ЗАМКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ БУРОВЫХ ШНЕКОВ
AUGER FLIGHT LOCKING ASSEMBLY

Изобретение относится к буровой технике, а именно к замковым устройствам для соединения шнеков при проведении сейсморазведочных работ.
Известен полузамок для передачи крутящего момента от вращателя буровой установки полой шнековой колонне, содержащий силовой элемент для соединения с вращателем, муфту для соединения с ниппелем каждого очередного шнека колонны и ловитель, выполненный в виде заостренного тела вращения, имеющего направляющую и центрирующую части, RU №2544925 C1, Е21В 17/03, 20.03.2015.
Известен буровой шнек, состоящий из корпуса с ребордой, замкового ниппеля и замковой муфты, связанных с корпусом сварными швами, втулки, жестко соединенной с корпусом, размещенной в расточке на одном конце корпуса и выполненной с внутренним сечением, конгруэнтным сечению замкового ниппеля, и имеющий запрессовку нижнего конца замковой муфты в расточке корпуса между его торцом и втулкой, RU №2258793 С1, Е21В 17/22, 20.08.2005.
Известен буровой шнек, включающий трубу с верхним и нижним замковыми соединениями и закрепленные на трубе спирали, точечно связанные между собой, RU №150859 U1, Е21В 17/22, 27.02.2015.
Известно кулачковое соединение буровых штанг, включающее расположенные на концах штанг трехкулачковые полумуфты и хвостовик, закрепленный внутри одной из полумуфт, зафиксированный от продольного перемещения внутри другой полумуфты при помощи фиксатора, установленного в отверстия, выполненные перпендикулярно продольной оси кулачкового соединения полумуфты и хвостовика, соосно с ней расположенного и имеющего наружный диаметр меньше внутреннего диаметра полумуфты на величину не менее двойной величины максимального допуска при изготовлении рабочих граней кулачков относительно их номинального положения, RU №2279533 С2, Е21В 17/046, 10.07.2006; RU №2269639 С1, Е21В 17/046, 10.02.2006.
Известно замковое соединение бурового инструмента, включающее муфту и ниппель с соединительными участками, элементы для передачи крутящего момента и предохранения от разъединения ниппеля и муфты при спускоподъемных операциях, причем каждый соединительный участок муфты и ниппеля выполнен в виде конуса и цилиндрического пояска, а цилиндрические пояски муфты и ниппеля выполнены с возможностью взаимодействия между собой, RU №2239044 C1, Е21В 17/046, 27.10.2004.
Известные буровые шнеки и устройства к ним имеют индивидуальное конструктивное выполнение, а технические возможности эксплуатации зависят от конструкции буровых установок.
Известно замковое соединение шнеков, содержащее охватываемую деталь в виде ниппеля и охватывающую деталь в виде муфты, соединенные цилиндрической резьбой и снабженные упорами, RU №2347886 С2, Е21В 17/042, Е21В 17/22, 27.02.2009.
Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога настоящего изобретения.
В ближайшем аналоге упоры выполнены в виде зубьев, рабочая поверхность которых 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.
Высота зубьев ближайшего аналога определяет возможность сборки буровой колонны, при этом при большей, чем указано выше в выражении, высоте зубьев невозможно полное свинчивание муфты с ниппелем из-за взаимодействия зубьев муфты и спинок зубьев ниппеля, а меньшая высота не выгодна из-за уменьшения площади рабочих поверхностей зубьев и соответствующего снижения их прочности, что снижает технологические и эксплуатационные качества.
Количество торцевых зубьев в замке ближайшего аналога не может быть менее двух для симметричного относительно его оси нагружения замка, однако увеличение числа торцевых зубьев более четырех нецелесообразно, т.к. приводит к неоправданному увеличению трудоемкости.
В основу настоящего изобретения положено решение задачи, позволяющей повысить технологические и эксплуатационные качества, увеличить надежность замкового соединения.
