Штанга буровая и способ ее изготовления

Изобретение относится к горному делу, а именно к штанге буровой для перфораторного бурения шпуров. Штанга буровая содержит стержень, хвостовик и высаженный бурт. Стержень выполнен из шестигранника. Бурт установлен на двух кольцевых канавках с образованием выступа между ними. Образующие кольцевых канавок, сопрягаемые с поверхностью стержня, составляют тупой угол. Штанга включает центральный канал, а передний торец штанги выполнен с конической поверхностью. Минимальный диаметр штанги (Ds), ширина (a) и глубина (h) кольцевой канавки, высота бурта (B0) должны удовлетворять следующему соотношению: h/a ≤ D s /2·B 0. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к области горного дела, к буровому инструменту, а именно к штанге буровой для перфораторного бурения шпуров.

Известна шестигранная штанга буровая с центральным каналом, включающая хвостовик с высаженным буртом, а второй торец штанги выполнен с конической посадочной поверхностью (см. ГОСТ Р 51681-2000. Перфораторы пневматические. Штанги буровые).

Недостатками известного инструмента являются значительная трудоемкость изготовления из-за необходимости термообработки штанги после высадки бурта, а также недостаточные прочность и срок службы в связи с нарушением структуры стали в области бурта и с возможностью сужения центрального канала.

Известна шестигранная штанга буровая с центральным каналом, содержащая хвостовик и стержень, между которыми выполнена канавка с размещенным в ней сборным буртиком (см. патент РФ №2203382, МКИ7 E21B 17/00), которая принята за прототип.

Недостатками известного инструмента являются значительная трудоемкость изготовления, а также недостаточные прочность и срок службы в связи с выполнением бурта сборным.

Целью предлагаемого технического решения являются увеличение срока службы штанги при одновременном снижении трудоемкости изготовления.

Указанная цель достигается тем, что в штанге буровой, содержащей стержень и хвостовик, между которыми выполнена кольцевая канавка с размещенным в ней буртом, согласно техническому решению выполнена как минимум одна дополнительная кольцевая канавка, а бурт выполнен высадкой на кольцевые канавки, при этом образующие крайних канавок, примыкающие к хвостовику и стержню, образуют с ними тупой угол, а диаметр штанги, размеры канавок и бурта должны удовлетворять следующему соотношению

где h и a - соответственно глубина и ширина кольцевой канавки;

Ds и B0 - минимальный наружный диаметр штанги и высота бурта.

Образующие кольцевых канавок выполнены в форме дуг окружности.

Кольцевые канавки и выступы между ними образованы витками резьбы.

В шестигранной штанге минимальный диаметр канавки находится между диаметрами описанной и вписанной окружности стержня шестигранного стержня.

Способ изготовления штанги буровой, заключающийся в выполнении кольцевых канавок в теле штанги между стержнем и хвостовиком с образованием выступов между ними, нагреве кольцевой заготовки бурта и высадки в бурт нагретой заготовки на кольцевую проточку, согласно техническому решению внутреннее отверстие заготовки бурта выполнено ответно сечению стержня штанги, а высота заготовки бурта больше суммарной ширины кольцевых канавок и выступов между ними.

Высота кольцевой заготовки больше суммарной ширины кольцевых канавок и образованных между ними выступов.

Конструкция и способ изготовления предлагаемой штанги поясняются чертежом.

На фиг. 1 представлен общий вид штанги;

На фиг. 2 - разрез А-А по бурту на фиг. 1;

На фиг. 3 - посадка бурта на штангу, узел C на фиг. 1;

На фиг. 4 - разрез Б-Б по телу стержня штанги на фиг. 1;

На фиг. 5 - вариант посадки бурта на канавки с образующими в форме треугольника;

На фиг. 6 - вариант посадки бурта на штангу с мелкими канавками;

На фиг. 7 - кольцевые канавки в штанге с образующими в виде дуг окружности (узел Г на фиг. 6);

На фиг. 8 - кольцевые канавки в штанге в виде резьбы (узел Г на фиг. 6);

На фиг. 9 - кольцевая заготовка бурта с шестигранным внутренним отверстием.

Штанга буровая содержит стержень 1 (фиг. 1-4), выполненный, например, из шестигранника, хвостовик 2, высаженный бурт 3, установленный, например, на двух кольцевых канавках 4 и 5 (фиг. 3) с образованием выступа 6. Образующие (на фиг. не указаны) кольцевых канавок 4 и 5, сопрягаемые с выступом 6 и образующими стержня 1, соответственно оставляют прямой и тупой (более 90 градусов) углы. Штанга включает центральный канал 7, а передний торец 8 штанги выполнен, например, с конической поверхностью.

