RU2713548C2

RU2713548C2 - Бурильная штанга или переходник с упрочненным соединительным элементом в виде втулки

Info

Publication number: RU2713548C2
Application number: RU2017144031A
Authority: RU
Inventors: Петри АХОЛА; Дэвид ВИКСТРЁМ; Андреас НОРМАН
Original assignee: Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2016-05-19
Publication date: 2020-02-05
Also published as: ZA201707459B; US20180135782A1; EP4386247A3; AU2016266604B2; MX2017014879A; EP3298229A1; EP3095954A1; RU2017144031A; AU2016266604A1; BR112017024932A2; PE20180718A1; WO2016188862A1; CA2986624C; PT3298229T; CL2017002940A1; EP3095954B1; EP3095954C0; EP3298229B1; CN107683363B; BR112017024932B1

Abstract

Группа изобретений относится к области ударного бурения. Технический результат – выдерживать силы несимметричной нагрузки, действующие на бурильную колонну, уменьшение напряжения резьбовой части охватываемого конца и минимизация риска выхода из строя соединительного элемента. Удлиненный компонент ударного бурения для образования части бурильной колонны содержит вытянутую секцию отрезка длины с парой аксиальных концов, охватываемую втулку, обеспеченную по меньшей мере на одном из концов и имеющую часть с наружной резьбой, а также не имеющий резьбы хвостовик, расположенный аксиально между частью с резьбой и секцией отрезка длины. Охватываемая втулка выступает аксиально от кольцевой боковой поверхности секции отрезка длины или проходящего радиально наружу заплечика, причем часть с резьбой имеет наружный диаметр (Dy), соответствующий вершине резьбы, и не имеющий резьбы хвостовик имеет аксиальную длину (Ls), определенную между аксиально внутренним концом резьбовой части и боковой поверхностью. Отношение Ls/Dy равно или больше 0,4. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к компоненту бурильной колонны для образования части бурильной колонны, имеющему конец в виде соединительного элемента в виде втулки с резьбовой частью, выполненной с возможностью минимизации напряжения в зоне резьбы и вероятности выхода из строя соединения.

Предшествующий уровень техники

Ударное бурение применяетcя для создания длинного ствола скважины с помощью множества удлиненных штанг бурильной колонны, соединенных вместе торец к торцу с помощью соединения друг с другом охватываемых и охватывающих резьбовых концов. В общепринятой методике горную породу разрушают, производя удары, передаваемые с бурового долота для горной породы, установленного на одном конце бурильной колонны, на горную породу на забое ствола скважины. Обычно энергия, требуемая для разрушения горной породы, создается поршнем с гидравлическим приводом, который контактирует с концом бурильной колонны (через хвостовой переходник) для создания волны механического напряжения (или ударной волны), которая проходит по бурильной колонне и, в конце концов, на уровень основной породы. Обычные соединения с охватываемой и охватывающей резьбой описаны в документах EP 2845993, EP 1259703, EP 1232321 и US 4,968,068.

Когда охватываемый и охватывающий резьбовые концы соседних штанг соединены для создания бурильной колонны, во время бурения соединительный узел обычно подвергается изгибающим усилиям. При этом изгибающие моменты вызывают усталость соединения и приводят к разрушению в резьбовом участке соединительного узла. Обычно повреждается резьбовая охватываемая втулка, которая и определяет эксплуатационный ресурс соединения. В частности, механические напряжения в резьбовой части охватываемой втулки, обычно являются значительными, и обычным для втулки является выход из строя в зоне резьбы. Дополнительно, механические напряжения в зоне резьбы возникают также вследствие передачи сжимающей ударной волны. Соответственно, требуется создание упрочненного охватываемого резьбового соединительного элемента, в котором решены указанные выше проблемы.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение компонента бурильной колонны для образования части бурильной колонны с охватываемым концом, выполненной с возможностью выдерживать силы несимметричной нагрузки, действующие на бурильную колонну, для уменьшения напряжения резьбовой части охватываемого конца и минимизации риска выхода из строя соединительного элемента. Дополнительной задачей является обеспечение соединительного элемента, стойкого к изгибным волнам в бурильной колонне, являющимся результатом, например отклонения скважины или внецентренных ударов приводного поршня на самой задней бурильной штанге или хвостовом переходнике. Дополнительной задачей является обеспечение бурильного компонента для соединения, предусматривающего контакт на заплечике, имеющего охватываемый резьбовой конец, который обеспечивает прочное соединение с соответствующим охватывающим резьбовым концом соседней бурильной штанги или с другим компонентом бурильной колонны для образования интегрального и прочного блока в собранной бурильной колонне.

