Резьбовое соединение
Изобретение относится к резьбовому соединению, предназначенному для ударного бурения по коренным породам. Обеспечивает уменьшение образования вихрей при ударном бурении за счет минимизации разницы размеров между буровой штангой и буровым долотом. Соединение выполнено между буровой штангой и втулкой, прикрепленной к буровому долоту. Буровая штанга на одном своем конце имеет наружную резьбу, а на другом - первую наружную поверхность постоянного диаметра, а также вторую наружную поверхность, расположенную в аксиальном направлении между первой наружной поверхностью и резьбой. Втулка выполнена с внутренней резьбой и имеет внутреннюю торцевую поверхность упора и вторую кольцеобразную торцевую поверхность. Между второй торцевой поверхностью и внутренней резьбой расположена цилиндрическая внутренняя поверхность. Вторая торцевая поверхность втулки расположена в аксиальном направлении за концом наружной резьбы или за зазором в резьбе. Внутренний диаметр втулки равен диаметру второй наружной поверхности штанги и меньше диаметра первой поверхности штанги. Первый воображаемый цилиндр, образуемый продолжением внутренней поверхности втулки, пересекает буровую штангу. Второй воображаемый цилиндр, образуемый продолжением наружной поверхности втулки, проходит снаружи буровой штанги. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к резьбовому соединению, предназначенному для ударного бурения по коренным породам.
Известный уровень техники
Резьбовые соединения в бурильных колоннах подвергаются воздействию больших нагрузок при ударном бурении с использованием верхнего бурильного молотка, при котором бурильная колонна должна передавать энергию удара от верхнего бурильного молотка к буровому долоту с вставками из карбида вольфрама, расположенному на свободном конце бурильной колонны. Обычно отдельная буровая штанга имеет на конце выполненную на ней внутреннюю резьбу, предназначенную для приема наружной резьбы, выполненной на противоположном конце другой буровой штанги. В процессе бурения для удаления буровой пыли из ствола скважины, а также для смазки и охлаждения бурового долота обычно используют воду в качестве промывочной среды, возможно, с определенными добавками, например, для улучшения смазки. Буровая сталь, то есть материал, из которого выполнены долота, стержни, трубы, втулки и переходники хвостовиков, в процессе бурения подвергается абразивному и коррозионному разрушению. В частности, это относится к случаю бурения под землей, когда воду используют в качестве промывочной среды и когда окружающая среда, как правило, является влажной. Разрушения могут быть особенно серьезными у частей, имеющих сравнительно малые диаметры, то есть у резьбовых концов или зазоров 5 в резьбе, последний из которых проиллюстрирован на фиг.3 как находящийся в зоне втулки 4 бурового долота. Промывочная среда вместе с буровой пылью перемещается в обратном направлении А с относительно высокой скоростью. В результате этого вихри В образуются у отмеченных зон изменения размера.
Цели и признаки изобретения
Цель настоящего изобретения заключается в устранении вышеуказанных проблем и в создании усовершенствованного резьбового соединения для ударного бурения по коренным породам, обеспечивающих повышение эффективности современных способов разработки недр.
Другая цель настоящего изобретения состоит в разработке резьбового соединения, обеспечивающего уменьшение образования вихрей при ударном бурении.
Еще одна цель настоящего изобретения заключается в разработке резьбового соединения, обеспечивающего уменьшение воздействия ударной волны и коррозии, вызванных внешней промывочной средой.
В соответствии с изобретением указанные цели достигаются с помощью признаков, приведенных в отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления резьбового соединения согласно изобретению раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Краткое описание приложенных чертежей
Фиг.1А показывает изображение резьбового соединения согласно настоящему изобретению, показанного частично в продольном сечении.
Фиг.1В показывает увеличенное поперечное сечение, выполненное по линии В-В на фиг.1А.
Фиг.2 показывает изображение, соответствующее фиг.1А и показывающее альтернативный вариант осуществления изобретения.
Фиг.3 показывает образование вихрей в устройстве по известному уровню техники.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Настоящее изобретение относится к резьбовому соединению 10, предназначенному для ударного бурения по коренным породам и выполненному между первой буровой штангой 11 и втулкой 13, предпочтительно прикрепленной к буровому долоту 12 с образованием одного целого с ним, как показано на фиг.1. В альтернативном варианте втулка может быть прикреплена к непоказанной второй буровой штанге или непоказанной соединительной трубе с образованием одного целого с ними. Втулка 13 имеет цилиндрическую наружную поверхность 28. Буровое долото 12 имеет переднюю поверхность 29, на которой расположены множество сферических головок 30 и периферийных сферических головок 31, только два из которых показаны на фиг.1А. Периферийные сферические головки 31 определяют диаметр пробуренной скважины обычным образом.
