RU2674040C1 - Threaded connection of sections of drilling string - Google Patents
Threaded connection of sections of drilling string Download PDFInfo
- Publication number
- RU2674040C1 RU2674040C1 RU2017139712A RU2017139712A RU2674040C1 RU 2674040 C1 RU2674040 C1 RU 2674040C1 RU 2017139712 A RU2017139712 A RU 2017139712A RU 2017139712 A RU2017139712 A RU 2017139712A RU 2674040 C1 RU2674040 C1 RU 2674040C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thread
- threaded connection
- nipple
- coupling
- torque
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title abstract description 23
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 35
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 35
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 claims abstract description 35
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 10
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 210000004907 gland Anatomy 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
- E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
- E21B17/042—Threaded
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к буровой технике и касается соединения секций буровых колонн, состоящих из буровых шнеков, труб, или штанг. Преимущественные области применения - бурение скважин в сейсморазведке, инженерных изысканиях, геологоразведке, строительстве.The invention relates to drilling equipment and relates to the connection of sections of drill columns consisting of drill screws, pipes, or rods. Primary areas of application are well drilling in seismic exploration, engineering surveys, exploration, and construction.
Известно замковое соединение полых шнеков с прямоугольной цилиндрической резьбой (Е.И. Танов, В.Я. Площадный. Шнековый буровой инструмент// Недра, 1985, стр. 12,13). Оно выполнено в виде ниппеля и муфты сопряженных друг с другом цилиндрической резьбой, с упором в торцевый стык, расположенный в плоскости вращения. Это соединение передает осевые нагрузки и крутящий момент.Known castle connection of hollow augers with a rectangular cylindrical thread (EI Tanov, V.Ya. Plosch. Screw drilling tool // Nedra, 1985, p. 12,13). It is made in the form of a nipple and a coupling mating with each other by a cylindrical thread, with an emphasis on the end joint located in the plane of rotation. This connection transmits axial loads and torque.
Достоинствами такого соединения являются простота изготовления, жесткость за счет отсутствия люфтов, и обеспечение равного сечения транспортного ручья шнека на всей длине шнековой колонны. Последнее обеспечивает минимальное сопротивление выносу бурового шлама, что обеспечивает высокую производительность проходки скважины.The advantages of this connection are ease of manufacture, rigidity due to the absence of backlash, and ensuring an equal cross section of the transport stream of the screw along the entire length of the screw column. The latter provides minimal resistance to the removal of drill cuttings, which ensures high productivity of the hole.
Однако, описанное соединение имеет недостаток, который снижает общую производительность буровых работ, связанный с чрезмерным заклиниванием резьбового соединения под действием крутящего момента при бурении. Заклинивание приводит к повышенным затратам времени и физических усилий на демонтаж колонны, или требует введения в конструкцию буровой установки специальных механизмов для развинчивания соединения, усложняющих и удорожающих ее.However, the described connection has a drawback that reduces the overall productivity of drilling operations associated with excessive jamming of the threaded connection under the action of torque during drilling. Jamming leads to increased time and physical effort for dismantling the string, or requires the introduction of special mechanisms in the design of the rig to unscrew the connection, complicating and costing it.
Стремление устранить этот недостаток привело к появлению замкового соединения полых шнеков с прямоугольной цилиндрической резьбой, имеющего одиночные накладные упоры, приваренные к боковой поверхности муфты и ниппеля каждого шнека (SU, а.с. №1571201, Е21В 17/00, 17/22, 19/00, 29.12.1987). Упоры ниппеля и муфты, взаимодействуя друг с другом, передают крутящий момент, исключая затяжку резьбового соединения, что позволяет при демонтаже колонны развинчивать соединения без чрезмерных усилий и затрат времени. Такое замковое соединение широко использовалось в практике бурения сейсморазведочных скважин в болотистых районах Западной Сибири, изобилующих геологическими разрезами с неустойчивыми грунтами. Однако, при бурении в геологических разрезах, включающих в себя существенную часть мерзлого грунта, возникает проблема низкого ресурса накладных упоров, связанная с их недостаточной прочностью. Ухудшается также вынос бурового шлама, из-за периодических сужений сечения транспортного ручья шнека приваренными в его межвитковом пространстве упорами, занимающими до 80 … 85% этого сечения и, соответственно, снижается производительность проходки скважины. Кроме этого, в сложных геологических разрезах упомянутые периодические сужения провоцируют образование так называемых «сальников» (пробок) из бурового шлама, препятствующих выносу шлама, и вынуждающих поднимать буровую колонну из скважины для их удаления.The desire to eliminate this drawback led to the appearance of a lock connection of hollow augers with a rectangular cylindrical thread, having single patch stops welded to the side surface of the coupling and nipple of each screw (SU, AS No. 1571201, Е21В 17/00, 17/22, 19 / 00, 12/29/1987). The stops of the nipple and the coupling, interacting with each other, transmit torque, excluding the tightening of the threaded connection, which allows you to unscrew the connections when dismantling the column without excessive effort and time. Such a castle connection was widely used in the practice of drilling seismic wells in marshy areas of Western Siberia, replete with geological sections with unstable soils. However, when drilling in geological sections, which include a significant part of the frozen ground, there arises the problem of a low resource of overhead stops due to their insufficient strength. Drill cuttings removal is also deteriorating due to periodic narrowing of the cross section of the auger transport stream with stops welded in its inter-turn space, occupying up to 80 ... 85% of this section, and, accordingly, the productivity of well drilling is reduced. In addition, in complex geological sections, the aforementioned periodic narrowing provokes the formation of so-called “glands” (plugs) from drill cuttings that impede the removal of cuttings and force them to lift the drill string from the well to remove them.
