СОЕДИНЕНИЕ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

Полезная модель относится к резьбовым соединениям бурильных колонн и может быть использовано для соединения элементов бурильной колонны. Соединение бурильной колонны предназначено для строительства вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин.
Наклонно-направленное и горизонтальное бурение, бурение боковых стволов находит все более широкое распространение на территории России и стран СНГ. Для бурения в таких сложных условиях в скважинах, где при бурении на бурильную колонну действует большой изгибающий и крутящий моменты требуется применение специальных соединений. Российские производители при этом могут предложить только доработанные стандартные бурильные трубы, например с нанесенным внутренним гладкостным полимерным покрытием. Данные доработки уже готовых бурильных труб улучшают потребительские свойства, но не до того уровня которое нужно потребителю. Проблему повышения потребительских свойств необходимо решать в комплексе, следовательно необходим замок вместе с концевым участком трубы (участок высадки и окончательную обработку после приварки), закладывать в конструкцию решения которые обеспечат выше перечисленные повышенные эксплуатационные свойства.
Известно соединение бурильной колонны ГОСТ 27834-95 снабженное внутренним и наружным упорами и конусной резьбой, имеющей опорную и закладную грани.
Однако указанное соединение имеет недостаток: низкая сопротивляемость к повышенному крутящему моменту.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа для заявленной полезной модели.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по повышению надежности работы бурильных труб в сложных условиях эксплуатации при бурении, использования и безотказной работы при бурении боковых стволов, хвостовиков в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, а также при проведении различных ремонтных и технологических операциях, где возможны появления больших моментов кручения.
Достигаемый технический результат заключается в повышении сопротивляемости бурильных соединений к повышенному крутящему моменту.
Указанный технический результат достигается тем, что соединение бурильной колонны снабжено внутренним и наружным упорами и конусной резьбой, при чем внутренний упор выполнен по меньшей мере 10 мм.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения указанного технического результата.
Так в случае выполнения внутреннего упора меньше 10 мм цепляется режущий инструмент за внутренний упор на муфте.
На фигуре 1 изображено соединение бурильной колонны с внутренним и наружным элементами.
На фигуре 2 изображено увеличенное соединение с показанными на нем внутренним и наружным упорами и резьбой.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность получения указанного технического результата.
В соединении бурильной колонны коническая резьба выполнена с конусностью 1:6. Профиль резьбы имеет положительный угол по опорной грани (+30°) и положительный угол по закладной грани (+30°). Шаг резьбы 6,35 мм. Основная функция резьбы состоит в восприятии растягивающей нагрузки и выдерживание многократного свинчивания-развинчивания. Замок имеет два упора наружный - уплотняющий (обеспечивающий герметичность замка) и внутренний, обеспечивающий передачу высокого крутящего момента. Длина внутреннего упора 10 мм. Внутренний упор обеспечивает передачу высокого крутящего момента.
Соединение бурильной колонны работает следующим образом.
При выполнении операций свинчивания или развинчивания соединения первоначально осуществляется взаимодействие внутреннего и наружного элементов при помощи резьбы. В процессе свинчивания происходит продвижение поверхности наружного элемента вдоль поверхности внутреннего элемента до смыкания поверхностей наружного упора при достижении момента свинчивания выбирается зазор до смыкания поверхностей внутренней упорной.
Преимуществом заявляемого соединения бурильной колонны по сравнению с известным является повышенная сопротивляемость соединения к повышенному крутящему моменту.
Основная проблема при введении в конструкцию бурильного замка второго упора - это обеспечение равного уровня напряжений по наружному и внутреннему упорам. Исходя из этого условия, проведен анализ НДС конструкции типового бурильного замка при нагружении постоянной осевой нагрузкой, соответствующей окончательной сборке при помощи конечно-элементного моделирования. Также в расчетной модели был учтен минимальный зазор, наличие которого обусловлено технологическими допусками.
Результат проведенного расчета представлен на Рис.1. Минимальная длина внутреннего упора ограничена величиной в 10 мм, которая соответствует напряжению на поверхности упора равного минимальному пределу текучести материала бурильного замка.
Комментарии к Рис.1:
- красная линия ограничивает минимальную длину внутреннего упора напряжениями соответствующими пределу текучести материала замка = 831 МПа;
- ось абсцисс - длина внутреннего упора;
- ось ординат - величина нормальных напряжений на внутреннем упорном торце.
Настоящая полезная модель является новой и промышленно применимой, так как, используя известные технологии, применяемые для изготовления соединений бурильных колонн, может быть осуществлено на новом принципиально отличном от известных конструкций принципе удлинения внутреннего упора.