Задачи решают, обеспечивая охватываемый соединительный элемент на бурильном компоненте с зоной контакта с заплечиком, в котором аксиальная длина не имеющей резьбы части хвостовика соединительного элемента в виде охватываемой втулки имеет заданную минимальную величину, связанную с наружным диаметром охватываемой втулки на резьбовой части.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения обеспечен удлиненный компонент для образования части бурильной колонны, содержащий: вытянутую секцию отрезка длины с парой аксиальных концов; охватываемую втулку, обеспеченную по меньшей мере на одном из концов и имеющую часть с наружной резьбой и не имеющий резьбы хвостовик, расположенный аксиально между резьбовой частью и секцией отрезка длины; причем охватываемая втулка, выступает аксиально от кольцевой боковой поверхности секции отрезка длины или проходящего радиально наружу заплечика, причем резьбовая часть имеет наружный диаметр (Dy), соответствующий вершине резьбы, и не имеющий резьбы хвостовик имеет аксиальную длину (Ls), определенную между аксиально внутренним концом резьбовой части и боковой поверхностью; отличающийся тем, что: отношение Ls/Dy равно или больше 0,4.

В данном описании ссылка на Dy соответствует диаметральному расстоянию между радиальными позициями на вершинах (винтового гребня) на диаметрально противоположных сторонах резьбовой части для представления максимального диаметра резьбовой части. В случае, если резьбовая часть является, в общем, конической, Dy соответствует диаметральному расстоянию для аксиально крайней вершины, имеющей самый большой радиус/диаметр.

В данном описании ссылка на Ds соответствует минимальному (наименьшему) диаметру не имеющего резьбы хвостовика, и Dm соответствует диаметру секции основного отрезка длины. Дополнительно, в данном описании, ссылка на Di соответствует диаметральному расстоянию между радиальными позициями на впадинах (винтового гребня) на диаметрально противоположных сторонах резьбовой части для представления минимального диаметра резьбовой части. В случае, если резьбовая часть является, в общем, конической, Di соответствует диаметральному расстоянию для аксиально крайней впадины профиля, имеющей самый большой радиус/диаметр.

В описании ссылка на Ls соответствует аксиальной длине не имеющего резьбы хвостовика, определенной между аксиально внутренним концом резьбовой части и боковой поверхностью секции основного отрезка длины, и Lt соответствует аксиальной длине резьбовой части между концами выхода резьбы.

Отношение Ls/Dy может иметь величину в диапазоне 0,4-1,0. Отношение Ls/Dy может иметь величину в диапазоне 0,45-1,0, 0,5-1,0, 0,55-1,0, 0,6-1,0, 0,65-1,0, 0,7-1,0, 0,75-1,0; 0,8-1,0 или 0,85-1,0. Предпочтительно, отношение Ls/Dy имеет величину в диапазоне 0,4-0,8 или 0,5-0,8. Отношение Ls/Dy может быть равно или больше 0,45, 0,5, 0,6 или 0,7. Аксиальное отделение винтовой резьбы от зоны контакта заплечика компонента бурильной колонны посредством данной минимальной аксиальной длины не имеющего резьбы хвостовика минимизирует абсолютную величину изгибающих сил, передаваемых через винтовую резьбу в результате боковых отклонений в положении бурового долота во время бурения или потенциально неидеальных ударов ударника. Соответственно, эксплуатационный ресурс бурильного компонента улучшен в сравнении с обычными охватываемыми соединительными элементами в дополнение к уменьшению риска выхода из строя соединительного элемента на забое скважины.

Предпочтительно, втулка имеет аксиальную длину (L) между аксиально крайней поверхностью втулки, и боковой поверхностью секции отрезка длины или заплечика, при этом отношение Ls/L равно или больше 0,25. Более предпочтительно, отношение Ls/L имеет величину в диапазоне 0,25-0,5; 0,3-0,5; 0,35-0,5; 0,4-0,5; 0,45-0,5. Благодаря максимизации аксиальной длины не имеющего резьбы хвостовика относительно общей аксиальной длины втулки, резьбовая часть аксиально отделена от зоны контакта заплечика компонента и, таким образом, выполнена с возможностью лучше выдерживать изгибающие моменты и, соответственно, уменьшать концентрации напряжения на винтовой резьбе. В данном описании аксиально внутренний конец резьбовой части определен, как аксиальное положение, на котором радиальное положение вершины или впадины профиля резьбы соответствует радиальному положению наружной поверхности не имеющего резьбы хвостовика.

