УСТРОЙСТВО ЗАМКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ

Полезная модель относится к общему машиностроению и может быть использована для фиксации в заданном положении соединенных между собой расположенных соосно элементов, например, бурильных труб, шлангов, рукавов разного диаметра.
Известен рабочий орган буровых станков в виде бурового става, который образован набором бурильных труб-штанг, соединенных между собой. Для этого каждая штанга имеет на концах соединительные элементы (ниппель и муфту) с резьбой (см., например, а.с. СССР 367239). Резьбовое соединение штанг в буровом ставе нагружено при вращательном бурении скважин усилием подачи и крутящим моментом. Материал деталей испытывает при этом совместную деформацию сжатия и кручения.
Работа бурового станка происходит циклически: подача буровой головки с вращающимся инструментом на забой - процесс бурения; перехват бурового става, находящегося в скважине, и отвод буровой головки от забоя в исходную позицию; сцепление шпинделя станка со штангой бурового става и далее цикл работы повторяется (см. статью в журнале «Уголь», 12-2008 г., стр. 26-27. К обоснованию конструкции бурового станка агрегата АБГ-300). Это приводит к усталостному разрушению штанг. При этом соединительная резьба, являясь концентратором напряжений, снижает запас прочности соединения. В результате этого происходит разрушение штанг в месте расположения резьбы и часть става остается в скважине.
Известно техническое решение в виде резьбового соединения набора штанг в буровой став (см.: Сафохин М.С., Богомолов И.Д., Скорняков Н.М. Машинист бурового станка. М.: «Недра», 1990 г., стр. 132, рис. 5.1). К недостаткам данного технического решения можно отнести то, что резьбовое соединение штанг не обеспечивает запаса прочности соединения, необходимого для надежной и долговечной работы става, не допускает реверсирования вращения става, а развинчивание штанг при разборке бурового става является трудоемкой операцией и требует применения специальных механизмов (см., например: Сафохин М.С., Богомолов И.Д. и др. Машины и инструмент для бурения скважин на угольных шахтах. М.: «Недра», 1985 г., стр. 162-163, раздел - Механизмы свинчивания и развинчивания бурового става).
Известно соединение труб бурового става, принятое в качестве прототипа, содержащее взаимодействующие между собой ниппель, расположенный на одном конце бурильной трубы, и муфту, расположенную на другом конце следующей трубы. Муфта и ниппель при бурении скважин взаимодействуют торцевыми, а также боковыми поверхностями, охватываемой - на ниппеле и охватывающей - на муфте, а при извлечении бурового става из скважины ниппель и муфта взаимодействуют посредством одного или нескольких расположенных в параллельно-поперечных плоскостях цилиндрических роликов, расположенных в сквозных отверстиях муфты, у которых отсутствующая срединная часть дополнена окружной проточкой на наружной цилиндрической поверхности выступа ниппеля; причем сохранность нахождения роликов в отверстиях обеспечивается пружинным запорным кольцом, помещенным в наружную проточку на муфте, а для извлечения запорного кольца из проточки при разборке соединения труб на муфте сделаны несколько пазов (см. патент RU №2403369, МПК Е21В 17/02, опубл. 10.11.2010).
Данное техническое решение позволяет производить реверсирование бурового става, однако использование в качестве фиксаторов взаимного положения труб цилиндрических роликов не позволяет передавать высокий крутящий момент.
Кроме того, сборка-разборка бурового става может занимать длительное время вследствие забивки(засорения) отверстий и проточек в соединении продуктами бурения.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является обеспечение надежного соединения бурильных труб, обеспечивающего возможность реверсивного движения и выдерживающего высокие вращательные нагрузки.
Техническими результатами полезной модели являются ее высокая надежность при бурении в прямом и обратном направлениях, технологичность сборки-разборки элементов бурового става, а также увеличение срока службы соединительного устройства.
