БУРИЛЬНЫЙ ЗАМОК

Полезная модель относится к буровой технике, в частности к соединительным элементам бурильных труб для получения бурильной колонны.
Известно резьбовое соединение бурильных труб (пат. №2521123, МПК Е21В 17/042, опубл. 27.06.2014 г., бюл. №18), включающее муфту и ниппель, образующие при свинчивании и затяжке наружный и внутренний упорные стыки, при этом между упорным уступом муфты и упорным торцом ниппеля установлена прорезная пружина так, что между упорным, уступом ниппеля и упорным торцом муфты образуется ликвидируемый в процессе затяжки соединения и сжатия пружины зазор, величина которого равна ходу пружины и, согласно ее параметрам, строго соответствует заданной осевой нагрузке на внутренний упорный стык, благодаря чему, после затяжки соединения, обеспечивается также строго заданная осевая нагрузка на наружный стык, как разница между задаваемой общей силой затяжки резьбового соединения и силой, создаваемой пружиной на внутренний упорный стык.
Недостатком данного соединения является длительность процесса монтажа и демонтажа бурильного замка, возможное самораскручивание ниппеля и муфты во время эксплуатации буровой колонны, разрушение ниппеля или муфты под действием временных перегрузов либо ударных или динамических нагрузок, низкая стойкость к знакопеременным и износоусталостным нагрузкам, а также ограниченный срок эксплуатации, обусловленный ограниченным числом раз монтажа и демонтажа, после которых соединение перестает удовлетворять условиям резьбового соединения.
Прототипом изобретения является бурильный замок (патент №187638 МПК Е21В 17/042, Е21В 17/42, опубл. 14.03.2019 г., бюл. №8), характеризующийся тем, что состоит из ниппеля, содержащего цилиндрический трубчатый корпус, ограниченный торцевыми поверхностями, со стороны одной торцевой поверхности имеющей наружнюю коническую резьбу, в конце которой выполнена цилиндрическая переходная ступень с расположенными по окружности впадинами, выполненными в виде сферических сегментов, а со стороны другой торцевой поверхности имеющей внутреннюю коническую резьбу, между которой и торцевой поверхностью расположена цилиндрическая переходная ступень с расположенными по окружности выступами, выполненными в виде сферических сегментов, и муфты, содержащей цилиндрический трубчатый корпус, ограниченный торцевыми поверхностями, со стороны каждой торцевой поверхности муфты нарезана внутренняя коническая резьба, между которой и торцевой поверхностью расположена цилиндрическая переходная ступень с расположенными по окружности выступами, выполненными в виде сферических сегментов, при этом ниппель и муфту бурильного замка изготавливают из материала с эффектом памяти формы.
Недостатком данного соединения является длительность процесса монтажа и демонтажа, а также низкая стойкость к знакопеременным и износоусталостным нагрузкам, связанная с наличием опасного по форме концентратора напряжений на резьбовой поверхности.
Задачей данной разработки является усовершенствование конструкции бурильного замка, обеспечивающее повышение его эксплуатационных характеристик и срока эксплуатации.
Техническим результатом является исключение возможности самораскручивания и также сокращение времени монтажа и демонтажа.
Технический результат достигается тем, что бурильный замок, состоит из ниппеля, выполненного из материала с эффектом памяти формы, и представляющего собой цилиндрический трубчатый корпус, ограниченный торцовыми поверхностями, со стороны одной торцевой поверхности, соединяемой с бурильной трубой расположена ступень с внутренней конической резьбой, и муфты, выполненной из материала с эффектом памяти формы, и представляющей собой цилиндрический трубчатый корпус, ограниченный торцовыми поверхностями, с одной стороны торцовой поверхности, соединяемой с бурильной трубой, выполнена ступень с внутренней конической резьбой, при этом со стороны торцовой поверхности, соединяемой с муфтой, на ниппеле выполнена ступень с внешним конусом, с расположенными на нем одной кольцевой и двумя равноудаленными друга от друга продольными впадинами, а со стороны торцовой поверхности, соединяемой с ниппелем, на муфте выполнена ступень с внутренним конусом, с расположенными на нем одной кольцевой и двумя равноудаленными друга от друга продольными выступами, сопряженными с впадинами на ниппеле.
Исключение возможности самораскручивания в процессе эксплуатации бурильного замка достигается за счет сопряжения двух равноудаленных друга от друга продольных впадин, расположенных на ступени с внешним конусом ниппеля со стороны торцовой поверхности, соединяемой с муфтой, с двумя равноудаленными друг от друга продольными выступами на муфте, расположенных на ступени с внутренним конусом муфты со стороны торцовой поверхности, соединяемой с ниппелем.
Исключение возможности взаимного перемещения ниппеля и муфты вдоль оси друг относительно друга в процессе эксплуатации бурильного замка достигается за счет сопряжения кольцевой впадины, расположенной на ступени с внешним конусом ниппеля со стороны торцовой поверхности, соединяемой с муфтой, с кольцевым выступом на муфте, расположенным на ступени с внутренним конусом муфты со стороны торцовой поверхности, соединяемой с ниппелем.
