RU2675708C1 - Locking connection of drilling augers and pipes - Google Patents
Locking connection of drilling augers and pipes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2675708C1 RU2675708C1 RU2017139713A RU2017139713A RU2675708C1 RU 2675708 C1 RU2675708 C1 RU 2675708C1 RU 2017139713 A RU2017139713 A RU 2017139713A RU 2017139713 A RU2017139713 A RU 2017139713A RU 2675708 C1 RU2675708 C1 RU 2675708C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nipple
- angle
- thread
- stops
- drilling
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 claims abstract description 23
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 25
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 25
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 25
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 210000004907 gland Anatomy 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution 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
-
- 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
- E21B17/22—Rods or pipes with helical structure
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 шнеков и труб в буровых колоннах. 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 drilling augers and pipes in drill columns. 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. Ploshchad. 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 лишних 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 (плывунами). Однако при бурении в местах, где геологический разрез, наряду с упомянутым грунтом, включает в себя существенную часть мерзлого грунта существует проблема низкого ресурса накладных упоров. Также существенно ухудшился 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 unnecessary effort and time. Such a castle compound was widely used in the practice of drilling seismic wells in marshy areas of Western Siberia, replete with geological sections with unstable soils (quicksand). However, when drilling in places where the geological section, along with the above-mentioned soil, includes a significant part of the frozen soil, there is a problem of a low resource of overhead stops. The drilling mud cut-off has also significantly worsened, 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 взрывных скважин в сейсморазведке. В отличие от упомянутого выше аналога, в выпускаемых по этому патенту шнеках, степень сужения транспортного сечения составляет 45…50% в зависимости от типоразмера 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 blast holes in seismic exploration. In contrast to the aforementioned analogue, in the screws manufactured for this patent, the degree of narrowing of the transport section is 45 ... 50%, depending on the size of the drill string.
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.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 lock joint and transmits torque, unloading from it the threaded coupling, which only accepts axial loads.
Его преимуществом перед описанным выше замковым соединением с накладными приварными упорами является уменьшение степени сужения транспортного канала шнековой колонны в замковой части, что уменьшает сопротивление 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 непрямолинейности («коленчатости») шнековой колонны и непроизводительному увеличению диаметра скважины и повышению энергоемкости бурения.Its advantage over the castle connection described above with weld-on extensions is the reduction in the degree of narrowing of the conveyor channel of the screw column in the castle part, which reduces the resistance to drill cuttings removal. 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 the straightness ("crankiness") of the screw string and unproductive increase in the diameter of the borehole and increase the energy consumption of drilling.
Однако, при всех, упомянутых преимуществах замкового соединения по патенту РФ №2347886, попытки дальнейшего совершенствования этой конструкции, в частности, повышения срока его службы, 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. Это, как 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, for 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, to increase its service life, run into 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 lock connection, the diameter of the ring elements with gear stops is compulsorily greater than the diameter of the coupling. This, as 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.
Попыткой усовершенствования замкового соединения по патенту РФ №2347886 является известное замковое соединение шнеков по патенту РФ №147675 на полезную модель (МПК Е21В 17/04, опубл. 10.11.14, бюл. №31), содержащее соединенные цилиндрической резьбой муфту и ниппель, и размещенные в торцевой части муфты и ниппеля в плоскости оси шнека винтовые зубья с возможностью взаимодействия между собой. Шаг винтовой поверхности, образующий спинку зуба меньше шага резьбы муфты и ниппеля, а высота зубьев превышает величину ее отношения к ходу резьбы в 1,05…1,5 раза, за счет чего крутящий момент передается через сопряженные друг с другом спинки зуба.An attempt to improve the locking connection according to the patent of the Russian Federation No. 2347886 is a known locking connection of the screws according to the patent of the Russian Federation No. 147675 for a utility model (IPC EV 21/04, publ. 10.11.14, bull. No. 31), containing a coupling and a nipple connected by a cylindrical thread, and helical teeth located in the end part of the coupling and nipple in the plane of the screw axis with the possibility of interaction with each other. The step of the helical surface forming the back of the tooth is less than the step of the thread of the coupling and the nipple, and the height of the teeth exceeds the value of its ratio to the thread stroke by 1.05 ... 1.5 times, due to which the torque is transmitted through the tooth backs conjugated to each other.