Для дополнительного улучшения стойкости к напряжению, являющемуся результатом изгибающих сил, хвостовик может содержать переходную зону, расположенную смежно с кольцевой боковой поверхностью, при этом профиль сечения на переходной зоне в плоскости, проходящей через продольную ось компонента, является криволинейным, при этом площадь сечения хвостовика увеличивается аксиально к кольцевой боковой поверхности. Более предпочтительно, кривизна переходной зоны аксиально самой близкой к боковой поверхности содержит первый радиус кривизны, который меньше второго радиуса кривизны наружной поверхности на переходной зоне аксиально самой близкой к резьбовой части, причем наружный диаметр переходной зоны по первому и второму радиусам кривизны увеличивается в направлении от резьбовой части до боковой поверхности. Соответственно, аксиальный стык между зоной заплечика компонента и концом трубы, (и в частности не имеющим резьбы хвостовиком) усилен для сопротивления изгибающим моментам для уменьшения концентрации напряжения и риска выхода из строя соединения под нагрузкой. Ссылка на 'кривизну' означает плавное или постепенное изменение профиля поверхности, а также множество последовательных линейных увеличений в диаметре от не имеющего резьбы хвостовика до заплечика, которые вместе можно рассматривать, как профиль 'криволинейной' формы.

Компонент бурильной колонны может содержать заплечик, выступающий радиально от секции основного отрезка длины или секции общего отрезка длины компонента так, что наружный диаметр заплечика больше наружного диаметра секции отрезка длины и/или охватываемой втулки. Если необходимо, заплечик и, в частности, кольцевая боковая поверхность могут быть образованы аксиальным концом секции отрезка длины компонента или аксиальной стороной радиально проходящего заплечика. Такая конфигурация обеспечивает соединение с контактом на заплечике, между охватываемой втулкой, и соответствующей охватывающей муфтой. Если необходимо, профиль сечения наружной поверхности переходной зоны между не имеющим резьбы хвостовиком и кольцевой концевой поверхностью в плоскости продольной ось компонента содержит сегмент в форме эллипса. Если необходимо, сегмент составляет, по существу, одну четверть периметра эллипса.

В данном описании ссылка на Ds соответствует минимальному (наименьшему) диаметру не имеющего резьбы хвостовика, и Dm соответствует диаметру секции основного отрезка длины.

Предпочтительно, Ls меньше аксиальной длины Lt резьбовой части. Если необходимо, диаметр (Ds) не имеющего резьбы хвостовика приблизительно равен или меньше диаметра (Dm) секции основного отрезка длины. Если необходимо, Ds может быть приблизительно равен Dy.

Предпочтительно, Ds меньше Dy. Предпочтительно, Ds меньше диаметрального расстояния (Di) между радиальными позициями впадин (между винтовыми гребнями) на диаметрально противоположных сторонах резьбовой части. Более предпочтительно, Ds может иметь величину в диапазоне от (Di минус Td) до (Di минус 4Td), где Td глубина резьбы перпендикулярно продольной оси между радиальными позициями вершины и впадины профиля. Более предпочтительно, Ds имеет величину в диапазоне от (Di минус Td) до (Di минус 3Td). Наиболее предпочтительно, Ds равно Di минус 2Td. Втулка, содержащая конфигурацию Ds, подробно описанную в данном документе, является предпочтительной для обеспечения оптимизации переходной зоны смежной с кольцевой боковой поверхностью заплечика или концом секции основного отрезка длины. В частности, Ds меньший Di обеспечивает аксиально более длинную переходную зону и большие радиусы кривизны на переходе между не имеющим резьбы хвостовиком и кольцевой боковой поверхностью (заплечика или секции основного отрезка длины). Соответственно, представленная конфигурация Ds минимизирует концентрации напряжения на основании втулки, (на ее стыке с секцией основного отрезка длины или заплечиком). Представленная конфигурация Ds в комбинации с Ls является, соответственно, предпочтительной для обеспечения ударного компонента, который является стойким к напряжениям изгиба и также выполнен с возможностью выдерживать механические напряжения, являющиеся результатом передачи ударной волны через втулку, когда компоненты бурильной колонны являются совершенно соосными, а также когда отклонены (немного не соосны относительно друг друга) при применении.

