ЗАМОК ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ

Полезная модель относится к буровому инструменту, используемому при бурении вертикальных и направленных (наклонно - или вертикально -горизонтальных) скважин, обеспечивающего разнонаправленное вращение бурильных труб, а также в качестве аварийных и технологических труб для ловильного инструмента и погружного оборудования.
Известно быстроразъемное коническое соединение шнеков, содержащее муфту, в стенках которой в отверстиях установлены приваренные втулки с фиксирующими болтами, ниппель, шпоночные соединения, включающие шпонки и пазы, причем в стенках муфты выполнены в одной плоскости вдоль оси два шпоночных паза и два отверстия, выходящие в них, под втулки с фиксирующими болтами, а в теле ниппеля в той же плоскости вдоль оси выполнены два паза с неподвижно установленными в них шпонками и два отверстия под фиксирующие болты (Патент РФ №2249666 МПК Е21В 17/046, опубликовано 10.04.2005 г.).
Существенным недостатком данного соединения является отсутствие фиксации болтов от выкручивания из резьбы в процессе бурения. При бурении шнеками неглубоких скважин и шурфов этот недостаток не столь существенен, т.к затраты времени на их проходку незначительны и после окончания бурения шнеки извлекаются на поверхность и болты на соединениях можно подтянуть. Однако при бурении относительно глубоких скважин надежность крепления болтов в соединениях контролировать невозможно, и это может создать аварийную ситуацию.
Также известно безрезьбовое соединение труб, включающее в себя муфту со шлицевым участком, ниппель с ответным шлицевым участком и фиксатор их рабочего положения, содержащий подпружиненное, относительно муфты в тангенциальном направлении, стопорное кольцо, расположенное в полости, образованной проточками муфты и ниппеля перед их шлицевыми участками, причем с целью повышения надежности соединения при обеспечении механизации процесса сборки-разборки оно снабжено пальцами со скошенными торцевыми поверхностями, стопорное кольцо подпружинено относительно муфты в тангенциальном направлении, выполнено с наклонными пазами на нижнем торце для взаимодействия поверхностей их с торцевыми поверхностями пальцев и имеет на внутренней поверхности шлицы в верхней части торцами, шлицы ниппеля для взаимодействия с ними имеют ответное торцевые поверхности, а муфта выполнена с осевыми периферийными отверстиями для размещения пальцев, причем свободные концы последних выступают за габариты муфты. (Патент SU 1641977, МПК Е21В 17/046, Е21В 17/02, опубликовано 15.04.1991 г.).
Недостатком соединения является сложность его изготовления из-за наличия шлицевых участков муфты и ниппеля, пазов, отверстий, выполнение которых требует высокотехнологической оснастки, разных по назначению станков. Кроме того, конструкция громоздка, особенно механизм поворота и возврата подпружиненного кольца и, при эксплуатации в присутствии бурового раствора, при перегрузках на конструкцию - возможны его отказы.
Наиболее близким к заявленному техническому решению по совокупности признаков, и выбранный нами за прототип, является безрезьбовое соединение буровых штанг, содержащее соединительные элементы - ниппель и муфту, взаимодействующие своими торцевыми поверхностями при передаче усилия подачи в режиме бурения, а при извлечении бурового става из скважины они взаимодействуют посредством одного или нескольких расположенных в параллельно-поперечных плоскостях цилиндрических роликов, причем на цилиндрической поверхности ниппеля изготовлены наружные пазы, а на торцевой поверхности муфты выполнены торцевые выступы - зубья, которые входят в пазы и взаимодействуют с ними своими прямобочными профилями при передаче крутящего момента. (Патент РФ №2403370, МПК Е21В 17/046, опубликованное 10.11.2010 г.)
Недостатком данного соединения является сложность и трудоемкость изготовления пазов ниппеля и зубьев муфты, что влияет на увеличение их стоимости.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание такого замка для соединения бурильных труб, с которым бурильная колонна могла бы использоваться не только при бурении скважин, но и в качестве аварийного, а также технологического инструмента для погружного оборудования.