Описанные выше трудности в значительной степени были уменьшены известным замковым соединением (Патент РФ №2347886, МПК Е21В 17/042, 17/22, 27.02.2009, бюл. №6), широко применяемым в настоящее время при бурении скважин в сейсморазведке. В отличие от упомянутого выше аналога, в выпускаемых по этому патенту шнеках, степень сужения транспортного ручья шнека уменьшена и составляет 45 … 50% в зависимости от типоразмера буровой колонны. Это замковое соединение содержит муфту и ниппель, соединенные цилиндрической резьбой, снабженные сопряженными друг с другом рабочей поверхностью зубчатых упоров, размещенных на торцевой поверхности кольцевых элементов, неподвижно соединенных, соответственно, с муфтой и ниппелем, при этом высота зубчатых упоров не превышает отношения между ходом резьбы и числом упоров, спинка которых образована спиральной поверхностью. Рабочая поверхность упоров, расположена в плоскости осевого сечения замкового соединения и передает крутящий момент, разгружая от него резьбовое сопряжение, которое воспринимает только осевые нагрузки давления на забой, или при подъеме буровой колонны..The difficulties described above were significantly reduced by the well-known castle connection (RF Patent No. 2347886, IPC ЕВВ 17/042, 17/22, 02/27/2009, bull. No. 6), which are widely used at present when drilling wells in seismic exploration. In contrast to the analogue mentioned above, in the screws manufactured according to this patent, the degree of narrowing of the transport stream of the screw is reduced and amounts to 45 ... 50%, depending on the size of the drill string. This locking connection contains a coupling and a nipple connected by a cylindrical thread, provided with a working surface mating with each other, placed on the end surface of the ring elements fixedly connected, respectively, with the coupling and the nipple, while the height of the gear stops does not exceed the relationship between the thread and the number of stops, the back of which is formed by a spiral surface. The working surface of the stops is located in the plane of the axial section of the joint connection and transmits torque, unloading the threaded coupling from it, which only accepts axial pressure loads on the bottom, or when lifting the drill string.
Преимуществом этого соединения, перед описанным выше, является уменьшение степени сужения транспортного канала шнековой колонны в замковой части, и, соответственно, снижение сопротивления выносу бурового шлама. Кроме того, симметричное по отношению к оси вращения приложение окружного усилия, создающего крутящий момент, от одной из сопрягаемых частей замкового соединения (муфты) к другой (ниппелю), исключает взаимный перекос смежных шнеков под нагрузкой из-за выборки зазоров в резьбовом сопряжении, приводивший к перекосу сопряжения, непрямолинейности («коленчатости») шнековой колонны и, соответственно, непроизводительному увеличению диаметра скважины, повышающему энергоемкость бурения.The advantage of this connection, as described above, is to reduce the degree of narrowing of the transport channel of the screw columns in the castle part, and, accordingly, to reduce the resistance to the removal of drill cuttings. In addition, the application of a torque-generating torque, symmetrical with respect to the axis of rotation, from one of the mating parts of the lock joint (coupling) to the other (nipple), eliminates the mutual skew of adjacent screws under load due to the selection of gaps in the threaded joint, which led to to imbalance of conjugation, indirectness (“crankiness”) of the auger string and, accordingly, unproductive increase in the diameter of the well, which increases the energy intensity of drilling.