Предпочтительно, кривизна переходной зоны аксиально самой близкой к боковой поверхности содержит по меньшей мере три или четыре радиуса кривизны. Если необходимо, кривизна переходной зоны содержит от трех до шести или от трех до четырех радиусов кривизны. Предпочтительно, радиусы на переходной зоне увеличиваются в аксиальном направлении от боковой поверхности (заплечика или основного отрезка длины) к минимальному диаметру (Ds) не имеющего резьбы хвостовика. Предпочтительно, переходная зона содержит три или четыре отличающихся радиуса кривизны. Первый радиус R1 кривизны может составлять приблизительно половину второго радиуса R1 кривизны ≈ R2/2; R2 может составлять приблизительно половину третьего радиуса R2 кривизны ≈ R3/2; R3 может составлять приблизительно треть четвертого радиуса R3 кривизны ≈ R4/3, соответственно, на переходной зоне, где R1 расположен ближе всего к боковой поверхности, и R4 расположен на минимальном диаметре Ds не имеющего резьбы хвостовика и образует его.

Связанное изобретение сконфигурировано, конкретно, как резьбовая втулка для компонента ударного бурения. Удлиненный компонент и, в частности, охватываемая втулка посредством конфигурации резьбы и не имеющего резьбы хвостовика (подробно описаны в данном документе) выполнены с возможностью выдерживать силы изгиба и концентрации напряжения, являющиеся результатом передачи ударов, с минимизацией любого уменьшения абсолютной величины ударной волны во время передачи. Профиль резьбы втулки приспособлен для ударного бурения, и, предпочтительно, резьба содержит неизменный диаметр вдоль аксиальный длины Lt резьбовой части. То есть, резьбовая часть выполнена, предпочтительно, как, в общем, цилиндрическая часть. При этом профиль резьбы считается достаточно прочным, чтобы выдерживать передачу ударной волны и, таким образом, силы от высокой нагрузки. В частности, связанное изобретение содержит резьбу, имеющую шаг с величиной в диапазоне от 5 до 50 мм для бурильных компонентов с увеличением соответствующих наружных диаметров. Дополнительно, шаговый угол резьбы связанного изобретения может иметь величину в диапазоне 5-10° для компонента с соответствующим шагом и наружным диаметром, где шаговый угол является углом θ между траекторией винтовой резьбы и касательной перпендикулярной продольной оси удлиненного компонента. Дополнительно, диаметр Dy резьбовой части (расстояние от вершины до вершины резьбы) согласно аспектам настоящего изобретения может иметь величину в диапазоне 15-120 мм для соответствующих величин шага и шаговых углов. Соответственно, связанное изобретение может содержать конфигурацию резьбы в которой отношение шаг/диаметр резьбы имеет величину в диапазоне 0,3-0,6; 0,35-0,55 и, если необходимо, 0,4-0,46.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения обеспечена бурильная колонна для ударного бурения содержащая: компонент, заявленный по формуле изобретения данного документа; множество бурильных штанг и буровое долото, обеспеченное на одном аксиальном конце бурильной колонны.

Если необходимо, ударный компонент бурильной колонны может содержать любое из следующего: бурильную штангу; бурильную трубу; хвостовой переходник; буровое долото.

Краткое описание чертежей

Конкретная реализация настоящего изобретения описана ниже только в качестве примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.

На фиг. 1 показан внешний вид в изометрии части бурильной колонны, содержащей хвостовой переходник, соединенный аксиально одним концом с бурильной штангой посредством соединительного узла с охватываемым и охватывающим элементами.

На фиг. 2 показан вид в изометрии хвостового переходника фиг. 1 согласно конкретной реализации настоящего изобретения.

На фиг. 3 показан внешний вид в изометрии соединительного конца с охватываемой втулкой хвостового переходника фиг. 2.

На фиг. 4 показан вид сечения конца с охватываемой втулкой фиг. 3.

На фиг. 5 показан внешний вид в изометрии соединительного конца с охватываемой втулкой хвостового переходника фиг. 2 согласно дополнительной конкретной реализации настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

Связанное изобретение описано ниже в виде примера со ссылкой на хвостовой переходник, являющийся компонентом бурильной колонны для создания части бурильной колонны. Понятно что, связанное изобретение применимо для любого удлиненного компонента, имеющего конец в виде охватываемой втулки с контактом на заплечике, выполненный с возможностью образования соединительного узла с резьбовой охватывающей муфтой смежного компонента бурильной колонны. Соответственно, связанное изобретение можно применять для бурильной штанги, бурильной трубы, хвостовика, хвостового переходника, бурового долота, вала или переходника, закрепляемого на ведущем конце бурильной колонны или на конце бурильной колонны, соединяемом с долотом.