В качестве технического результата в описании полезной модели декларируется повышение долговечности соединения и одновременное облегчение спускоподъемных операций. Однако упомянутый технический результат, по нашему мнению, является заблуждением автора, так как, при использовании описанной конструкции на практике, технический результат оказывается противоположным заявленному. В результате нагружения этого замкового соединения рабочим крутящим моментом заклинивание сопряжения может оказаться настолько большим, что его развинчивание без известных в буровой технике гидравлических труборазворотов, будет невозможно. Это снижает производительность и удорожает оборудование. Причина упомянутого сверхзаклинивания обусловлена тем, что направление винтовой поверхности, образующей резьбовое соединение, и направление винтовой поверхности, образующей сопряженные друг с другом наклонные спинки зубьев, через которые передается крутящий момент, совпадают друг с другом(является одноименными), поэтому разница между углом подъема спирали резьбы и углом подъема спирали спинки упоров оказывается меньше приведенного угла трения фрикционной пары «муфта-ниппель». Это вызывает необходимость приложения больших усилий для развинчивания соединения, и приводит не к облегчению спускоподъемных операций, а к их затруднению. Для исключения этого недостатка в рамках обсуждаемого технического решения необходимо настолько увеличить величину хода резьбы, что это приведет к потере ее самотормозящего свойства и опасности потери шнеков в скважине из-за их саморазвинчивания под действием собственного веса и вибрации. По своей технической сути описанное соединение муфты и ниппеля фактически является широко известным в технике дифференциальным винтовым механизмом, в котором за счет разницы углов подъема витков резьб одноименного направления обеспечиваются сверхмалые перемещения. В рассматриваемой конструкции проявляется обратная сторона дифференциального винтового механизма с однонаправленными винтовыми поверхностями - сверхбольшие осевые усилия, не облегчающие, а наоборот, затрудняющие развинчивание соединения.As a technical result, in the description of the utility model, an increase in the durability of the joint and simultaneous facilitation of tripping is declared. However, the mentioned technical result, in our opinion, is the author’s error, since, when using the described construction in practice, the technical result is the opposite of the declared one. As a result of loading this locking joint with a working torque, the jamming of the coupling may turn out to be so large that it may not be possible to unscrew it without hydraulic pipe turns known to the drilling technique. This reduces productivity and increases the cost of equipment. The reason for the said over-jamming is due to the fact that the direction of the screw surface forming the threaded connection and the direction of the screw surface forming the inclined tooth backs connected to each other through which the torque is transmitted coincide (is the same), therefore, the difference between the angle of the spiral thread and the angle of elevation of the spiral backrest stops is less than the reduced friction angle of the friction pair "coupling-nipple". This necessitates the application of great efforts to unscrew the connection, and does not lead to easier tripping, but to their difficulty. To eliminate this drawback, within the framework of the technical solution under discussion, it is necessary to increase the value of the thread stroke so much that it will lead to a loss of its self-braking property and the risk of loss of screws in the well due to their self-unscrewing under the influence of their own weight and vibration. In its technical essence, the described coupling and nipple connection is in fact a differential screw mechanism widely known in the art, in which, due to the difference in the elevation angles of the turns of threads of the same direction, ultra-small movements are provided. In the design under consideration, the reverse side of the differential screw mechanism with unidirectional helical surfaces is manifested - ultra-large axial forces that do not facilitate, but, on the contrary, complicate the unscrewing of the connection.
Поэтому в качестве прототипа изобретения принято замковое соединение по патенту РФ №2347886, наиболее близкое по технической сущности и достигаемому результату.Therefore, as a prototype of the invention adopted castle connection according to the patent of the Russian Federation No. 2347886, the closest in technical essence and the achieved result.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение сформулированного выше по отношению к прототипу технического противоречия, а техническим результатом является повышение нагрузочной способности замкового соединения без увеличения его диаметра и применения дорогих конструкционных материалов.The task of the invention is to eliminate the technical contradiction formulated above with respect to the prototype, and the technical result is to increase the load capacity of the castle joint without increasing its diameter and the use of expensive structural materials.