Однако, при всех, упомянутых преимуществах замкового соединения по патенту РФ №2347886, попытки дальнейшего совершенствования этой конструкции, в частности, повышения ресурса, наталкивается на следующее техническое противоречие. Напряжения, определяющие величину предельного крутящего момента, передаваемого зубчатыми упорами, при прочих равных условиях, зависят от их размеров, в частности, от площади их рабочей поверхности и радиуса удаленности от оси вращения (плеча окружной силы вращения). Во всех, применяемых в настоящее время в практике бурения буровых шнеках этого типа, для исключения превышения возникающих при бурении напряжений над допускаемыми и обеспечения за счет этого приемлемого ресурса замкового соединения, диаметр кольцевых элементов с зубчатыми упорами вынужденно превышает диаметр муфты, и без того уже превышающий диаметр трубы шнека. Это, как уже указывалось выше, снижает производительность проходки скважины из-за сужения сечения транспортного ручья шнека. Уменьшение диаметра кольцевых элементов с упорами до диаметра муфты шнека за счет изготовления их из высокопрочных легированных сталей, неприемлемо повышает себестоимость изделия из-за высокой цены материала, а также технологических сложностей со сваркой этих материалов.However, with all the mentioned advantages of the castle connection according to the patent of the Russian Federation No. 2347886, attempts to further improve this design, in particular, increase the resource, encounters the following technical contradiction. Stresses determining the magnitude of the limiting torque transmitted by the gears, ceteris paribus, depend on their sizes, in particular, on the area of their working surface and the radius of the distance from the axis of rotation (shoulder circumferential rotation force). In all drilling augers of this type currently used in drilling practice, in order to exclude the excess of stresses arising during drilling over permissible and to ensure due to this acceptable resource of the locking connection, the diameter of the ring elements with gear stops compulsorily exceeds the diameter of the coupling, which already exceeds screw pipe diameter. This, as already mentioned above, reduces the productivity of the sinking of the well due to the narrowing of the cross section of the transport stream of the screw. Reducing the diameter of the annular elements with stops to the diameter of the screw coupling due to their manufacture from high-strength alloy steels, unacceptably increases the cost of the product due to the high price of the material, as well as technological difficulties with welding of these materials.
Известно резьбовое соединение шнеков (полезная модель №44730, МКИ Е21В 17/042, опубл. 27.03.2004, бюл. №9), содержащее муфту и ниппель, соединяемые цилиндрической резьбой, в котором угол подъема винтовой линии резьбы выполнен в 1,2 … 2,0 больше угла трения на витках резьбовой пары.Known threaded connection of screws (utility model No. 44730, MKI E21B 17/042, publ. 03/27/2004, bull. No. 9), containing a sleeve and nipple connected by a cylindrical thread, in which the angle of the helical thread is made in 1.2 ... 2.0 more than the angle of friction on the turns of a threaded pair.
Эта конструкция существенно проще и дешевле в изготовлении, чем описанные выше соединения, за счет отсутствия кольцевых элементов с зубчатыми упорами, а благодаря большому углу подъема витков резьбы, превышающему угол трения материала муфты и ниппеля, исключает чрезмерную затяжку резьбового соединения при бурении, облегчая и ускоряя последующий демонтаж шнековой, или другого вида, колонны. Кроме того, в отличие от описанных выше, это соединение обеспечивает лучшие транспортирующие свойства шнека за счет отсутствия периодических сужений транспортного ручья шнековой колонны в местах соединения ее секций.This design is much simpler and cheaper to manufacture than the joints described above, due to the absence of ring elements with gear stops, and due to the large angle of the thread turns exceeding the angle of friction of the coupling material and nipple, it eliminates excessive tightening of the threaded joint during drilling, facilitating and accelerating subsequent dismantling of a screw or other type of column. In addition, unlike the ones described above, this connection provides the best conveying properties of the screw due to the absence of periodic narrowing of the transport stream of the screw column at the junction of its sections.