Как показано на фиг. 1, бурильная колонна содержит удлиненный хвостовой переходник 100, соединенный аксиально с крайней бурильной штангой 101 посредством резьбового соединения 104, образованного охватываемым резьбовым концом хвостового переходника 100 и охватывающим резьбовым концом бурильной штанги 101. Оба компонента 100, 101 бурильной колонны соединены посредством 'контакта на заплечике' при котором кольцевая боковая поверхность 102 охватываемого соединительного элемента переходника 100 взаимодействует, поддерживая контакт с соответствующей кольцевой боковой поверхностью 103 охватывающей муфты бурильной штанги 101.

Как показано на фиг. 2, хвостовой переходник 100 содержит секцию 202 основного отрезка длины, имеющую первый конец 200 и второй конец 201, и сконфигурирован для монтажа на ведущем конце бурильной колонны смежно с ударным механизмом посредством второго конца 201. Промывочное отверстие 206 выполнено в секции 202 для обеспечения ввода промывочной текучей среды в центральный канал 205, проходящий аксиально через аксиально переднюю часть отрезка длины переходника 100 между промывочным отверстием 206 и первым концом 200. Главная трубная часть 202 заканчивается к первому концу 200 кольцевым заплечиком 207, который выступает радиально из охватываемой втулки 208, имеющей наружный диаметр меньше соответствующего наружного диаметра заплечика 207 и секции 202 основного отрезка длины. Соответственно, кольцевая боковая поверхность 102 обеспечена на аксиальном стыке между втулкой 208 и заплечиком 207 для обеспечения контакта на заплечике для упора в кольцевую боковую поверхность 103 резьбового охватывающего соединительного элемента. Втулка 208, разделена аксиально на резьбовую часть 204, проходящую аксиально к первому концу 200, и не имеющий резьбы хвостовик 203, расположенный аксиально между резьбовой частью 204 и заплечиком 207.

Как показано на фиг. 3 и 4, не имеющий резьбы хвостовик 203 содержит в общем цилиндрическую зону 302, расположенную аксиально самой близкой к резьбовой части 204, и переходную зону, которая образует аксиальный стык с кольцевой боковой поверхностью 102 заплечика 207. Наружный диаметр не имеющего резьбы хвостовика 203 на переходной зоне увеличивается от цилиндрической зоны 302 до первой криволинейной зоны 300, имеющей первый радиус кривизны, и второй криволинейной зоны 301, имеющей второй радиус кривизны, который меньше первого радиуса кривизны зоны 300. Согласно конкретной реализации, в плоскости, проходящей продольно вдоль втулки 208, кривая линия не имеющего резьбы хвостовика на переходной зоне 300, 301 содержит профиль эллиптической формы. Данная кривая линия на переходной зоне 300, 301 между не имеющим резьбы хвостовиком 203 и заплечиком 207 является предпочтительной для упрочнения втулки 208, для сопротивления изгибающим силам, с которыми сталкивается бурильная колонна во время бурения.

Резьбовая часть 204, согласно конкретной реализации, содержит форму однозаходной резьбы с одним гребнем, образованным винтовыми витками проходящими аксиально между первым концом 307 резьбы (расположенным к первому концу 200 переходника) и вторым концом 306 резьбы, завершающимся на не имеющем резьбы хвостовике 203. Выполненный, как винтовая линия гребень, соответственно, содержит винтовые витки, имеющие вершины 303 и аксиально между ними впадины 304. Впадины 304 и вершины 303 разделены рабочими сторонами 305, являющимися криволинейными и проходящими в общем поперек продольной оси 309, проходящей через хвостовой переходник 101. Глубина резьбы на первом конце 307 уменьшается вдоль круговой траектории вершины 303 для участка самого дальнего винтового витка аксиально самого близкого к первому концу 200 переходника. Соответственно, первый конец 307 резьбы заканчивается, как гладкий радиальный переход в общем в коническую концевую зону 307 втулки 208, которая, в свою очередь, завершена кольцевой концевой поверхностью на первом конце 200 переходника. Аналогично, второй конец 306 резьбы выполнен, как постепенный радиальный переход в не имеющую резьбы зону 302 хвостовика. То есть, глубина резьбы в самом дальнем винтовом витке на обоих концах 306, 307 резьбы уменьшается, когда наружный диаметр вершины 303 в конечном аксиальном участке каждого самого дальнего винтового витка уменьшается к наружному диаметру не имеющего резьбы хвостовика 203 и конической концевой части 308, соответственно. Постепенное уменьшение в наружном диаметре вершины 303 на концах 307, 306 резьбы является предпочтительным для уменьшения концентраций напряжения на резьбовой части 204 для вклада в увеличенную прочность представленного конца 208 охватываемой втулки.