Технические результаты достигаются за счет того, что в устройстве замкового соединения бурильных труб, состоящем из ниппеля и муфты, в торцевой части муфты, сопрягаемой с ниппелем, выполнено осевое отверстие с внутренней резьбой, ниппель в торце, сопрягаемом с муфтой, имеет осевой выступ с наружной резьбой, вкручивающийся в осевое отверстие муфты, сечения ниппеля и муфты со стороны их взаимного примыкания представляют собой правильные многоугольники одинаковых размеров с количеством сторон не менее четырех, а с обратных сторон - круги, размеры диаметров которых больше размеров диагоналей между противоположными углами многоугольников, при этом изменение формы и размеров сечений происходит ступенчато, с образованием упорных площадок, на упорной площадке ниппеля одним своим концом установлена распорная пружина, другой конец которой соединен с фиксатором, представляющим собой втулку с внутренней поверхностью в виде правильного многоугольника, сопрягаемой с наружными поверхностями в виде правильных многоугольников ниппеля и муфты.
При этом сечение ниппеля между упорной площадкой и многоугольным торцом может представлять собой круг, размер диаметра которого меньше размера диаметра вписанной в многоугольный торец ниппеля окружности.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство замкового соединения бурильных штанг - продольный разрез; на фиг. 2 -разрез А-А фиг. 1.
Устройство замкового соединения бурильных труб содержит ниппель 1, содержащий осевой выступ 2 с резьбой и упорную площадку 3, распорную пружину 4 и фиксатор 5, муфту 6, содержащую осевое отверстие 7 с резьбой и упорную площадку 8.
Устройство замкового соединения бурильных труб работает следующим образом.
Ниппель 1 и муфту 6 любым известным способом, например, сваркой, соединяют с противоположными концами бурильной трубы или изготавливают как единое целое из трубы, например, объемной штамповкой. Затем производят соединение двух бурильных труб с установленными на них ниппелем и муфтой между собой.
Для этого в осевое отверстие 7 муфты 6 одной из штанг вкручивают осевой выступ 2 ниппеля 1 другой штанги до упора, предварительно отодвинув в заднее положение подпружиненный фиксатор 5 ниппеля 1. Затем фиксатор 5 отпускают, и он под действием установленной на упорной площадке 3 ниппеля 1 распорной пружины 4 перемещается вперед до соприкосновения с упорной площадкой 8 на муфте 6, при этом его внутренняя поверхность сопрягается с наружными поверхностями ниппеля 1 и муфты 6, фиксируя их взаимное положение относительно друг друга. Пружина 4, разжавшись, в свою очередь не позволяет фиксатору 5 смещаться обратно в осевом направлении. В случае, если муфта 6 или ниппель 1 оказались провернуты дальше, чем это необходимо, чтобы фиксатор 5 наделся на них, муфту 6 или ниппель 1, соответственно, проворачивают в обратную сторону до нужного положения.
Для разъединения бурильных труб фиксатор 5 сдвигают назад вдоль оси ниппеля 1 до выхода его из зацепления с наружной многогранной поверхностью муфты 6 и производят свинчивание муфты 6 с ниппеля 1.
При этом в случае, когда сечение ниппеля 1 между упорной площадкой 3 и многоугольным торцом представляет собой круг, размер диаметра которого меньше размера диаметра вписанной в многоугольный торец ниппеля 1 окружности, после выведения из зацепления с многогранными поверхностями муфты 6 и ниппеля 1 фиксатора 5 его можно зафиксировать в этом состоянии с помощью поворота на определенный угол относительно оси.
Использование заявленного устройства при бурении позволяет равномерно распределить усилие вращения по всей площади сопряжения между фиксатором и муфтой с ниппелем и не создает напряжений в соединительной резьбе, повышая эффективность и надежность бурения и увеличивая срок службы самого устройства. При реверсировании для извлечения бурового става из скважины фиксатор полностью препятствует вращению труб относительно друг друга, тем самым исключая возможность их раскручивания и застревания в скважине.