РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ШНЕКОВ

Полезная модель относится к буровой технике и касается соединения шнеков в шнековых буровых колоннах. Преимущественная область применения - геологоразведка с помощью мобильных буровых установок.
Известно замковое соединение полых шнеков с прямоугольной однозаходной цилиндрической резьбой (Е.И.Танов, В.Я.Площадный. Шнековый буровой инструмент//М. Недра, 1985, стр.12, 27). Здесь используется прямоугольная резьба с шагом 32 мм в замках диаметром 140 и 150 мм, имеющая угол подъема резьбы около 4°. Соединение выполнено в виде резьбовой пары ниппель-муфта с упором в торцовый стык. Это соединение передает осевые нагрузки и крутящий момент.
К достоинствам такого соединения относятся простота и технологичность изготовления, надежность в эксплуатации. Кроме того, это соединение обеспечивает герметичность при бурении скважин в напорных плывунах.
Однако недостатком такого соединения является чрезмерное затягивание и заклинивание резьбы под действием крутящего момента вращателя при бурении. Следствием такой неконтролируемой затяжки резьбы является трудность демонтажа (развинчивания) шнековой колонны. Причиной недостатка является то, что угол подъема резьбы существенно меньше угла трения резьбовой пары.
Этот недостаток привел к появлению замкового соединения полых шнеков с прямоугольной однозаходной цилиндрической резьбой, имеющего приваренные упоры на муфте и ниппеле каждого шнека, взаимодействующие друг с другом и исключающие заклинивание резьбовых соединений (Комплект инструмента для бурения полыми шнеками с уменьшенным диаметром 901-000. Альбом// Западно-Сибирский научно исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения, 1988). Соединение шнеков производится свинчиванием по резьбе муфты одного шнека с ниппелем другого до касания упоров друг с другом. Крутящий момент в этом соединении передают упоры, а осевые нагрузки - резьба.
Достоинством этого соединения является отсутствие заклинивания резьбы при бурении и, следовательно, простота демонтажа шнековой колонны.
Недостатками такого соединения являются сложность изготовления, вызванная необходимостью ориентирования упоров относительно захода резьбы на ниппеле и муфте и их приварки. Кроме того, поскольку свинчивание шнеков производится не до упора в жесткий торец, из-за зазоров в резьбе шнековая колонна получается менее жесткой. По этой
же причине колонна не герметична и для бурения скважин в напорных плывунах резьбовые соединения приходится уплотнять недолговечными резиновыми кольцами. Недостатком этого аналога является также то, что размещение упоров на муфте и ниппеле шнеков вызывает уменьшение проходного сечения между витками реборды шнековой колонны. Это создает препятствие при удалении шлама в процессе бурения и уменьшает производительность.
Наиболее близким к заявленному по технической сущности является резьбовое соединение шнеков, описанное первым. Оно принято в качестве прототипа.
Задачей предполагаемой полезной модели является уменьшение трудоемкости демонтажа шнеков путем исключения заклинивания резьбового соединения без его усложнения.
Поставленная задача решается тем, что резьбовое соединение шнеков, содержащее муфту и ниппель, соединяемые цилиндрической резьбой, отличается тем, что угол подъема винтовой линии резьбы выполнен в 1,2...2,0 раза больше угла трения на витках резьбовой пары.
Технический эффект изобретения - устранение заклинивания резьбы -обеспечивается тем, что резьба выполняется с большим шагом, величина которого относительно среднего диаметра резьбы создает угол подъема винтовой линии резьбы в 1,2...2,0 раза больше угла трения на витках.
Такое соотношение не вызывает самоторможение резьбовой пары и позволяет при демонтаже шнековой колонны отвинчивать шнеки, не прибегая к механическому приводу. Это сокращает время демонтажа и облегчает работу оператора при бурении скважин.
Углы подъема резьбы, меньшие нижнего предела, приводят к затруднениям в демонтаже из-за загрязнений шламом и забоин в резьбе, обусловленных грубыми условиями эксплуатации и способствующих заклиниванию резьбы.
При углах подъема, больших верхнего предела, резко возрастает риск потери колонны в процессе ее подъема из-за развинчивания резьбового соединения. Это происходит несмотря на то, что винтовая поверхность шнека и угол наклона лопастей долота, взаимодействуя с грунтом, способствуют вращению колонны в направлении завинчивания резьбы.
Наиболее целесообразным вариантом соединения является двухзаходная резьба. Она обеспечивает вдвое меньшие, чем однозаходная, удельные давления на контактирующих поверхностях витков, что существенно увеличивает срок службы резьбового соединения.
λ
Резьбовое соединение шнеков с двухзаходной резьбой, имеющей угол подъема =12° и λ=13,5°, используется при разведочном бурении скважин диаметром 110 и 90 мм малогабаритной буровой установкой. Предварительное соединение шнеков производят вручную, навинчиванием верхнего шнека на предыдущий в колонне. Окончательная затяжка резьбы происходит при бурении. Соединение передает осевые нагрузки и крутящий момент.
Так как ниппель 1 и муфта 3 шнеков затягиваются по торцевым стыкам 6 и 7 с выборкой зазоров в резьбе, соединение получается герметичным, а шнековая колонна жесткой. Непрерывная реборда соединенных шнеков и отсутствие выступающих крепежных элементов в соединении не уменьшают проходного сечения между витками реборды шнековой колонны. Это способствует полноценному удалению шлама из скважины.
Демонтаж шнековой колонны производят при зафиксированном от свободного вращения шпинделе подъемом вращателя буровой установки. При этом винтовая реборда шнеков от трения по стенкам скважины стремится поворачивать колонну в направлении затяжки резьбовых соединений шнеков. Поэтому, несмотря на то, что угол подъема винтовой линии резьбы λ существенно больше угла трения р, развинчивание соединений не происходит. Разборку резьбовых соединений шнеков производят вручную или с помощью ключей-захватов после нескольких ударов молотком по муфте отвинчиваемого шнека.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволит устранить возможность заклинивания резьбы при резьбовом соединении шнеков, облегчая демонтаж шнековой колонны. Изготовление резьбы может быть осуществлено на универсальном или специальном оборудовании. Следовательно, предлагаемое техническое решение обеспечивает технический эффект и обладает промышленной применимостью.