Сопряжение двух равноудаленных друга от друга продольных и одной кольцевой впадин, расположенными на ступени с внешним конусом ниппеля со стороны торцовой поверхности, соединяемой с муфтой, с одной кольцевой и двумя равноудаленными друг от друга продольными выступами на муфте, расположенными на ступени с внутренним конусом муфты со стороны торцовой поверхности, соединяемой с ниппелем, позволяет избежать процесс излома при восприятии конструктивными элементами крутящего момента, возникающих при скручивающих нагрузках, возникающих при резьбовом типе соединения являющимся концентратором напряжений. При этом предлагаемое фальцевое соединение конструктивных элементов также позволяет сократить время монтажа и демонтажа замкового соединения, за счет исключения процесса скручивания и раскручивания.
Уход от резьбового соединения на фальцевое позволяет сократить время монтажа и демонтажа замкового соединения, а также избежать процесс скручивания, так как резьбовое соединение является концентратором напряжений.
Таким образом, совокупность приведенных конструктивных признаков обеспечивает достижение заявляемого технического результата.
На фиг. 1 изображен ниппель бурильного замка в разрезе, на фиг. 2 изображен вид сбоку ниппеля бурильного замка, на фиг. 3 изображена муфта бурильного замка в разрезе, а на фиг. 4 изображен бурильный замок в сборе, на фиг.5 изображен торец ниппеля со стороны соединения с муфтой.
Бурильный замок, состоящий из ниппеля 1 и муфты 8. При этом ниппель 1 содержит цилиндрический трубчатый корпус, ограниченный торцевыми поверхностями 2, со стороны одной торцевой поверхности 2, имеющий внутреннюю коническую резьбу 5, в конце которой выполнена цилиндрическая переходная ступень 4, а со стороны другой торцевой поверхности 2, имеющий продольные канавки 7 и кольцевые канавки 3, между которой и торцевой поверхностью 2 расположена цилиндрическая переходная ступень 6. Муфта 8, содержит цилиндрический трубчатый корпус, ограниченный торцевыми поверхностями 9, со стороны одной торцевой поверхности 9, имеющей ступень с внутренним конусом, на которой выполнены продольные выступы 12 и кольцевые выступы 10, со стороны другой торцевой поверхности 9 муфты 8 нарезана внутренняя коническая резьба 11 Ниппель 1 и муфта 8 бурильного замка изготавливают из материала с эффектом памяти формы.
Монтаж бурильной колоны при помощи предлагаемого бурильного замка осуществляют следующим образом: ниппель 1, изготовленный из материала с эффектом памяти формы, охлаждают парами жидкого азота до температуры, соответствующей низкотемпературному фазовому состоянию материала (мартенсит). При этом продольные канавки 7 и кольцевые канавки 3 ниппеля 1 приобретают геометрические параметры превышающие параметры продольных выступов 12 и кольцевых выступов 10 муфты 8, позволяющие с легкостью осуществить монтаж ниппеля 1 с муфтой 8, путем их фиксации за счет продольных и кольцевых выступов и канавок, после чего их нагревают до температуры соответствующей высокотемпературному фазовому состоянию материала (аустенит), благодаря чему продольные канавки 7 и кольцевые канавки 3 ниппеля 1 приобретают геометрические параметры продольных выступов 12 и кольцевых выступов 10, обеспечивающие посадку с гарантированным натягом по всей длине конического безрезьбового соединения ниппеля 1 с муфтой 8. Монтаж муфты предлагаемого бурильного замка происходит следующим образом: муфту 8, изготовленную из материала с эффектом памяти формы, охлаждают парами жидкого азота до температуры, соответствующей низкотемпературному фазовому состоянию материала (мартенсит). При этом продольные выступы 12 и кольцевые выступы 10 муфты 8 приобретают геометрические параметры значительно меньше параметров продольных канавок 7 и кольцевых канавок 3 ниппеля 1, позволяющие с легкостью осуществить монтаж муфтой 8 с ниппеля 1, путем их фиксации за счет продольных и кольцевых выступов и канавок, после чего их нагревают до температуры соответствующей высокотемпературному фазовому состоянию материала (аустенит), благодаря чему продольные выступы 12 и кольцевые выступы 10 муфты 8 приобретают геометрические соответствующие параметрам продольных канавок 7 и кольцевых канавок 3 в аустентном состоянии, обеспечивающие посадку с гарантированным натягом по всей длине конического безрезьбового соединения муфтой 8 с ниппелем 1.
Таким образом, во время эксплуатации бурильной колоны уменьшается время процесса монтажа и демонтажа бурильной колонны, обеспечивается герметичность и надежность соединения за счет гарантированной посадки с натягом по всей длине конического безрезьбового соединения, а самораскручиванию препятствуют сопряжение по всей поверхности сегментных продольных и кольцевых выступов и канавок, цилиндрических переходных ступеней соединяемых изделий.