Однако, имея перечисленные выше достоинства, описанная конструкция обладает и следующим недостатком. Верхний предел величины угла подъема витка резьбы, исключающий чрезмерную затяжку резьбового соединения, ограничен опасностью потери шнековой колонны в скважине из-за возможности саморазвинчивания резьбового соединения. Но, даже в условиях указанного ограничения угла подъема витка, на практике случается заклинивание резьбового соединения, связанное с засорением резьбы высокоабразивным буровым шламом, требующее для демонтажа соединения повышенных затрат времени и физических сил, или применения специальных механизмов. Дальнейшее увеличение угла подъема витка резьбы, устраняющее эту проблему, невозможно из-за потери самотормозящих свойств резьбы сверх допустимого предела. Причиной, не позволяющей решить эту проблему в рамках описанного технического решения является слишком широкий разброс реального коэффициента трения в резьбовом сопряжении, связанный со многими трудноуправляемыми факторами: различной степенью загрязнения буровым шламом, разной степенью его абразивности, нестабильной смазкой, степенью износа резьбы, уровнем вибрации и др. Поэтому, несмотря на хорошие транспортирующие качества шнека и простоту конструкции его резьбового соединения, оно нашло ограниченное применение, в основном, в малогабаритной буровой технике, где величина действующих крутящих моментов относительно невелика и позволяет терпеть с описанные трудности.However, having the advantages listed above, the described construction also has the following disadvantage. The upper limit of the angle of elevation of the thread turn, excluding excessive tightening of the threaded connection, is limited by the risk of loss of a screw column in the well due to the possibility of self-unscrewing of the threaded connection. But, even in the conditions of the indicated limitation of the turn angle, in practice there is a jamming of the threaded joint associated with clogging of the thread by highly abrasive drill cuttings, requiring increased time and physical forces for dismantling the joint, or the use of special mechanisms. A further increase in the angle of elevation of the thread thread, eliminating this problem, is impossible due to the loss of self-braking properties of the thread in excess of the permissible limit. The reason that does not allow solving this problem within the framework of the described technical solution is a too wide scatter of the real coefficient of friction in the threaded joint, associated with many hard-to-manage factors: different degrees of contamination with drill cuttings, different degrees of abrasiveness, unstable lubrication, degree of thread wear, vibration level and etc. Therefore, despite the good conveying qualities of the screw and the simplicity of the design of its threaded connection, it has found limited use, mainly in small overall drilling equipment, where the magnitude of the operating torques is relatively small and allows you to endure with the described difficulties.
Резьбовое соединение шнеков по патенту №44730 является наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому эффекту и выбрано в качестве прототипа изобретения.The threaded connection of the screws according to the patent No. 44730 is the closest to the claimed technical essence and the achieved effect and is selected as a prototype of the invention.
Задачей изобретения, является устранение описанного выше технического противоречия, а именно, снижение трудоемкости демонтажа резьбового соединения при условии обеспечения его самотормозящих свойств, и равнопроходного сечения транспортного ручья шнека.The objective of the invention is to eliminate the technical contradiction described above, namely, reducing the complexity of dismantling a threaded connection, provided that it has self-braking properties, and an equal passage section of the auger transport stream.
Задача решается тем, что в известном резьбовом соединении секций буровой колонны, содержащем муфту и ниппель, соединяемые друг с другом цилиндрической резьбой, отличием является то, что, по меньшей мере, часть боковой стороны профиля первого витка резьбы муфты, обращенной наружу, и обращенная к ней аналогичная часть первого витка резьбы ниппеля, выполнены в виде элементов, обеспечивающих при их сопряжении друг с другом крутящий момент, заведомо превышающий момент сопротивления развинчиванию муфты и ниппеля, сопряженных на полную длину свинчивания.The problem is solved in that in the known threaded connection of drill string sections containing a sleeve and a nipple connected to each other by a cylindrical thread, the difference is that at least part of the side of the profile of the first turn of the thread of the sleeve facing outward and facing similar part of the first turn of the thread of the nipple is made in the form of elements that provide, when they are mated with each other, a torque that obviously exceeds the moment of resistance to unscrewing the coupling and nipple, mated to the full length of inching.
В зависимости от необходимой для демонтажа соединения величины крутящего момента, конструктивное выполнение упомянутых элементов может быть различным.Depending on the amount of torque required for dismantling the connection, the structural design of the above elements may be different.
Так элемент, передающий момент сопротивления развинчиванию, может быть выполнен в виде фрикционной пары повышенного, по сравнению с остальной частью сопряжения, трения. Поверхность сопряжения фрикционной пары повышенного трения может быть образована как конической поверхностью, так и наклонной винтовой поверхностью. При этом острый угол пересечения образующей этих поверхностей с осью резьбового соединения вершиной направлен внутрь муфты. Вариант конической поверхности, является, более простой и технологичной альтернативой наклонной винтовой поверхности, но имеет более интенсивный износ, и соответственно, срок службы из-за меньшей площади фрикционного контакта.So the element that transmits the moment of resistance to unscrewing can be made in the form of a friction pair of increased friction in comparison with the rest of the interface. The interface of the friction pair of increased friction can be formed as a conical surface, and an inclined helical surface. In this case, the sharp angle of intersection of the generatrix of these surfaces with the axis of the threaded connection with the vertex is directed inside the coupling. The conical surface option is a simpler and more technologically advanced alternative to an inclined helical surface, but has more intensive wear and, consequently, a service life due to the smaller frictional contact area.