Размер шестигранного стержня 1 или диаметр вписанной окружности - «S», а диаметр описанной окружности - «D» (Фиг. 4).

Наименьший диаметр кольцевой канавки D0 штанги из шестигранного стержня 1 с целью обеспечения требуемой прочности соединения и исключения ослабления прочности выбирается из условия S≤D0≤D, т.е. находится в пределах максимального (D) и минимального размера (S) шестигранника. Высота «B0» бурта 3 (фиг.3) больше суммарной ширины кольцевых канавок «a» и бурта «c».

Образующая кольцевых канавок 4 и 5 (Фиг. 5) может быть выполнен в форме треугольника.

В буровой штанге между хвостовиком 2 и стержнем 1 могут быть выполнена более двух кольцевых канавок 8 (фиг. 6 и 7), на которые высаживается бурт 3.

Кольцевые канавки в стержне 1 могут быть выполнены в виде резьбы 9 (фиг. 8) с шагом «t» и высотой витка «h».

В заготовке 10 (фиг. 7) бурта 3 внутреннее отверстие 11 может быть выполнено ответно поперечному сечению стержня 1, например, в виде шестигранника, при изготовлении штанги из шестигранной заготовки.

Способ изготовления штанги

Способ изготовления буровой штанги с высаживаемым буртом 3 (фиг. 1-3) включает выполнение, как минимум, двух кольцевых канавок 4 и 5 между стержнем 1 и хвостовиком 2, изготовление кольцевой заготовки 10 (фиг. 9) бурта 3 наружным и внутренним диаметрами соответственно больше диаметра бурта 3 и стержня 1, а высотой не больше высоты бурта 3. Далее осуществляется нагрев заготовки 10 бурта и ее высадка на кольцевые канавки 4 и 5.

Монтаж штанги осуществляется следующим образом. В теле штанги между стержнем 1 и хвостовиком 2 выполняются, как минимум, две кольцевые канавки 4 и 5 (фиг. 1-4). Нагретая до температуры, например, 700-800°C заготовка 10 (фиг. 9) бурта 3 устанавливается напротив канавок 4 и 5 и высаживается на выступ 6 с деформацией внутренней и наружной поверхности заготовки до полного заполнения полостей, образованных внутренними поверхностями заготовки и канавок 4 и 5.

При остывании бурта 3 происходит уменьшение внутреннего диаметра и высоты "B" соответственно на величину:

ΔD=D0·α·ΔT

ΔB=B·α·ΔT.

С целью исключения образования зазора между поверхностями бурта 3 и канавок 4, 5 снижение радиуса бурта 3 должно превышать половину величины уменьшения высоты бурта 3, т.е.

0,5·ΔD0≥0,5·ΔB.

Для обеспечения указанного условия, принимая во внимание, что ширина горизонтальной части канавок может составить половину их ширины, должно быть соблюдено следующее соотношение

Учитывая, что D0≈S, получим

где Ds - минимальный наружный размер или диаметр поперечного сечения штанги (наружный диаметр круглой штанги или размер шестигранника).

При остывании бурта 3, уменьшении его высоты B0 и внутреннего диаметра торцы выступа 6 обжимаются выдавленными в кольцевые проточки участками бурта 3. Ограничение высоты канавок "h", согласно соотношению (1), обеспечивает сохранение посадки бурта 3 на стержень 1 с натягом по всей высоте бурта 3.

Выполнение образующей канавок 4 и 5 (фиг. 5) в форме треугольника позволяет уменьшить ширину «а» канавок 4 и 5.

При выполнении в стержне 1 более двух канавок 8 (фиг. 6, 7) повышается надежность соединения.

При выполнении в теле штанги резьбовой проточки 9 (фиг. 8) заготовка штанги изготавливается стандартным инструментом.

При изготовлении кольцевой заготовки 10 (фиг. 9) с шестигранным внутренним отверстием 11 температура нагрева заготовки может быть снижена при одновременном повышении качества высадки. Штанга буровая работает следующим образом.

При бурении стержень 1 и хвостовик 2 штанги испытывают значительные осевую нагрузку и крутящий момент. Вынос выбуренной породы, охлаждение породоразрушающего инструмента (на фиг. не показан) осуществляется подаваемой по центральному каналу 7 рабочей жидкостью или воздухом. Исключение ковки штанги для высадки бурта 3, дополнительной термической обработки не приводит к изменению структуры металла в зоне бурта, механических свойств и сужению канала 7.

При работе бурт 3 испытывает ударные осевые нагрузки со стороны ограничителя перемещения перфоратора (на фиг. не показан). При высадке кольцевой заготовки бурта 3 полости, образованные поверхностями кольцевых канавок 4, 5 и бурта 3 (фиг. 3), полностью заполняются деформируемым металлом заготовки бурта. Осевая нагрузка, действующая на бурт 3, воспринимается боковыми поверхностями кольцевых канавок 4, 5.