Буровая штанга 11 и, следовательно, резьбовое соединение имеет, по меньшей мере, один канал 14 для перемещения промывочной среды, такой как вода. Канал 14 соединен, по меньшей мере, с одним каналом 15 в буровом долоте 12. Буровая штанга 11 имеет шестиугольное радиальное поперечное сечение и имеет первую наружную поверхность 16. В альтернативном варианте буровая штанга может иметь круглое поперечное сечение. Первая наружная поверхность 16 имеет первый наружный диаметр D1, первый конец 17 имеет первую торцевую поверхность 21. Первая буровая штанга 11 имеет вторую наружную поверхность 22, имеющую наружный второй диаметр D2. Вторая наружная поверхность 22 обработана путем точения или шлифования для получения точно определенного диаметра D2 и имеет протяженность в осевом направлении, составляющую от 1 мм до 50 мм. Вторая наружная поверхность 22 расположена в аксиальном направлении между первой наружной поверхностью 16 и концом 20 резьбы. Втулка 13 имеет углубление 23, которое имеет внутреннюю резьбу 24 и внутреннюю торцевую поверхность 25 упора. Углубление 23 соединено со второй торцевой поверхностью 26 втулки. Вторая торцевая поверхность 26 является по существу кольцеобразной. По существу цилиндрическая внутренняя поверхность 27 расположена между второй торцевой поверхностью 26 и внутренней резьбой 24. Внутренняя поверхность 27 имеет внутренний диаметр D3. Резьбовое соединение 10 окажется смонтированным при ввинчивании конца 17 в углубление 23 до тех пор, пока первая торцевая поверхность 21 не упрется во внутреннюю поверхность 25 упора. При смонтированном резьбовом соединении части, имеющие определенные размеры, будут расположены таким образом, что вторая торцевая поверхность 26 втулки будет расположена в осевом направлении за концом 20 наружной резьбы 18 или за зазором 33' в резьбе (фиг.2), так что, по меньшей мере, часть внутренней поверхности 27 будет закрывать опасное поперечное сечение первой буровой штанги. Опасное поперечное сечение буровой штанги представляет собой ту часть буровой штанги, которая имеет наименьшую площадь поперечного сечения, такую как у конца 20 наружной резьбы 18 или в зоне зазора 33' в резьбе. В этом случае вторая торцевая поверхность 26 втулки будет расположена в плоскости Р, которая пересекает вторую наружную поверхность 22 в осевом направлении за концом 20 наружной резьбы 18. Расстояние между концом 20 резьбы и плоскостью Р составляет не менее 1 мм. Таким образом, вторая торцевая поверхность втулки будет расположена на расстоянии, составляющем не менее 1 мм, в осевом направлении за концом наружной резьбы.
Внутренний диаметр D3 внутренней поверхности 27 имеет, по меньшей мере, такую же величину, что и наружный второй диаметр D2 второй наружной поверхности 22, или максимум на 1 мм больше наружного второго диаметра D2 второй наружной поверхности 22, но выполнен меньшим по сравнению с первым наружным диаметром D1 первой наружной поверхности 16. Выбранные размеры позволяют получить относительно небольшие геометрические переходы между деталями 11 и 12 для уменьшения величины вихрей, так что уменьшается воздействие на удлиненное соединение со стороны буровой пыли и агрессивной воды. В альтернативном варианте промывочная среда может состоять из смеси воздуха и воды.
Сравнительно небольшие геометрические переходы также могут быть описаны посредством образования первого воображаемого цилиндра С1, образующего продолжение внутренней поверхности 27 в осевом направлении, и второго воображаемого цилиндра С2, образующего продолжение наружной поверхности 28 втулки 13 в осевом направлении (фиг.1В). Первый воображаемый цилиндр С1 пересекает буровую штангу 11, второй воображаемый цилиндр С2 проходит снаружи буровой штанги. В результате этого вихри в зонах перехода или соединениях сводятся к минимуму при одновременном улучшении управления бурильной колонной в стволе скважины. Оба воображаемых цилиндра С1 и С2 пересекают периферийные сферические головки 31.
Наружная поверхность 28 втулки 13 имеет третий наружный диаметр D4, который больше первого наружного диаметра D1 первой наружной поверхности 16.
Следует отметить, что конец наружной резьбы может быть расположен в пределах той зоны в осевом направлении, которая ограничена наружной резьбой, и что в этом случае цилиндрическая поверхность будет окружать зазор со стороны конца резьбы и, по меньшей мере, часть второй наружной поверхности, обработанной посредством точения или шлифования.
На фиг.2 показан альтернативный вариант осуществления резьбового соединения 10' согласно настоящему изобретению. Одинаковые детали были обозначены теми же ссылочными номерами, что и на фиг.1А и 1В. Резьбовое соединение 10' образовано буровой штангой 11' и буровым долотом 12' для твердых пород, предназначенным для ударного бурения. Буровое долото 12' имеет втулку 13', имеющую углубление 23', которое имеет внутреннюю поверхность 27', обработанную посредством точения или шлифования и имеющую сравнительно большую длину, и внутреннюю резьбу 24. Наружная поверхность втулки обозначена ссылочным номером 28'. Буровая штанга 11' имеет резьбовой конец 17' и вторую наружную поверхность 22', обработанную посредством точения или шлифования и имеющую сравнительно большую длину.