Поставленная задача решается тем, что в известном замковом соединении, содержащем муфту и ниппель, соединенные цилиндрической резьбой, снабженные сопряженными друг с другом рабочей поверхностью зубчатыми упорами, выполненными на торцевой поверхности кольцевых элементов, неподвижно соединенных, соответственно, с муфтой и ниппелем, высота зубчатых упоров не превышает отношения между ходом резьбы и числом упоров. Отличием предлагаемого замкового соединения является то, что рабочая поверхность зубчатых упоров наклонена к плоскости вращения, вершина острого угла наклона направлена в сторону, противоположную направлению вращения, при этом упомянутый угол наклона и угол подъема винтовой поверхности резьбы имеют величины, суммарно превышающие величину приведенного угла трения фрикционной пары «муфта-ниппель» в условиях ее загрязнения абразивным буровым шламом.The problem is solved in that in the known castle connection containing the coupling and the nipple connected by a cylindrical thread, provided with gear stops mating with each other, made on the end surface of the ring elements, fixedly connected, respectively, with the coupling and the nipple, the height of the gear stops does not exceed the relationship between the threading and the number of stops. The difference of the proposed castle connection is that the working surface of the gear stops is inclined to the plane of rotation, the top of the acute angle of inclination is directed to the side opposite to the direction of rotation, while the said angle of inclination and the angle of elevation of the screw surface of the thread have values that total exceed the value of the reduced friction angle of friction couplings-nipple in conditions of its contamination with abrasive drill cuttings.
Для обеспечения максимальной прочности зубьев, а также исключнения условий, способствующих заклиниванию замкового сопряжения при его развинчивании из-за заполнения кусковатым шламом зазора между спинками упоров, поверхность спинки зубчатых упоров выполнена винтовой, ее направление одноименно с направлением винтовой поверхности резьбы, а шаг равен шагу спирали последней.To ensure maximum tooth strength, as well as the exclusion of conditions that contribute to jamming of the locking mate when it is unscrewed due to filling with a lumpy slurry of the gap between the backs of the stops, the surface of the back of the gear stops is made screw, its direction is the same as the direction of the screw surface of the thread, and the step is equal to the step of the spiral last one.
Для дополнительного уменьшения сопротивления развинчиванию соединения, вызванного плотным заполнением зазора между спинками зубьев высокоабразивным шламом, например, с высоким содержанием песка, поверхности спинок зубчатых упоров могут быть образованы наклонной винтовой поверхностью (наклонным геликоидом), образующей острый угол на внутренней кромке спинки. За счет этого поверхности оппозитных спинок образуют канавку с наклонными стенками, расширяющимися наружу, из которой при развинчивании соединения легко удаляется абразивный шлам, не вызывая сопротивления.To further reduce the resistance to unscrewing the connection caused by the dense filling of the gap between the backs of the teeth with a highly abrasive slurry, for example, with a high sand content, the surfaces of the backs of the gear stops can be formed by an inclined helical surface (an inclined helicoid), forming an acute angle on the inner edge of the back. Due to this, the surfaces of the opposite backs form a groove with inclined walls expanding outwards, from which, when the connection is loosened, the abrasive slurry is easily removed without causing resistance.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показано замковое соединение в демонтированном виде; фиг. 2 - муфта и ниппель в сборе; фиг. 3 - вид кольцевых элементов с зубчатыми упорами в аксонометрии; фиг. 4 - местный разрез А на фиг. 2; фиг. 5 - силовая схема взаимодействия зубчатых упоров и витков резьбы.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a lock connection in a dismantled form; FIG. 2 - coupling and nipple assembly; FIG. 3 is a view of annular elements with gear stops in a perspective view; FIG. 4 is a sectional view A in FIG. 2; FIG. 5 is a power diagram of the interaction of gear stops and threads.