Эти варианты конструктивные варианты реализации изобретения наиболее просты и технологичны, но сила трения такой фрикционной пары может оказаться недостаточной, для преодоления момента затяжки резьбового соединения, сопряженного на полную длину свинчивания при небольших углах подъема витков резьбы, где моменты затяжки резьбы велики, особенно в условиях ее засорения высокоабразивным шламом.These options are constructive embodiments of the invention are the simplest and most technologically advanced, but the friction force of such a friction pair may not be sufficient to overcome the tightening torque of the threaded joint, mated to the full make-up length at small angles of the thread winding, where the tightening torques are large, especially in conditions of clogging with highly abrasive slurry.
Лучшим, в этом случае, является вариант, в котором элементы, передающие момент сопротивления развинчиванию соединения, выполнены в виде противодействующих друг другу упоров, образованных в габаритах тела первого витка резьбы муфты и ниппеля. Этот вариант реализации изобретения обеспечивает передачу наибольшего крутящего момента. Он может применяться в резьбовых соединениях, не имеющих средства ограничения, или исключения момента затяжки соединения, такого как, например, в прототипе по патенту №44730, или аналоге по патенту РФ №2347886.The best, in this case, is the option in which the elements transmitting the moment of resistance to unscrewing the connection are made in the form of opposing stops formed in the dimensions of the body of the first thread of the coupling and nipple. This embodiment of the invention provides the transmission of the greatest torque. It can be used in threaded connections that do not have the means of limiting or eliminating the tightening torque of the connection, such as, for example, in the prototype according to patent No. 44730, or an analogue according to RF patent No. 2347886.
Для облегчения изготовления упоров и улучшения условий самоочистки их рабочей поверхности от загрязнения буровым шламом, она может быть образована стенкой сквозного паза, выполненного поперек витка резьбы. При этом ширина паза не должна превышать длины передней части витка резьбы, ограниченной рабочей поверхностью упора.To facilitate the manufacture of stops and improve the conditions for self-cleaning their working surface from contamination with drill cuttings, it can be formed by a wall of a through groove made across the thread thread. The width of the groove should not exceed the length of the front of the thread, limited by the working surface of the stop.
Лучшим профилем резьбы муфты и ниппеля является прямоугольный, где витки образованы поверхностью прямого геликоида. В сравнении треугольной или трапецеидальной резьбой, прямоугольная имеет меньшую величину трения в сопряжении. Это увеличивает разницу между величиной трения в резьбовом сопряжении при полной длине свинчивания, и величиной трения фрикционной пары повышенного трения, образованной на первом витке резьбы муфты и ниппеля. Это способствует стабильности процесса развинчивания соединения при его демонтаже.The best thread profile for the coupling and the nipple is rectangular, where the turns are formed by the surface of a direct helicoid. In comparison with a triangular or trapezoidal thread, a rectangular one has a lower amount of friction in conjugation. This increases the difference between the amount of friction in the threaded joint at the full make-up length, and the amount of friction of the friction pair of increased friction formed on the first thread of the coupling and nipple. This contributes to the stability of the process of unscrewing the connection during dismantling.
Изобретение поясняется чертежами, где показаны: фиг. 1 - секции буровой колонны, сопряженные муфтой и ниппелем, выполненными согласно изобретению; фиг. 2, 3, 4 - варианты выполнения элементов первого витка резьбы, передающих крутящий момент сопротивления развинчиванию; фиг. 5, 6, 7 - то же, в положении сопряжения упомянутых элементов друг с другом; фиг. 8 - вариант выполнения упора на фиг.7.The invention is illustrated by drawings, where shown: FIG. 1 - sections of the drill string, coupled with a sleeve and a nipple, made according to the invention; FIG. 2, 3, 4 - embodiments of the elements of the first thread turn, transmitting the torque of unscrewing resistance; FIG. 5, 6, 7 - the same, in the position of pairing the said elements with each other; FIG. 8 is an embodiment of an emphasis in FIG. 7.