Этот вариант осуществления отличается от варианта осуществления, описанного выше, прежде всего тем, что вторая наружная поверхность 22' и внутренняя поверхность 27' выполнены с большей протяженностью в осевом направлении, в результате чего прилегание их друг другу может быть обеспечено на расстоянии Х', так что также обеспечивается улучшенное управление буровым долотом 12' для твердых пород. Кроме того, на фиг.2 видно, что уплотнительное кольцо 32, то есть кольцевое уплотнение или т.п., может быть размещено в канавке, выполненной на внутренней поверхности 27' втулки 13' для дополнительного уменьшения вихрей и циркуляции вблизи торцевой поверхности 26 втулки 13'. Кроме того, вариант осуществления согласно фиг.2 имеет зазор 33' в резьбе. Зазор 33' в резьбе образован за счет периферийной вогнутой части, которая образует промежуток для выхода резьбонарезных инструментов при нарезании витков наружной резьбы. В этом случае расстояние X' измеряют между плоскостью Р и зазором 33' в резьбе, и оно составляет не менее 1 мм. Таким образом, вторая торцевая поверхность втулки будет расположена на расстоянии, составляющем не менее 1 мм, в осевом направлении за зазором 33' в резьбе.
Обычные шестиугольные и круглые буровые штанги для бурения по коренным породам получают путем прокатки, и точность их размеров в окружном направлении будет относительно невысокой, вследствие чего для получения резьбового соединения согласно настоящему изобретению целесообразно выполнить токарную или шлифовальную обработку внутренней поверхности 27, 27' для обеспечения возможности получения хорошего прилегания поверхностей 22, 22' и 27, 27'.
Таким образом, настоящее изобретение относится к резьбовому соединению, предназначенному только для ударного бурения по коренным породам, предпочтительно бурения, выполняемого с использованием верхнего бурильного молотка. Резьбовое соединение 10 образовано для уменьшения образования вихрей при ударном бурении за счет минимизации разницы размеров между деталями, образующими соединение. Размеры соединений выбраны такими, чтобы уменьшить воздействие ударной волны и коррозию, вызванные внешней промывочной водой, и чтобы "направить" ударную волну и коррозию так, чтобы они действовали на части соединения, имеющие большие размеры.
1. Резьбовое соединение для ударного бурения по коренным породам, выполненное между первой буровой штангой и втулкой, прикрепленной к буровому долоту, к второй буровой штанге или к соединительной трубе, и имеющее, по меньшей мере, один канал для перемещения промывочной среды, такой как вода, при этом первая буровая штанга имеет первую наружную поверхность, имеющую по существу постоянный в осевом направлении, наибольший первый наружный диаметр, а также первый конец, выполненный с наружной резьбой, такой как канатная резьба или трапецеидальная резьба, для ударного бурения, причем наружная резьба имеет заход резьбы и конец резьбы, причем первый конец имеет первую торцевую поверхность, первая буровая штанга имеет вторую наружную поверхность, имеющую наружный второй диаметр, вторая наружная поверхность расположена в аксиальном направлении между первой наружной поверхностью и концом резьбы, при этом втулка имеет углубление, имеющее внутреннюю резьбу и внутреннюю торцевую поверхность упора и соединенное со второй торцевой поверхностью втулки, которая является по существу кольцеобразной, при этом по существу цилиндрическая внутренняя поверхность расположена между второй торцевой поверхностью и внутренней резьбой, причем внутренняя поверхность имеет внутренний диаметр, отличающееся тем, что в смонтированном резьбовом соединении вторая торцевая поверхность втулки расположена в аксиальном направлении за концом наружной резьбы или за зазором в резьбе, так что, по меньшей мере, часть внутренней поверхности закрывает опасное поперечное сечение первой буровой штанги, такое как сечение в зоне конца наружной резьбы или зазора в резьбе, внутренний диаметр внутренней поверхности, по меньшей мере, равен наружному второму диаметру второй наружной поверхности и выполнен меньшим по сравнению с первым наружным диаметром первой наружной поверхности, первый воображаемый цилиндр образует продолжение внутренней поверхности в осевом направлении, и второй воображаемый цилиндр образует продолжение наружной поверхности втулки в осевом направлении, при этом первый воображаемый цилиндр пересекает буровую штангу, а второй воображаемый цилиндр проходит снаружи буровой штанги.
2. Резьбовое соединение по п.1, отличающееся тем, что вторая торцевая поверхность втулки расположена на расстоянии, составляющем не менее 1 мм, в осевом направлении за концом наружной резьбы или за зазором в резьбе.
3. Резьбовое соединение по п.1 или 2, отличающееся тем, что втулка имеет третий наружный диаметр, который больше первого наружного диаметра первой наружной поверхности.
4. Резьбовое соединение по п.1, отличающееся тем, что внутренний диаметр внутренней поверхности максимум на 1 мм больше наружного второго диаметра второй наружной поверхности.
5. Резьбовое соединение по п.1, отличающееся тем, что вторая наружная поверхность механически обработана до получения цилиндрической формы, например, посредством точения или шлифования.
6. Резьбовое соединение по п.1, отличающееся тем, что оба воображаемых цилиндра пересекают периферийные сферические головки бурового долота для твердых пород.
Приоритет по пунктам:
12.10.2001 по пп.1-6.
