alternating bending) and the fatigue strength of the coupling does not increase. When L _to > 3P, the strength of the threaded connection decreases due to a decrease in the length of the working section of the thread. With h _k < 1.1h ₁ , there may be a partial presence of traces from thread cavities (stress concentrator) on the surface of the relief groove, which is unacceptable, and with h _k > 1.4h ₁ , the strength of the coupling unacceptably decreases.

Предложенная труба может быть выполнена толстостенной или утяжелённой. The proposed pipe can be made thick-walled or weighted.

Обычно при разработке новых типов как российских, так и зарубежных скважинных извлекаемых приборов на них накладываются ограничения по величине наружного диаметра - не более двух дюймов (50,8 мм). Извлекаемые скважинные приборы с наружным диаметром в 50,8 мм не могут применяться для прохождения через колонну бурильных труб с внутренним диаметром замков 50,8 мм.Usually, when developing new types of both Russian and foreign downhole retrievable tools, they are subject to restrictions on the size of the outer diameter - no more than two inches (50.8 mm). Retrievable downhole tools with an outer diameter of 50.8 mm cannot be used to pass through a drill string with an inner diameter of tool joints of 50.8 mm.

Использование предложенной бурильной трубы с увеличенным до 54 мм минимальным диаметром внутреннего канала и повышенной прочностью на кручение расширяет номенклатуру геофизических приборов, которые можно через неё пропускать. В частности, становится возможным использование извлекаемых приборов с наружным диаметром 50,8 мм. The use of the proposed drill pipe with the minimum diameter of the inner channel increased to 54 mm and increased torsion strength expands the range of geophysical instruments that can be passed through it. In particular, it becomes possible to use extractable devices with an outer diameter of 50.8 mm.

Claims

1. Drill pipe with double-shouldered locks of reduced outer diameter, including a pipe body with a diameter of 89 mm with upset ends and with a nipple and a sleeve welded to them, having a conical thread with a pitch of 8.467 mm, a taper of 1:9.6, a thread apex angle of 90 ° , with external and internal stops, characterized in that the diameter of the inner channel of the locks is 50-54 mm, and the angle of inclination of the outer surface of the thrust band of the nipple to the longitudinal axis of the lock is greater than 0°, but less than or equal to 2°58´53´´.

2. The drill pipe according to claim 1, characterized in that on the chamfers of the outer thrust ends of the nipple and the coupling, annular signal grooves are made, the diameter of which is equal to the value of the balanced diameter of the drill joint.

3. Drill pipe according to claim 1, characterized in that the coupling has a conical relief groove, the depth of which is equal to 1.1-1.4 of the thread profile height, and the width is 2.3 thread pitches.

4. Drill pipe according to claim 1, characterized in that it is made of thick-walled.

5. Drill pipe according to claim 1, characterized in that it is made weighted.