Резьбовое соединение секций 1, 2, 3 буровой колонны содержит муфту 4, расположенную на нижнем конце каждой из секций и ниппель 5, расположенный на верхнем ее конце (фиг. 1). Муфта и ниппель сопряжены цилиндрической резьбой 6. Муфта 4 снабжена центрирующей выточкой 7, а ниппель 5 центрирующей проточкой 8, расположенные со стороны заходной части резьбы и сопряженные друг с другом в рабочем положении секций. Часть боковой стороны профиля первого витка резьбы муфты 4, обращенная наружу, и обращенная к ней аналогичная часть первого витка резьбы ниппеля 5, снабжены, соответственно, элементами 9 и 10, обеспечивающими при их сопряжении друг с другом крутящий момент, заведомо превышающий момент сопротивления развинчиванию муфты и ниппеля, сопряженных на полную длину свинчивания. Конструктивное выполнение элементов 9 и 10 может быть различным, в зависимости от необходимой для демонтажа соединения величины крутящего момента.The threaded connection of the
Так, в частности, они могут быть выполнены в виде конических 11 и 12 (фиг. 2), или наклонных винтовых поверхностей 13 и 14 (фиг. 3), которые в сопряжении друг с другом (фиг. 5) и (фиг. 6), образуют фрикционную пару. При этом, острый угол α пересечения образующей этих поверхностей с осью резьбового соединения в обоих вариантах вершиной направлен внутрь муфты. Величина этого угла выбрана такой, чтобы сила трения фрикционной пары, образованной упомянутыми поверхностями за счет клинового эффекта была выше, чем величина силы трения в резьбовом сопряжении при полной длине свинчивания. Клиновой эффект, возникающий в описанном сопряжении, и обеспечиваемая им сила трения тем больше, чем меньше угол α. Вариант конической поверхности трения, проще и технологичнее, чем наклонной винтовой поверхности трения, однако имеет, по сравнению с ней, меньше площадь фрикционного контакта и, соответственно, меньший ресурс на износ. Лучшим вариантом профиля резьбы 6 является прямоугольный, имеющий в сравнении с треугольным, или трапецеидальным (не показаны) меньшую величину силы трения в сопряжении. В этом случае разница между величиной силы трения в резьбовом сопряжении при полной длине его свинчивания, и величиной трения фрикционной пары, обеспечивающей развинчивание, будет больше. Это позволит сделать процесс демонтажа резьбового соединения более стабильным за счет уменьшения влияния всякого рода случайностей, приводящих к подклиниванию сопряжения, например, наличия на сопрягаемых поверхностях крупнозернистого песка.So, in particular, they can be made in the form of conical 11 and 12 (Fig. 2), or
В другом, лучшем варианте выполнения изобретения, элементы, передающие крутящий момент при развинчивании, выполнены в виде противодействующих друг другу упоров 15 и 16, образованных в габаритах тела первых витков резьбы муфты 4 и ниппеля 5 (фиг. 4, 7). Для упрощения изготовления упоров, с одной стороны, и обеспечения возможности их самоочистки от бурового шлама - с другой, рабочая поверхность упомянутых упоров может быть образована стенкой сквозного паза 17, выполненногоIn another, better embodiment of the invention, the elements that transmit torque when unscrewing are made in the form of opposing
поперек витка резьбы (фиг. 8). При этом, ширина aα паза не превышает длины b передней части витка резьбы, ограниченной рабочей поверхностью упора. Это необходимо для того, чтобы эта часть витка из-за попадания в паз не могла препятствовать свинчиванию резьбового соединения при наращивании колонны. Этот вариант выполнения изобретения, по сравнению с первыми, описанными выше, обеспечивает многократно большую величину крутящего момента, передаваемого упорами на демонтируемое резьбовое сопряжение.across the thread (Fig. 8). Moreover, the width a of the groove does not exceed the length b of the front of the thread, limited by the working surface of the stop. This is necessary so that this part of the turn, due to falling into the groove, cannot interfere with the screwing of the threaded connection when building the column. This embodiment of the invention, compared with the first ones described above, provides a much larger amount of torque transmitted by the stops to the dismountable threaded interface.