Поставленная задача по совершенствованию замка для соединения бурильных труб решается тем, что соединение ниппеля с муфтой выполнено в виде шпонки-пластины, установленной одной своей половиной во внутренние пазы ниппеля, а другой половиной - во внутренние пазы муфты, а для передачи разнонаправленного осевого усилия ниппель и муфта
стягиваются с помощью полумуфты, имеющей в своей нижней части сквозное отверстие для цилиндрического ролика с пружиной, которые взаимодействуя между собой предохраняют ее от отвинчивания по резьбе, при этом сальник-кольцо находится между торцами муфты и ниппеля, герметизируя линию нагнетания промывочной жидкости.
Выполнение соединения ниппеля и муфты в виде шпонки-пластины для передачи крутящего момента с трубы на трубу, установленной одной своей половиной во внутренние пазы ниппеля, а другой половиной - во внутренние пазы муфты, а также стягивание ниппеля и муфты с помощью полумуфты, для передачи разнонаправленного осевого усилия, позволяет упростить конструкцию замка для соединения бурильных труб и повысить ее надежность.
Анализ известных технических решений, проведенный по научно -технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из уровня техники, следовательно, оно соответствует условиям патентоспособности «новизна».
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:
Фиг. 1 - Замок для соединения бурильных труб.
Фиг. 2 - Разрез замка для соединения бурильных труб по ниппелю.
Фиг. 3 - Разрез замка для соединения бурильных труб по муфте.
Заявляемый замок для соединения бурильных труб представлен; ведущей трубой 1, приваренной к ниппелю 2, передающей через него крутящий момент на муфту 3, также приваренную, только к бурильной трубе 4, с помощью соединения, выполненного в виде шпонки-пластины 5, которая одной своей половиной входит в пазы ниппеля, а другой половиной в пазы муфты. Для передачи разнонаправленных осевых нагрузок с ниппеля 2 на муфту 3, они стягиваются полумуфтой 6, упорная часть безрезьбового отверстие которой упирается в буртик 7 ниппеля, а внутренняя резьбовая часть наворачивается на муфту 3. В своей нижней резьбовой части полумуфта 6 имеет сквозное отверстие для цилиндрического ролика 8 с пружиной 9, который упирается в буртик 10 муфты и предохраняет ее от отвинчивания по резьбе. Между буртиком 7 ниппеля и торцом муфты 3 находится сальник-кольцо 11, предназначенный для герметизации линии нагнетания промывочной жидкости.
Предлагаемый замок для соединения бурильных труб работает следующим образом: при спуске бурильных труб в скважину, муфта 3 с бурильной трубой 4 устанавливается на элеватор (не показан), а в ее внутренние пазы вставляется шпонка-пластина 5 на половину своей длины. На торец муфты 3 кладется сальник-кольцо 11, после чего ниппель 2 с полумуфтой 6, ведущей трубы 1 или бурильной трубы 4 (в зависимости от глубины бурения), устанавливается в муфту 3, при этом шпонка-пластина 5 входит наполовину внутрь ниппеля 2, с зазором, а буртик 7 ниппеля 2 упирается в сальник-кольцо 11. Полумуфта 6, удерживаемая на буртике 7 ниппеля 2, наворачивается по наружной резьбе на муфту 3 и стягивает ниппель 2 и муфту 3 между собой. После этого полумуфта 6 фиксируется от отвинчивания, в процессе бурения, с помощью цилиндрического ролика 8, который вставляется в сквозное отверстие полумуфты 6 и пружину 9, которую располагают под буртиком 10 муфты 3, закрепляется там с помощью пружины 9, представляющей собой полый, разрезанный вдоль с одной стороны, стальной цилиндр, который препятствует выскальзыванию цилиндрического ролика 8 из отверстий полумуфты 6.
При подъеме бурильных труб все операции происходят в обратной последовательности.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и может быть изготовлено на стандартном оборудовании с применением современных материалов и технологий.