УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ БУРИЛЬНЫХ ШТАНГ

Полезная модель относится к буровой технике и может быть использована в качестве соединительного устройства бурильных штанг при бурении скважин.
Известно устройство для соединения бурильных труб, состоящее из втулки и хвостовика, на сопрягаемых поверхностях которых выполнены кулачки с вертикальными боковыми и скошенными относительно продольной оси торцевыми гранями, и фиксатора, выполненного в виде цангового зажима, скользящего по наружной поверхности втулки (патент №233572, МПК Е21В, опубликован 24.12.1968 г.).
Недостатками известного устройства являются его конструктивная сложность, низкая технологичность и, как следствие, значительные затраты на производство. Кроме того, кромки сопрягаемых кулачков в процессе эксплуатации относительно быстро изнашиваются, что снижает надежность соединения и обусловливает малый срок службы изделия.
Известно устройство для соединения бурильных труб, состоящее из втулки, выполненной в виде концентрично расположенных внутренней цилиндрической части и наружного цангового зажима, хвостовика с осевой цилиндрической расточкой, диаметр которой равен диаметру цилиндрической части втулки, и кольцевой канавкой на его внешней поверхности и стопорного устройства (патент №1113503, МПК Е21В 17/046, опубликован 15.09.1984 г.).
Одним из недостатков известного устройства является относительно большие затраты времени на соединение/разъединение труб, что снижает производительность бурения.
Другим недостатком, связанным с невысокой прочностью цангового соединения на разрыв, является низкая надежность соединения при воздействии на трубы в процессе бурения значительных осевых нагрузок.
Кроме того, лепестки цанги, подвергающиеся при соединении/разъединении труб воздействию знакопеременных изгибающих сил, быстро ломаются, так что известное устройство имеет малый срок службы.
Известно устройство для соединения бурильных штанг, образованное конической муфтой на одной из них и входящим в нее коническим хвостовиком на другой, конец которого выполнен в виде цанги с выступом на ее наружной стороне, обжимаемой на части своей длины конической муфтой.
При соединении штанг приложением заданного осевого усилия выступ цанги скользит по конусной поверхности муфты, заставляя цангу сжиматься, в результате чего конец хвостовика свободно проходит через горловину муфты в полость штанги, где цанга разжимается, ее выступ при этом сцепляется с горловиной муфты. Вращающий момент при бурении передается с помощью конусного соединения, а сцепление между штангами, необходимое при извлечении бурового става, обеспечивается сцепленным с горловиной муфты выступом.
Недостатком известного устройства является его малый срок службы, обусловленный тем, что в процессе бурения муфта и хвостовик склонны к взаимному проскальзыванию, в результате чего их конусные поверхности относительно быстро истираются.
Кроме того, указанное проскальзывание снижает производительность бурения и увеличивает непроизводительные затраты энергии при бурении.
Целью настоящей полезной модели является создание простого устройства для соединения бурильных штанг, лишенного вышеуказанных недостатков.
Техническими результатами полезной модели являются повышение надежности соединения, сокращение энергозатрат на бурение, повышение производительности бурения, увеличение срока службы устройства.
Результаты полезной модели достигаются за счет того, что в устройстве для соединения бурильных штанг, состоящем из сопрягаемых между собой муфты и хвостовика, муфта выполнена с внутренней продольной полостью, средняя и, по меньшей мере, одна из крайних частей которой имеют, соответственно, прямоугольное и круглое сечения, и с продольным вырезом прямоугольного сечения в боковой стенке, примыкающим к торцевой поверхности муфты, а хвостовик состоит из двух участков, один из которых выполнен в виде цилиндра, диаметр которого равен диаметру круглого участка полости, а другой выполнен в виде прямой призмы с квадратным основанием.
При этом стороны сечения призмы хвостовика, меньшая сторона прямоугольного участка полости и ширина выреза в стенке имеют одинаковые размеры, превышающие диаметр цилиндрического участка полости, а длина призматической части хвостовика превышает расстояние между верхним торцом прямоугольной части полости и краем выреза в стенке.
На фиг.1 изображено продольное сечение устройства, на фиг.2 - вид А по фиг.1.
Устройство содержит штанги 1, 2, муфту 3 с полостью прямоугольного 4 и круглого 5 сечений и вырезом 6, хвостовик 7.
Устройство работает следующим образом.
Хвостовик 7, соединенный любым известным способом, например сваркой, с бурильной штангой 1, устанавливают его под углом относительно оси штанги 2, соединенной с муфтой 3, вставляют его в вырез 6 и вдвигают в полость 4, после чего штангу 1 поворачивают, устанавливая ее соосно со штангой 2. При этом призматический конец хвостовика 7 занимает часть полости 4, а его цилиндрический конец - часть полости 5. Разъединение штанг производят в обратной последовательности.
Так как сечение призматической части хвостовика больше сечения его цилиндрической части, то в указанном положении хвостовик, надежно удерживается во втулке при воздействии продольных сил.
При этом за счет сопряжения призматической части хвостовика с боковыми и торцевыми стенками полости 4 обеспечивается, как передача вращающего момента при бурении, так и подача бурового става при воздействии на него продольных усилий.
В предлагаемом устройстве передача вращающего момента и осевого усилия на штанги осуществляется посредством контактного соединении типа гнездо/выступ, которое обеспечивает высокую надежность и жесткость соединения, исключает возможность относительного вращения соединенных буровых штанг, увеличивая тем самым эффективность проходки скважин.
В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве отсутствуют скользящие элементы и узлы, что обеспечивает высокую надежность изделия в целом и значительно увеличивает срок его службы.
С помощью предлагаемого устройства операция соединения/разъединения штанг занимает по времени, как правило, несколько секунд, что позволяет значительно увеличить производительность бурения за счет сокращения времени на монтаж/демонтаж бурильного става.
Кроме того, предлагаемое устройство достаточно просто по конструкции, технологично и, как следствие, малозатратно в производстве.