Заявленное резьбовое соединение работает следующим образом. При наращивании колонны в процессе проходки скважины каждую последующую секцию центрирующей выточкой 7 муфты 4 соединяют с центрирующей проточкой 8 ниппеля 5 и свинчивают их до взаимного соприкосновения их торцевых поверхностей. После окончания проходки, при демонтаже секций буровой колонны, зажимом (не показан), или иным способом исключают возможность вращения предпоследней сверху секции, затем реверсируют вращатель буровой установки (не показан). При этом под действием крутящего момента вращателя одно из двух резьбовых соединений последней сверху секции (верхнее, связанное с вращателем, или нижнее, связанное с неподвижной предпоследней секцией) развинчивается до полной потери сопряжения элемента 9 с элементом 10, и срыва витка резьбы муфты с витка резьбы ниппеля. После срыва элементы 9 и 10 под действием веса вращателя с ударом и одновременным вращением снова входят в сопряжение друг с другом. Под действием этого удара, одновременного с вращением, возникает импульс крутящего момента, приводящий к переходу от состояния трения покоя, в котором находилось второе из сопряжений, к трению движения, имеющему меньшую величину, и последующему развинчиванию этого резьбового сопряжения.The claimed threaded connection works as follows. When building the column during the drilling process, each subsequent section of the centering
В варианте выполнения изобретения, показанном на фиг. 5 и фиг. 6, где упомянутые элементы выполнены, соответственно, в виде сопряженных друг с другом конических 11 и 12, или наклонных винтовых 13 и 14 поверхностей, при вращении и действии силы Р осевого давления вращателя (не показан) между ними возникает сила трения, величина которой за счет клинового эффекта, возникающего между ними, превышает силу трения во втором резьбовом соединении. Поэтому в результате происходит развинчивание этого резьбового соединения до выхода из взаимного зацепления первых витков резьбы. После этого верхнюю секцию снимают, вращатель опускают, свинчивают его с очередной секцией, освобождают ее из зажима, поднимают и зажимают следующую нижнюю секцию. Далее описанный процесс повторяют до окончания демонтажа буровой колонны. Описанные варианты конструктивно просты и технологичны, но фрикционная пара обеспечивает недостаточную величину момента трения. Поэтому сфера их применения ограничена, в основном, буровыми шнеками, имеющими средства ограничения момента затяжки резьбы. Это, например, или увеличенный угол подъема ее витков, как в прототипе (патент РФ №44730), или средство полного исключения момента затяжки в виде зубчатого соединения, разгружающего резьбу от крутящего момента (патент РФ №2347886). В упомянутой сфере применения описанное техническое решение позволяет увеличить производительность и облегчить условия труда персонала за счет преодоления заклиниваний резьбового соединения при развинчивании колонны реверсом вращателя.In the embodiment shown in FIG. 5 and FIG. 6, where the said elements are made, respectively, in the form of conical 11 and 12 mating with each other, or
В другом варианте выполнения изобретения, показанном на фиг. 4 и фиг. 7, где упомянутые элементы выполнены в виде противодействующих друг другу упоров 15 и 16, образованных в габаритах тела первого витка резьбы муфты и ниппеля, демонтаж резьбовых соединений происходит с тем отличием, что после окончания развинчивания первого из резьбовых соединений происходит сцепление упора 15 муфты и упора 16 ниппеля, а затем последующее развинчивание второго из соединений. Оно может происходить не более чем до момента соприкосновения упора на муфте этого соединения с упором на ниппеле неподвижной секции, после чего демонтируемая секция может быть удалена. Величина крутящего момента, передаваемого упорами 15 и 16, преодолевающего силы трения в резьбовом сопряжении при его демонтаже, определяется величиной, развиваемой вращателем буровой установки, многократно превышающей величину крутящего момента, которую способна обеспечить фрикционная пара в первых двух вариантах выполнения.In another embodiment of the invention shown in FIG. 4 and FIG. 7, where the said elements are made in the form of opposing
Этот вариант резьбового соединения является лучшим, и, в сравнении с описанным выше аналогом по патенту РФ №2347886, с одной стороны, упрощает и удешевляет конструкцию замковых соединений шнеков, а с другой - повышает производительность транспортирования бурового шлама за счет полного устранения сужений транспортного ручья шнековой колонны в зоне замкового соединения. Кроме того, дополнительным преимуществом заявленного технического решения по сравнению с этим аналогом является более высокая жесткость и продольная устойчивость буровой колонны, обусловленная отсутствием осевого зазора в резьбовом сопряжении.This version of the threaded connection is the best, and, in comparison with the analogue described above according to RF patent No. 2347886, on the one hand, simplifies and reduces the cost of the design of the screw joints, and on the other hand, increases the productivity of transporting drill cuttings by completely eliminating the narrowing of the screw conveyor columns in the area of the castle connection. In addition, an additional advantage of the claimed technical solution compared to this analogue is a higher rigidity and longitudinal stability of the drill string due to the lack of axial clearance in the threaded joint.
Изобретение, по сравнению с прототипом, позволяет увеличить производительность буровых работ за счет снижения трудоемкости демонтажа резьбового соединения при сохранении его самотормозящих свойств.The invention, compared with the prototype, can increase the productivity of drilling operations by reducing the complexity of dismantling the threaded connection while maintaining its self-braking properties.