Замковое соединение секций буровой колонны выполненных в виде буровых шнеков 1 и 2 или буровых труб (не показаны) содержит муфту 3 и ниппель 4, соединенные цилиндрической резьбой 5 с ходом t, и снабженные зубчатыми упорами 6 с высотой h, сопряженными друг с другом рабочей поверхностью 7. Зубчатые упоры 6 выполнены на торцевой поверхности кольцевых элементов 8, неподвижно соединенных сваркой, соответственно, с муфтой 3 и ниппелем 4. Из соображений уменьшения влияния неточности взаимного расположения упоров 6 на равномерность распределения нагрузки между ними, оптимальное число Z зубчатых упоров равняется трем. Высота h зубчатых упоров 6 не превышает отношения между величиной хода резьбы t и числом зубьев Z. Рабочая поверхность 7 зубчатых упоров 6 наклонена к плоскости вращения под острым углом α, а его вершина направлена в сторону, противоположную направлению вращения. Форма рабочей поверхности 7 может быть как плоской, так и винтовой. При этом, в варианте, когда рабочая поверхность 7 выполнена винтовой, направление спирали, образующей ее, противоположно направлению спирали винтовой поверхности резьбы. Спинка 9 зубчатых упоров 6 может быть образована различной, в том числе и плоской поверхностью (не показана), однако, наилучшей формой спинки является винтовая. При этом направление и шаг винтовой поверхности спинки совпадают с шагом и направлением винтовой поверхности, образующей витки 10 и 11 резьбы (фиг. 5), соответственно, муфты и ниппеля. Это дает наиболее плотное, с обеспеченным конструктивно минимальным зазором b, сопряжение друг с другом оппозитных спинок 9 зубчатых упоров 6. В этом случае, в отличие от других форм спинки (не показаны), при которых между ними остается пространство, допускающее попадание прочных кусковатых частиц бурового шлама (щебень, галька), они могут оказать сопротивление из-за их защемления между спинками при развинчивании замкового соединения. Кроме этого, большая часть винтовой поверхности спинок зубчатых упоров 6 может быть выполнена наклонной к оси вращения, в виде наклонного геликоида, образующего острый угол γ на внутренней кромке спинки 9 (фиг 4). За счет этого угла в собранном замковом соединении поверхности оппозитных спинок образуют канавку со стенками, расширяющимися наружу, из которой при развинчивании соединения легко удаляется также и мелкий абразивный шлам, не вызывая заклинивания. Величины угла α наклона рабочей поверхности упоров и угла β подъема витков резьбы выбраны такими, что суммируясь, они существенно превышают значение приведенного угла трения фрикционной пары «муфта-ниппель», возникающего в условиях, в том числе, и загрязнения абразивным шламом.The castle connection sections of the drill string made in the form of
Предлагаемое замковое соединение работает следующим образом. При наращивании буровой колонны муфту 3 последующего шнека 2 свинчивают с ниппелем 4 предыдущего шнека 1 до упора рабочих поверхностей 7 зубчатых упоров 6 друг в друга под действием окружной силы Рокр. При этом, муфта отжимается от рабочих поверхностей 7 ниппеля под действием реакции R2 наклонных рабочих поверхностей 7 до устранения осевого зазора между витками 10 и 11 резьбы и возникновения между ними силового контакта с возникновением реакции R1. После этого, зубчатые упоры 6 совместно с витками резьбы 10 и 11 передают крутящий момент, возникающий при бурении.The proposed castle connection works as follows. When building the drill string, the
В отличие от прототипа, при прочих равных условиях, суммарная поверхность контакта сопряжения муфты и ниппеля, значительно увеличена за счет наклона под углом α рабочей поверхности 7 зубчатых упоров 6 и за счет того, что нагрузку передает не только рабочая поверхность зубчатых кулачков, но и контактирующие друг с другом витки резьбы 10 и 11, наклоненные под углом β в противоположную углу α сторону. При этом, витки резьбы с рабочими поверхностями упоров образуют клиновое сопряжение с суммарным углом α+β, величина которого исключает заклинивание под действием рабочей нагрузки. Такое распределение нагрузки между поверхностями упоров и витками резьбы увеличивает нагрузочную способность замкового соединения и повышает срок его службы. Кроме того, описанное замковое соединение, в отличие от прототипа, за счет наклонных упоров исключает люфты в резьбовом сопряжении, что существенно увеличивает поперечную жесткость и продольную устойчивость буровой колонны. Это, в свою очередь, уменьшает ее искривление в скважине, возникающее под действием силы давления на забой и, соответственно, силу трения между шнековой буровой колонной и стенками скважины, в результате снижая энергоемкость бурения. В случае использования изобретения в буровых трубах, лишенных, в отличие от шнеков, направляющего действия стенки скважины, повышение жесткости колонны позволит, при прочих равных условиях, увеличить силу давления на забой и за счет этого увеличить производительность проходки.Unlike the prototype, ceteris paribus, the total contact surface of the coupling of the coupling and the nipple is significantly increased due to the inclination at an angle α of the working
Развинчивание замкового соединения при демонтаже буровой колонны происходит без излишних усилий, так как угол клина α+β передающего окружное усилие Рокр существенно превышает приведенный угол трения соединения.The unscrewing of the locking joint during dismantling of the drill string takes place without undue effort, since the wedge angle α + β transmitting the circumferential force P okr significantly exceeds the reduced friction angle of the joint.
