Кулачково-упорное соединение буровой шнековой колонны

Полезная модель относится к буровому инструменту, а именно к резьбовым соединениям буровых шнековых колонн. Преимущественная область применения - геологоразведка с помощью мобильных буровых установок.
Известно замковое соединение шнеков, содержащее муфту и ниппель, выполненные с цилиндрической резьбой и резьбовыми упорами, выполненными в виде взаимодействующих друг с другом зубьев, рабочая поверхность которых расположена в плоскости оси муфты и ниппеля. Зубья выполнены на начальных витках цилиндрической резьбы муфты и ниппеля. Спинка зубьев расположена перпендикулярно оси муфты и ниппеля, а высота зубьев составляет 1/3 шага резьбы (патент №RU2629285, МПК Е21В 17/042, опубл. 28.08.2017 г.).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является замковое соединение шнеков, содержащее муфту и ниппель, соединенные цилиндрической резьбой, снабженные упорами, взаимодействующими друг с другом и обеспечивающими осевой зазор между торцами муфты и ниппеля, упоры выполнены в виде зубьев, образованных на торцевой поверхности кольцевых элементов, неподвижно соединенных соответственно с муфтой и ниппелем, причем рабочая поверхность зубьев 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 (патент №RU2347886, МПК Е21В 17/042, опубл. 27.02.2009 г.).
Указанные технические решения являются не достаточно технологичными при изготовлении и эксплуатации, т.к. при изготовлении зубьев замкового соединения требуется дополнительное оборудование и инструмент для их изготовления.
Была поставлена задача, снизить трудоемкость изготовления упоров кулачково-упорного соединения, одновременно улучшив его эксплуатационные качества.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, заключается в упрощении изготовления кулачков кулачково-упорного соединения и упрощении сборки элементов соединения, и достигается за счет того, что в кулачково-упорном соединении, содержащем муфту и ниппель, соединенные резьбой и снабженные упорами, взаимодействующими друг с другом, обеспечивающими осевой зазор между торцами муфты и ниппеля, и выполненными в виде кулачков, образованных на торцевой поверхности кольцевых элементов, неподвижно соединенных соответственно с муфтой и ниппелем, рабочая поверхность кулачков расположена в плоскости оси шнека, резьба, соединяющая муфту и ниппель, выполнена прямоугольной, а угол наклона спинки кулачков не меньше угла подъема прямоугольной резьбы, при этом высота кулачков превышает отношение h>t/z,
где h - высота кулачков;
t - ход резьбы;
z - число кулачков, кроме того в нижней части спинок кулачков выполнены пазы.
Пазы, выполненные в нижней части спинок кулачков, имеют прямоугольное сечение.
Новыми существенными признаками заявляемого технического решения является выполнение резьбы, соединяющей муфту и ниппель, прямоугольной, а угол наклона спинки кулачков не меньше угла подъема прямоугольной резьбы, при этом высота кулачков превышает отношение h>t/z,
где h - высота кулачков;
t - ход резьбы;
z - число кулачков, кроме того в нижней части спинок кулачков выполнены пазы.
Использование прямоугольной резьбы для свинчивания муфты и ниппеля упрощает их сборку, т.к. у прямоугольной резьбы шаг больше, что ускоряет свинчивание деталей. Высота кулачков превышает отношение h>t/z. Все перечисленные существенные признаки значительно упрощают изготовление кулачков кулачково-упорного соединения и его сборку Наличие пазов в нижней части спинок кулачков позволяет упростить изготовление кулачков не применяя дополнительный инструмент. Технический результат достигнут.
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что заявляемое техническое решение имеет признаки, которые отсутствуют в аналогах, а их использование в заявляемой совокупности существенных признаков позволяет получить новый технический результат. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности полезной модели «новизна».
Техническое решение поясняется чертежами:
фиг. 1 - кулачково-упорное соединение шнеков, сечение;
фиг. 2 - кулачковый упор.
Свинчивание буровой шнековой колонны производится посредством кулачково-упорного соединения. Кулачково-упорное соединение состоит из охватываемой детали - ниппеля 1, и охватывающей детали - муфты 2, соединяемых между собой при помощи прямоугольной резьбы 3.
К торцовым поверхностям ниппеля 1 и муфты 2 присоединены методом сварки кулачковые упоры. Кулачковые упоры состоят из кольцевого элемента и кулачков.
Кулачки выполнены путем механической обработки на конце прямого участка выступающей части витка прямоугольной резьбы 3 и имеют боковые (рабочие) поверхности 4 и спинки 5. Угловое расположение кулачков относительно резьбы 3 определяет минимальный осевой зазор между торцами муфты 2 и ниппеля 1 в свинченном состоянии. Рабочая поверхность 4 кулачков расположена в плоскости оси муфты 1 и ниппеля 3 и является ограничителем при вращении, обратном скручиванию. Расположение рабочей поверхности 4 кулачков в одной плоскости с осью муфты 1 и ниппеля 3 обеспечивает прилегание упоров всей рабочей поверхностью 4. Спинка 5 кулачков расположена перпендикулярно оси муфты 1 и ниппеля 2 и продолжается до выхода к технологическому углу резьбы 3. В нижней части спинок 5 кулачков выполнены пазы 6 прямоугольного сечения.
Высота «h» кулачков по условиям свинчивания превышает отношение хода резьбы «t» к числу кулачков «z», а именно: h>t/z. Такая высота обеспечивает необходимую площадь сопряжения двух кулачков и не нарушает общую целостность резьбового витка. Меньшая высота не выгодна из-за потери площади рабочих поверхностей кулачков и соответствующего снижения их прочности, износостойкости.
Сборка шнековой колонны происходит следующим образом: Буровая шнековая колонна состоит из следующих элементов: бурового долота, служащего для разрушения (разбуривания) породы, буровых шнеков, служащих для выноса (транспортировки) разбуренной породы на поверхность земли, и полузамка, служащего для соединения шнековой колонны с мобильной буровой установкой.
Свинчивание производится посредством кулачково-упорного соединения до соприкосновения рабочих поверхностей 4 кулачков. Упорные рабочие поверхности 4 кулачков воспринимают крутящий момент, возникающий при бурении, а резьба 3 - осевые нагрузки, возникающие от давления на забой и при подъеме шнековой колонны. Так как в сопряжении ниппеля 1 и муфты 2 имеется осевой зазор, а рабочие поверхности 4 кулачков расположены в осевой плоскости шнека, затяжки резьбы 3 до упора не происходит. При подаче крутящего момента, обратного скручиванию в момент создания осевого давления мобильной буровой установки по оси шнековой колонны, спинки 5 кулачков муфты 1 и ниппеля 2 соприкасаются друг с другом, тем самым обеспечивая контакт рабочих поверхностей 4, создавая надежную фиксацию муфты 1 и ниппеля 2. В результате обеспечивается беспрепятственное раскручивание следующего резьбового соединения, что облегчает демонтаж буровой шнековой колонны.
Изготовление кулачковых упоров может быть осуществлено на универсальном или специальном оборудовании с использованием современных материалов и технологий.