Не имеющий резьбы хвостовик 203 имеет аксиальную длину Ls, определенную, как аксиальное расстояние между кольцевой боковой поверхностью 102 и аксиально самым внутренним вторым концом 306 резьбовой части 204. Второй конец 306 резьбы определен, как аксиальная зона, на которой вершина 303 уменьшается до наружного диаметра не имеющего резьбы хвостовика 203. Данное аксиальное положение, соответственно, определено, как зона, где профиль формы сечения охватываемой втулки 208 является круглым, соответствующим цилиндрическому, не имеющему резьбы хвостовику 203 в отличие от не круглого профиля формы сечения резьбовой части 204. Аналогично, аксиальная длина Lt резьбовой части 204 определена, как аксиальное расстояние между первым и вторым концами 307, 306 резьбы. Первый конец 307 резьбы определен, как аксиальное положение, где профиль формы сечения конической части 308 становится круглым.

Охватываемая втулка 208, также содержит основную аксиальную длину L, определенную, как аксиальное расстояние между кольцевой боковой поверхностью 102 и первым концом 200 переходника. Согласно конкретной реализации, наружный диаметр Ds не имеющего резьбы хвостовика на цилиндрической зоне 302 меньше соответствующего наружного диаметра Dm секции 202 основного отрезка длины и соответствующего наружного диаметра на кольцевом заплечике 207. Диаметр Ds также меньше наружного диаметра Dy резьбовой части 204, соответствующего радиальному положению пика вершины 303 на каждом винтовом витке. Согласно конкретной реализации, Dy является неизменным на аксиальной длине Lt резьбовой части 204, так что резьбовая часть обеспечена в общем на цилиндрической втулке 208. Вместе с тем, понятно, что связанное изобретение является подходящим для конических втулок 208, в частности, с конической резьбовой частью 204.

Для оптимизации прочности втулки 208 для сопротивления изгибающим силам, с которыми сталкивается бурильная колонна во время ударного бурения, отношение Ls/Dy имеет величину в диапазоне 0,4-1,0 и согласно конкретной реализации составляет 0,5-0,7. Дополнительно, данное упрочнение втулки 208, может быть выражено, как отношение Ls/L с величиной в диапазоне 0,25-0,5 и, в частности, 0,28-0,32. Соответственно, Lt больше Ls. Увеличение аксиальной длины Ls не имеющего резьбы хвостовика 103 является предпочтительным для отделения аксиально резьбовой части 204 от кольцевой боковой поверхности, 102, что обнаружено посредством моделирования, для минимизации напряжения на винтовых витках и, в частности, вершинах 303, впадинах 304 и рабочих сторонах 305 для резьбовых соединений с контактом на заплечике. Соответственно, риск выхода из строя соединительного узла минимизирован и эксплуатационный ресурс компонентов бурильной колонны увеличен.

Дополнительно конкретная реализация охватываемой втулки 208 подробно описана ниже со ссылкой на фиг. 5. Показанный на фиг. 5 вариант отличается от описанного выше варианта осуществления фиг. 2-4, тем, что не имеющий резьбы хвостовик 203 содержит профиль непрерывной криволинейной формы в аксиальном направлении между боковой поверхностью 102 и резьбовым концом 306. Вместе с тем, конфигурация резьбовой части 204, описанная ниже согласно варианту осуществления фиг. 5, применима также для варианта осуществления фиг. 2-4.