Таким образом, предложение удовлетворяет требованиям промышленной применимости, новизны, и имеет изобретательский уровень.Thus, the proposal meets the requirements of industrial applicability, novelty, and has an inventive step.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017139713A RU2675708C1 (en) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | Locking connection of drilling augers and pipes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017139713A RU2675708C1 (en) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | Locking connection of drilling augers and pipes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2675708C1 true RU2675708C1 (en) | 2018-12-24 |
Family
ID=64753782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017139713A RU2675708C1 (en) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | Locking connection of drilling augers and pipes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2675708C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| SU1571201A1 (en) * | 1987-12-29 | 1990-06-15 | Западно-Сибирский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского И Проектно-Конструкторского Института Нефтяного Машиностроения | Hollow auger column |
| RU44730U1 (en) * | 2004-07-16 | 2005-03-27 | Открытое акционерное общество "Курганавторемонт" | THREAD CONNECTION OF AUGERS |
| RU65096U1 (en) * | 2007-01-26 | 2007-07-27 | Открытое акционерное общество "Курганавторемонт" | LOCKING AUGER CONNECTION |
| 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 |
| RU147675U1 (en) * | 2014-07-08 | 2014-11-10 | Щигровское открытое акционерное общество "Геомаш" | LOCKING AUGER CONNECTION |
-
2017
- 2017-11-14 RU RU2017139713A patent/RU2675708C1/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 |
| SU1571201A1 (en) * | 1987-12-29 | 1990-06-15 | Западно-Сибирский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского И Проектно-Конструкторского Института Нефтяного Машиностроения | Hollow auger column |
| 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. |
| RU65096U1 (en) * | 2007-01-26 | 2007-07-27 | Открытое акционерное общество "Курганавторемонт" | LOCKING AUGER CONNECTION |
| RU92081U1 (en) * | 2009-11-18 | 2010-03-10 | Закрытое акционерное общество "Московский опытный завод буровой техники" | DRILL AUGER AND LOCK JOINT |
| RU147675U1 (en) * | 2014-07-08 | 2014-11-10 | Щигровское открытое акционерное общество "Геомаш" | LOCKING AUGER CONNECTION |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2761054C1 (en) * | 2021-02-25 | 2021-12-02 | Акционерное общество "Курганавторемонт" | Threaded connection of drill string sections |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2686880C (en) | Thread form for tubular connections | |
| US8434570B2 (en) | Drill packer member, drill pipe, and corresponding drill pipe string | |
| US8136846B2 (en) | Cylindrical tapered thread form for tubular connections | |
| US3355192A (en) | Threaded connections | |
| US4620600A (en) | Drill arrangement | |
| US6848724B2 (en) | Thread design for uniform distribution of makeup forces | |
| EP2452111B1 (en) | Arrow-shaped thread form with tubular connections | |
| US20040155465A1 (en) | Fatigue-resistant threaded component for a tubular threaded joint | |
| RU2675708C1 (en) | Locking connection of drilling augers and pipes | |
| EA039253B1 (en) | Rod connection for percussion drilling | |
| RU2674040C1 (en) | Threaded connection of sections of drilling string | |
| US11598159B2 (en) | Coupling for connecting downhole tubulars | |
| RU2347886C2 (en) | Interlock connections of screw. | |
| RU65096U1 (en) | LOCKING AUGER CONNECTION | |
| RU2629285C1 (en) | Auger tool joint | |
| RU2761054C1 (en) | Threaded connection of drill string sections | |
| US3630551A (en) | Extensible coupling for well pipes | |
| RU95730U1 (en) | DRILL AUGER | |
| RU189974U1 (en) | Cam-resistant connection of auger drill string | |
| RU86223U1 (en) | DRILL AUGER | |
| RU168796U1 (en) | Casing pipe reinforced | |
| US20230027183A1 (en) | Threaded connection partially in a self-locking engagement with an external shoulder capable to resist elevated torque | |
| AU722409B3 (en) | Straight hole drilling system | |
| RU2508491C1 (en) | Drill pipe threaded joint | |
| RU2508491C9 (en) | Drill pipe threaded joint |