Технический результат настоящего изобретения заключается в сокращении времени при спуско-подъемных операциях, в снижении вероятности возникновения аварийной ситуации и в равномерном распределении нагрузки крутящего момента по рабочим площадкам контакта кулачков.
Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что замковое соединение буровых шнеков содержит охватываемую деталь в виде ниппеля и охватывающую деталь в виде муфты, соединенные цилиндрической резьбой и снабженные упорами.
Муфта, выполненная с кольцевой канавкой с размещенной в ней манжетой, содержит замковый элемент в виде кольца, приваренный к торцевой поверхности муфты.
Замковый элемент в виде кольца содержит не меньше пяти кулачков, выполняющих роль упоров и формирующих высотой кулачков заднюю наклонную поверхность муфты.
В месте примыкания задней наклонной поверхности муфты с рабочей плоскостью кулачков муфты выполнен паз.
Рабочая плоскость кулачков муфты расположена по оси муфты.
Ниппель также содержит замковый элемент в виде кольца, приваренный к посадочной поверхности ниппеля.
Замковый элемент в виде кольца содержит не меньше пяти кулачков, выполняющих роль упоров и формирующих высотой кулачков заднюю наклонную поверхность ниппеля.
В месте примыкания задней наклонной поверхности ниппеля с рабочей плоскостью кулачков ниппеля выполнен паз.
Рабочая плоскость кулачков ниппеля расположена по оси ниппеля.
Замковые элементы при свинчивании ниппеля с муфтой образуют непосредственно замок замкового соединения с соединительной поверхностью с углом наклона меньшим угла подъема резьбы и с возможностью выполнения термической обработки токами высокой частоты.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».
За счет реализации отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта.
Выполнение замкового соединения с замковыми устройствами ниппеля и муфты снижает трудоемкость изготовления и повышает технологические качества.
Выполнение замковых устройств ниппеля и муфты с пятью кулачками обеспечивает равномерное распределение нагрузки от крутящего момента по наклонным поверхностям контакта кулачков, что повышает эксплуатационные качества замкового соединения.
Образование у замка соединительной поверхности с возможностью ее термической обработки токами высокой частоты (при соответствующем материале) и получения при этом более высокой твердости повышает эксплуатационные качества замкового соединения.
Выполнение замковых элементов ниппеля и муфты в виде колец, приваренных к торцевой поверхности муфты и к посадочной поверхности ниппеля, соответственно, повышает технологические качества замкового соединения.
Расположение рабочих плоскостей кулачков ниппеля и муфты по их осям, соответственно, повышает технологические и эксплуатационные качества.
Выполнение муфты с кольцевой канавкой, с размещенной в ней манжетой, и выполнение пазов в месте примыкания рабочих плоскостей кулачков ниппеля и муфты и задних наклонных поверхностей ниппеля и муфты увеличивает надежность замкового соединения.
Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами:
на фиг. 1 - Замковое соединение буровых шнеков, в сборе вид спереди, разрез;
на фиг. 2 - Замковое соединение буровых шнеков, в сборе вид сбоку, разрез;
на фиг. 3 - Замковое соединение буровых шнеков, в сборе, изометрия;
на фиг. 4 - Ниппель, вид спереди, разрез;
на фиг. 5 - Ниппель, вид сбоку, разрез;
на фиг. 6 - Муфта, вид спереди, разрез;
на фиг. 7 - Муфта, вид сбоку, разрез;
на фиг. 8 - Ниппель и муфта при свинчивании, изометрия;
на фиг. 9 - Замковое соединение буровых шнеков, репродукция.
Фиг. 9 является информационной.
На чертежах представлено:
Ниппель - 1,
посадочная поверхность (ниппеля 1) - 2.
Муфта - 3,
торцовая поверхность (муфты 3) - 4,
кольцевая канавка (муфты 3) - 5,
манжета (в канавке 5) - 6.
Цилиндрическая резьба (для ниппеля 1 и муфты 3) - 7.