Резьбовая часть 204 выполнена, как в общем цилиндрическая концевая часть на втулке 208 так, что диаметр Dy резьбы между вершиной 303 является в общем неизменным вдоль аксиальной длины резьбовой части 204. Дополнительно, диаметр Di (соответствующий диаметральному расстоянию между радиальными позициями впадин 304) является также, по существу, неизменным вдоль всей аксиальной длины резьбовой части 204 между концами 306, 307 резьбы. Связанное изобретение специально приспособлено для ударных (или ударниковых) компонентов, образующих часть бурильного устройства, и, в частности, бурильной колонны, благодаря конфигурации резьбы на втулке 208. В частности, шаг резьбы может иметь величину в диапазоне 5-50 мм в зависимости от размера (т.e., радиуса) удлиненного компонента. Для оптимизации резьбы для ударного бурения шаговый угол θ может иметь величину в диапазоне 5-10° для соответствующих размеров компонента. Такая конфигурация должна отличаться от резьбовых концов компонента для вращения или зондирования, которые могут обычно содержать резьбу типа API со значительно меньшим шаговым углом порядка 1°. В некоторых реализациях средний диаметр резьбы (расстояние от вершины до вершины) может быть в диапазоне 15-120 мм в зависимости от размера (т.e., радиуса) удлиненного компонента.

Соответственно, резьба на охватываемой втулке предпочтительно содержит отношение шага (аксиальное расстояние от вершины до вершины)/средний диаметр резьбы, составляющее 0,35-0,55, где средний диаметр резьбы является средним диаметров охватываемого и охватывающего резьбовых концов.

Представленная охватываемая втулка, также выполнена с возможностью минимизации концентраций напряжения на переходной зоне 300, 301, 500, 501 и 502, благодаря относительным размерам Ds, Di и Td, где Di соответствует диаметральному расстоянию между радиальными позициями впадин 304 (между каждым винтовым гребнем) на диаметрально противоположных сторонах резьбовой части, и Td соответствует глубине резьбы между вершинами 303 и впадинами 304 (в плоскости перпендикулярной продольной оси 309). В частности, концентрации напряжения на переходной зоне 300, 301, 500, 501 и 502 минимизированы, насколько возможно, где Ds меньше Dy и Ds меньше Di. В частности, максимальный диаметр Ds может быть равен Di - Td, и минимальный диаметр Ds может быть равен Di - 4Td. Предпочтительно, Ds приблизительно равен Di - 2Td.

Относительные размеры Ds и Ls, как описано в данном документе, максимизируют аксиальные и радиальные расстояния, на которые переходная зона 300, 301, 500, 501, 502 может продолжаться. В частности, и согласно конфигурации фиг. 5, не имеющий резьбы хвостовик 203 содержит переходную зону, имеющую первый радиус R1 кривизны на части 500, который меньше второго аксиально смежного радиуса R2 кривизны на части 501, который, в свою очередь, меньше аксиально смежного третьего радиуса R3 кривизны на части 502, который, в свою очередь, меньше аксиально смежного четвертого радиуса R4 кривизны на части 504. В частности, радиус R1 на части 500 приблизительно равен половине радиуса R2 на части 501; радиус R2 на части 501 приблизительно равен половине радиуса R3 на части 502, и радиус R3 на части 502 приблизительно равен одно третьей радиуса R4 на части 504. Как проиллюстрировано на фиг. 5, часть 500 расположена аксиально ближе всего к боковой поверхности 102, часть 501 расположена второй от боковой поверхности 102, часть 502 расположена третьей от боковой поверхности 102 и часть 504 расположена самой дальней от боковой поверхности 102. Минимизированный Ds и максимизированный Ls, соответственно, обеспечивают плавный переход между не имеющим резьбы хвостовиком 203 и заплечиком 207. При этом, втулка 208 упрочнена для сопротивления напряжению от изгиба и механическим напряжениям, возникающим в результате передачи действия ударной волны.

Claims

1. Удлиненный компонент (100) ударного бурения для образования части бурильной колонны, содержащий:

вытянутую секцию (202) отрезка длины с парой аксиальных концов (200, 201);

охватываемую втулку (208), обеспеченную по меньшей мере на одном из концов (200, 201) и имеющую часть (204) с наружной резьбой, а также не имеющий резьбы хвостовик (203), расположенный аксиально между частью (204) с резьбой и секцией (202) отрезка длины;

причем охватываемая втулка (208) выступает аксиально от кольцевой боковой поверхности (102) секции (202) отрезка длины или проходящего радиально наружу заплечика (207), причем часть (204) с резьбой имеет наружный диаметр (Dy), соответствующий вершине (303) резьбы, и не имеющий резьбы хвостовик (203) имеет аксиальную длину (Ls), определенную между аксиально внутренним концом (306) резьбовой части (204) и боковой поверхностью (102);

отличающийся тем, что

отношение Ls/Dy равно или больше 0,4.

