ЗАМКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ШНЕКОВ
AUGER TOOL JOINT

Изобретение относится к буровому инструменту, а именно к резьбовым соединениям буровых шнековых колонн.
Известны замковые соединения полых шнеков с прямоугольной однозаходной цилиндрической резьбой (Е.И. Танов, В.Я. Площадный. «Шнековый буровой инструмент» //М.: Недра, 1985, стр. 12, 27). Здесь используется однозаходная прямоугольная резьба с шагом 32 мм в замках диаметром 140 и 150 мм, соединение выполнено в виде резьбовой пары ниппель-муфта с упором в торцевой стык. Это соединение передает осевые нагрузки и крутящий момент.
Недостатком такого соединения является затрудненный вынос шлама и необходимость дополнительного создания устройств или приспособлений, обеспечивающих демонтаж шнеков шнековой колонны, что ведет к значительному увеличению трудоемкости производства буровых работ.
Известна полая шнековая колонна, содержащая, по меньшей мере, два шнека, каждый из которых образован несущей трубой с закрепленной на ней ребордой, соединенных резьбовым замковым соединением в виде ниппеля и муфты, и упорные элементы, размещенные на концах реборд каждого шнека (см. патент №RU 94619, МПК Е21В 17/046, опубл. 27.05.2010).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является замковое соединение шнеков, содержащее муфту и ниппель, соединенные цилиндрической резьбой, снабженные упорами, взаимодействующими друг с другом и обеспечивающими осевой зазор между торцами муфты и ниппеля, упоры выполнены в виде зубьев, образованных на торцевой поверхности кольцевых элементов, неподвижно соединенных соответственно с муфтой и ниппелем, причем рабочая поверхность зубьев расположена в плоскости оси шнека, угол наклона спинки зуба не меньше угла подъема резьбы, а высота зубьев не превышает отношения h=t/z, где h - высота зубьев; t - ход резьбы; z - число зубьев (см. патент №RU 2347886, МПК Е21В 17/042, опубл. 27.02.2009).
Недостатком известного технического решения является высокая трудоемкость изготовления упоров замкового соединения шнеков, обусловленная изготовлением кольцевых элементов, неподвижно соединенных (сваркой) с муфтой и ниппелем, а также данное замковое соединение не работает при демонтаже шнековой колонны.
Поставлена задача снизить трудоемкость изготовления резьбовых упоров замкового соединения шнеков.
Технический результат совпадает с поставленной задачей и достигается за счет того, что в замковом соединении шнеков, содержащем муфту и ниппель, выполненные с цилиндрической резьбой и резьбовыми упорами, выполненными в виде взаимодействующих друг с другом зубьев, рабочая поверхность которых расположена в плоскости оси муфты и ниппеля, зубья выполнены на начальных витках цилиндрической резьбы муфты и ниппеля, при этом спинка зубьев расположена перпендикулярно оси муфты и ниппеля, а высота зубьев составляет 1/3 шага резьбы.
Выполнение зубьев на начальных витках цилиндрической резьбы муфты и ниппеля позволило исключить изготовление отдельных дополнительных элементов, тем самым снизить трудоемкость изготовления резьбовых упоров.
Расположение спинки зубьев перпендикулярно оси муфты и ниппеля, и выполнение высоты зубьев, составляющей 1/3 шага резьбы, позволило обеспечить необходимую площадь сопряжения двух резьбовых упоров, не нарушая общей целостности резьбового витка.
Все вышеперечисленные признаки в совокупности направлены на достижение технического результата. Кроме того, данные признаки позволяют получить дополнительный технический результат, заключающийся в надежной фиксации муфты и ниппеля, возникающей при крутящем моменте, обратном направлению скручивания шнеков, которое обеспечивает беспрепятственное раскручивание резьбового соединения шнеков шнековой колонны и сокращает время демонтажа.
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что заявляемое техническое решение имеет признаки, которые отсутствуют в аналогах, а их использование в заявляемой совокупности существенных признаков позволяет получить новый технический результат. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами.
Фиг. 1 - замковое соединение шнеков, в разрезе.
Фиг. 2 - контакт рабочих поверхностей резьбовых упоров.
Замковое соединение шнеков состоит из охватывающей детали - муфты 1 полузамка 2 и охватываемой детали - ниппеля 3 полого шнека 4, которые выполнены с цилиндрической резьбой 5.
На начальных витках цилиндрической резьбы 5 муфты 1 и ниппеля 3 выполнены взаимодействующие друг с другом резьбовые упоры в виде зубьев 6. Зубья 6 выполнены путем механической обработки, на конце прямого участка выступающей части витка прямоугольной цилиндрической резьбы 5. Высота зубьев 6 составляет 1/3 от шага резьбы. Такая высота обеспечивает необходимую площадь сопряжения двух зубьев 6 и не нарушает общую целостность резьбового витка. Меньшая высота не выгодна из-за потери площади рабочих поверхностей зубьев 6 и соответствующего снижения их прочности, износостойкости. Большая высота нарушает целостность резьбового витка и повлечет за собой его разрыв, что повлияет на скручиваемость муфты 1 и ниппеля 3. Зубья 6 на сопрягаемых деталях имеют одинаковую высоту.
Рабочая поверхность 7 зубьев 6 расположена в плоскости оси муфты 1 и ниппеля 3 и является ограничителем при вращении, обратном скручиванию. Расположение рабочей поверхности 7 зубьев 6 в одной плоскости с осью муфты 1 и ниппеля 3 обеспечивает прилегание резьбовых упоров всей рабочей поверхностью 7. Спинка 8 зубьев 6 расположена перпендикулярно оси муфты 1 и ниппеля 3 и продолжается до выхода к технологическому углу резьбы 5.
Возможно изготовление предлагаемых резьбовых упоров при использовании двухзаходной цилиндрической резьбы 5.
Использование предлагаемого замкового соединения шнеков возможно при разведочном бурении скважин.
Во время разборки шнековой колонны производят демонтаж развинчиванием верхнего шнека с основной колонной при помощи полузамка 2, закрепленного на мобильной буровой установке, вращением обратным при бурении до соприкосновения рабочих поверхностей 7 резьбовых упоров муфты 1 и ниппеля 3. Резьбовые упоры воспринимают крутящий момент, возникающий при раскручивании шнекового соединения, а цилиндрическая резьба 5 муфты 1 и ниппеля 3 обеспечивает осевое позиционирование демонтируемого шнека.
При подаче крутящего момента, обратного скручиванию в момент создания осевого давления мобильной буровой установки по оси шнековой колонны, стенки 8 резьбовых упоров муфты 1 и ниппеля 3 соприкасаются друг с другом, тем самым обеспечивая контакт рабочих поверхностей 7, создавая надежную фиксацию муфты 1 и ниппеля 3. В результате обеспечивается беспрепятственное раскручивание следующего резьбового соединения.
Смещение рабочих поверхностей 7 резьбовых упоров относительно друг друга при производстве работ несущественно, так как с одной стороны осевое совпадение обеспечивается незначительными зазорами между витками резьбового соединения и осевым давлением мобильной буровой установки, с другой стороны радиальное совпадение обеспечивается незначительными зазорами между диаметрами резьбового соединения.
Изготовление замкового соединения шнеков может быть осуществлено как на универсальном, так и на специальном оборудовании. Следовательно, предлагаемое решение обладает промышленной применимостью.