Замковый элемент в виде кольца (приварен к поверхности 2 ниппеля 1) - 8,
кулачки (элемента 8) - 9,
задняя наклонная поверхность (формируется высотой кулачков 9) - 10,
рабочая плоскость (кулачков 9 в оси ниппеля 1) - 11,
паз (в месте примыкания поверхности 10 и плоскости 11) - 12.
Замковый элемент в виде кольца (приварен к поверхности 4 муфты 3) - 13,
кулачки (элемента 13) - 14,
задняя наклонная поверхность (формируется высотой кулачков 14) - 15,
рабочая плоскость (кулачков 14 в оси муфты 3) - 16,
паз (в месте примыкания поверхности 15 и плоскости 16) - 17.
Замок (соединение элементов 8 и 13) - 18,
соединительная поверхность (замка 18) - 19.
Замковое соединение буровых шнеков содержит охватываемую деталь в виде ниппеля 1 и охватывающую деталь в виде муфты 3, соединенные цилиндрической резьбой 7 и снабженные упорами в виде кулачков 9 и 14.
Муфта 3, выполненная с кольцевой канавкой 5 с размещенной в ней манжетой 6, содержит замковый элемент в виде кольца 13, приваренный к торцевой поверхности 4 муфты 3.
Замковый элемент в виде кольца 13 содержит не меньше пяти кулачков 14, выполняющих роль упоров и формирующих высотой кулачков 14 заднюю наклонную поверхность 15 муфты 3.
В месте примыкания задней наклонной поверхности 15 муфты 3 с рабочей плоскостью 16 кулачков 14 муфты 3 выполнен паз 17.
Рабочая плоскость 16 кулачков 14 муфты 3 расположена по оси муфты 3.
Ниппель 1 также содержит замковый элемент в виде кольца 8, приваренный к посадочной поверхности 2 ниппеля 1.
Замковый элемент в виде кольца 8 содержит не меньше пяти кулачков 9, выполняющих роль упоров и формирующих высотой кулачков 9 заднюю наклонную поверхность 10 ниппеля 1.
В месте примыкания задней наклонной поверхности 10 ниппеля 1 с рабочей плоскостью 11 кулачков 9 ниппеля 1 выполнен паз 12.
Рабочая плоскость 11 кулачков 9 ниппеля 1 расположена по оси ниппеля 1.
Замковые элементы 8 и 13 при свинчивании ниппеля 1 с муфтой 3 образуют непосредственно замок 18 замкового соединения с соединительной поверхностью 19 с углом наклона, меньшим угла подъема резьбы 7, и с возможностью выполнения термической обработки токами высокой частоты.
Соединение осуществляют следующим образом.
Предлагаемое замковое соединение шнеков используют при сейсморазведочном бурении скважин.
Для соединения ниппель 1 одного шнека свинчивают с муфтой 3 другого шнека с помощью цилиндрической резьбы 7 до соприкосновения наклонной поверхности 10 с кулачками 9 замкового элемента 8 ниппеля 1 и наклонной поверхности 15 с кулачками 14 замкового элемента 13 муфты 3.
Исключение момента затяжки цилиндрической резьбы 7 при бурении выполняют замковые элементы в виде колец 8 и 13 соответственно на ниппеле 1 и муфте 3.
Оптимальный выбор кулачков 9 (пять) в замковом элементе 8 ниппеля 1 и кулачков 14 (пять) в замковом элементе 13 муфты 3 позволяет равномерно распределять нагрузку от крутящего момента по рабочим наклонным поверхностям 10 и 15.
Кулачки 9 и 14 при бурении шнеком скважины передают крутящий момент шнековой колонне от вращателя буровой установки, а цилиндрическая резьба 7 воспринимает осевые нагрузки, возникающие от давления на забой и при проведении спускоподъемных операций.
В предложенном замковом соединении использованы детали и узлы, широко применяемые при осуществлении бурильных работ, замковое соединение изготовлено промышленным способом ООО «Завод буровых технологий», а проведенные опытные испытания обусловливают, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость».
Предложенное «Замковое соединение буровых шнеков» позволяет:
- повысить эксплуатационные качества;
- расширить технологические качества;
- увеличить надежность замкового соединения.