Таким образом, заявленное техническое решение удовлетворяет критериям промышленной применимости, новизны и изобретательского уровня.Thus, the claimed technical solution meets the criteria of industrial applicability, novelty and inventive step.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017139712A RU2674040C1 (en) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | Threaded connection of sections of drilling string |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017139712A RU2674040C1 (en) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | Threaded connection of sections of drilling string |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2674040C1 true RU2674040C1 (en) | 2018-12-04 |
Family
ID=64603628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017139712A RU2674040C1 (en) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | Threaded connection of sections of drilling string |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2674040C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2757481C1 (en) * | 2020-10-13 | 2021-10-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) | Drill string disconnector |
| RU2761054C1 (en) * | 2021-02-25 | 2021-12-02 | Акционерное общество "Курганавторемонт" | Threaded connection of drill string sections |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4482173A (en) * | 1983-08-22 | 1984-11-13 | Central Mine Equipment Company | Drill string joint |
| RU44730U1 (en) * | 2004-07-16 | 2005-03-27 | Открытое акционерное общество "Курганавторемонт" | THREAD CONNECTION OF AUGERS |
| RU2347886C2 (en) * | 2006-12-25 | 2009-02-27 | Открытое акционерное общество "Курганавторемонт" | Interlock connections of screw. |
| RU92081U1 (en) * | 2009-11-18 | 2010-03-10 | Закрытое акционерное общество "Московский опытный завод буровой техники" | DRILL AUGER AND LOCK JOINT |
| RU2518702C2 (en) * | 2011-05-19 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Завод бурового оборудования" | Threaded pipe joint |
| RU147675U1 (en) * | 2014-07-08 | 2014-11-10 | Щигровское открытое акционерное общество "Геомаш" | LOCKING AUGER CONNECTION |
| RU2629285C1 (en) * | 2016-05-25 | 2017-08-28 | Общество с Ограниченной Ответственностью "ТНГ-Групп" | Auger tool joint |
-
2017
- 2017-11-14 RU RU2017139712A patent/RU2674040C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4482173A (en) * | 1983-08-22 | 1984-11-13 | Central Mine Equipment Company | Drill string joint |
| RU44730U1 (en) * | 2004-07-16 | 2005-03-27 | Открытое акционерное общество "Курганавторемонт" | THREAD CONNECTION OF AUGERS |
| RU2347886C2 (en) * | 2006-12-25 | 2009-02-27 | Открытое акционерное общество "Курганавторемонт" | Interlock connections of screw. |
| RU92081U1 (en) * | 2009-11-18 | 2010-03-10 | Закрытое акционерное общество "Московский опытный завод буровой техники" | DRILL AUGER AND LOCK JOINT |
| RU2518702C2 (en) * | 2011-05-19 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Завод бурового оборудования" | Threaded pipe joint |
| RU147675U1 (en) * | 2014-07-08 | 2014-11-10 | Щигровское открытое акционерное общество "Геомаш" | LOCKING AUGER CONNECTION |
| RU2629285C1 (en) * | 2016-05-25 | 2017-08-28 | Общество с Ограниченной Ответственностью "ТНГ-Групп" | Auger tool joint |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2757481C1 (en) * | 2020-10-13 | 2021-10-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) | Drill string disconnector |
| RU2761054C1 (en) * | 2021-02-25 | 2021-12-02 | Акционерное общество "Курганавторемонт" | Threaded connection of drill string sections |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3754609A (en) | Drill string torque transmission sleeve | |
| CA2686880C (en) | Thread form for tubular connections | |
| CA2381711C (en) | Threaded pipe connection | |
| EP2347162B1 (en) | Cylindrical tapered thread form for tubular connections | |
| RU2687696C1 (en) | Quick-detachable threaded connection with multi-thread thread | |
| US3355192A (en) | Threaded connections | |
| RU2659291C2 (en) | Tubular connection with helically extending torque shoulder | |
| US7882906B1 (en) | Up-down vibratory drilling and jarring tool | |
| CA2769936C (en) | Arrow-shaped thread form with tubular connections | |
| RU2666801C2 (en) | Drill string with bend resistant coupling | |
| EA018849B1 (en) | Drill packer member, drill pipe, and corresponding drill pipe string | |
| RU2674040C1 (en) | Threaded connection of sections of drilling string | |
| RU2347886C2 (en) | Interlock connections of screw. | |
| RU65096U1 (en) | LOCKING AUGER CONNECTION | |
| AU2012261576B2 (en) | Rock bolt and rock bolt component | |
| RU2629285C1 (en) | Auger tool joint | |
| RU2675708C1 (en) | Locking connection of drilling augers and pipes | |
| RU2761054C1 (en) | Threaded connection of drill string sections | |
| RU181276U1 (en) | DRILL PIPE THREADED CONNECTION | |
| RU95730U1 (en) | DRILL AUGER | |
| CA2973222C (en) | Threaded joint for coupling rods | |
| RU94619U1 (en) | Hollow auger column, auger for a hollow auger column, design of a thrust element for a hollow auger column and a working surface of a thrust auger element for a hollow auger column | |
| EP3636873B1 (en) | A connection assembly for connecting pipes | |
| EP3663506B1 (en) | A drilling string, threaded coupling, and rod adaptor for rotary drilling | |
| RU195566U1 (en) | High torque threaded casing joint |