2. Компонент по п. 1, в котором отношение Ls/Dy имеет величину в диапазоне 0,4-1,0.

3. Компонент по п. 1, в котором отношение Ls/Dy имеет величину в диапазоне 0,5-1,0.

4. Компонент по п. 1, в котором отношение Ls/Dy имеет величину в диапазоне 0,6-1,0.

5. Компонент по любому предыдущему пункту, в котором втулка (208) имеет аксиальную длину (L), между аксиально крайней поверхностью (200) втулки и боковой поверхностью (102) секции (202) отрезка длины или заплечика (207), при этом отношение Ls/L равно или больше 0,25.

6. Компонент по п. 5, в котором отношение Ls/L имеет величину в диапазоне 0,25-0,5.

7. Компонент по п. 6, в котором отношение Ls/L равно или больше 0,3.

8. Компонент по п. 6, в котором отношение Ls/L равно или больше 0,4.

9. Компонент по п. 7 или 8, в котором отношение Ls/L не больше 0,5.

10. Компонент по п. 1, в котором Dy соответствует диаметральному расстоянию между радиальными позициями на вершинах (303) на диаметрально противоположных сторонах резьбовой части (204) для представления максимального диаметра резьбовой части (204).

11. Компонент по п. 1, в котором аксиально внутренний конец (306) резьбовой части (204) определен как аксиальная позиция, на которой радиальная позиция вершины (303) или впадины (304) профиля резьбы соответствует радиальной позиции наружной поверхности не имеющего резьбы хвостовика (203).

12. Компонент по п. 1, в котором Ds меньше диаметрального расстояния (Di) между радиальными позициями впадин (304) профиля резьбы на диаметрально противоположных сторонах резьбовой части (204).

13. Компонент по п. 12, в котором Ds имеет величину в диапазоне от Di минус Td до Di минус 4Td, где Td глубина резьбы между радиальными позициями вершины (303) и впадины (304) профиля перпендикулярна продольной оси (309) компонента.

14. Компонент по п. 13, в котором Ds имеет величину в диапазоне от Di минус Td до Di минус 3Td.

15. Компонент по п. 13, в котором Ds приблизительно равен Di минус 2Td.

16. Компонент по п. 1, в котором хвостовик (203) содержит переходную зону (300, 301), расположенную смежно с кольцевой боковой поверхностью (102), при этом профиль сечения на переходной зоне (300, 301) в плоскости, проходящей через продольную ось (309) компонента (100), является криволинейным, при этом площадь сечения хвостовика (203) увеличивается аксиально к кольцевой боковой поверхности (102).

17. Компонент по п. 16, в котором кривизна переходной зоны (300, 301) аксиально самой близкой к боковой поверхности (102) содержит первый радиус кривизны, который меньше второго радиуса кривизны наружной поверхности на переходной зоне аксиально самой близкой части (204) с резьбой, причем наружный диаметр переходной зоны (300, 301) по первому и второму радиусам кривизны увеличивается в направлении от части (204) с резьбой до боковой поверхности (102).

18. Компонент по п. 16, в котором кривизна переходной зоны (300, 301) содержит по меньшей мере три радиуса кривизны, причем первый радиус кривизны меньше второго радиуса кривизны, который меньше третьего радиуса кривизны наружной поверхности на переходной зоне, наружный диаметр на переходной зоне (300, 301) по первому, второму и третьему радиусам кривизны увеличивается в направлении от части (204) с резьбой до боковой поверхности (102).

19. Компонент по п. 18, в котором кривизна переходной зоны (300, 301) содержит по меньшей мере четыре радиуса кривизны, причем первый радиус кривизны меньше второго радиуса кривизны, который меньше третьего радиуса кривизны, который меньше четвертого радиуса кривизны наружной поверхности на переходной зоне, наружный диаметр на переходной зоне (300, 301) по первому, второму, третьему и четвертому радиусам кривизны увеличивается в направлении от части (204) с резьбой до боковой поверхности (102).

20. Бурильная колонна для ударного бурения, содержащая компонент по любому предыдущему пункту.

21. Бурильная колонна для ударного бурения по п. 20, в которой компонент (100) содержит любое из следующего:

бурильную штангу;

бурильную трубу;

хвостовой переходник;

буровое долото.