При выполнении канавок 8 (фиг. 6 и 7) образующей в форме дуги окружности повышается заполняемость канавок 8 деформируемым металлом бурта 3.

При выполнении проточек на штанге в виде резьбы 9 (фиг. 8) существенно увеличивается суммарная площадь контакта бурта 3 со штангой, на которую действует осевая нагрузка.

Выполнение кольцевой заготовки 10 в виде шестигранника 9 (фиг. 6) существенно снижает деформацию заготовки 10 при одновременном повышении качества соединения «бурт-штанга».

1. Штанга буровая, содержащая стержень и хвостовик, между которыми выполнена кольцевая канавка с размещенным в ней буртом, отличающаяся тем, что, с целью увеличения ресурса штанги при одновременном снижении трудоемкости изготовления, выполнена как минимум одна дополнительная кольцевая канавка, а бурт выполнен высадкой на кольцевые канавки, при этом образующие крайних канавок, примыкающие к хвостовику и стержню, образуют с ними тупой угол, а наружный диаметр штанги, кольцевой канавки и бурта должны удовлетворять следующему соотношению
h a D S 2 B 0 ,
где h и a - соответственно глубина и ширина кольцевой канавки;
Ds и B0 - минимальный наружный диаметр штанги и высота бурта.

2. Штанга буровая по п. 1, отличающаяся тем, что образующие кольцевых канавок выполнены в форме дуг окружности.

3. Штанга буровая по п. 1, отличающаяся тем, что кольцевые канавки и выступы между ними образованы витками резьбы.

4. Штанга буровая по п. 1, отличающаяся тем, что в шестигранной штанге минимальный диаметр канавки находится между диаметрами описанной и вписанной окружности стержня шестигранного стержня.

5. Штанга буровая по п. 1, отличающаяся тем, что внутреннее отверстие заготовки бурта выполнено ответно сечению стержня штанги.

6. Штанга буровая по п. 1, отличающаяся тем, что высота кольцевой заготовки больше суммарной ширины кольцевых канавок и образованных между ними выступов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к шнековому бурению. Техническим результатом является надежное и безопасное выполнение подъема рабочего инструмента из горизонтального в рабочее положение, а также быстрое соединение (разъединение) секций рабочего инструмента, исключающее осевое перемещение секции относительно патрона.

Способ и устройство для обслуживания секций колонны труб, расположенных на подсвечнике в вертикальном положении. Техническим результатом является уменьшение затрат времени при операции разборки колонны труб.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для крепления электрического кабеля и его защиты от механических повреждений при спускоподъемных операциях на гидрозащитах.

Изобретение относится к устройствам для крепления и защиты кабельных линий питания электродвигателей погружных насосных агрегатов для добычи нефти. Технический результат устройства заключается в универсализации протектолайзера созданием посадочных мест, взаимодействующих с опорными поверхностями элементов насосных секций, входных модулей и газосепараторов различных изготовителей.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности. Техническим результатом является предотвращение смятия обсадных колонн при обратном промерзании многолетнемерзлых пород в условиях простоя или консервации скважин.

Буровой инструмент для высокооборотного бурения в твердых горных породах. Техническим результатом является снижение силы трения между буровой штангой и стенкой скважины.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при производстве длинномерных насосных штанг, которые являются составным элементом колонны штанг глубинного насоса, используемого при добыче нефти.

Изобретение относится к насосным штангам, используемым в установках для добычи жидкости из скважин штанговыми скважинными насосами и штанговыми винтовыми насосами, и может быть применена для добычи нефти из нефтяных наклонно-направленных скважин, скважин с боковыми стволами, а также при добыче высоковязких нефтей.

Изобретение относится к соединениям насосных штанг для привода винтовых насосов. Техническим результатом является повышение прочности на кручение и устойчивости к нагрузкам на разрыв.

Изобретение относится к способам герметизации резьбовых соединений обсадных труб, применяемых в нефтяной и газовой промышленности. Техническим результатом является обеспечение герметичности резьбового соединения обсадных труб при любых нагрузках и в течение всего срока эксплуатации.

Изобретение относится к изготовлению труб для формирования трубных колонн с заложенным проводником для использования в скважинах. Техническим результатом является обеспечение свободного прохода скважинных средств, таких как, например, кабельные измерительные средства или оборудование для цементирования, за счет сохранения полного сечения внутреннего канала трубных сегментов при сохранении надежного крепления и защиты проводника внутри трубных сегментов. Предложен сегмент скважинной трубы, содержащий: трубчатую основную часть, имеющую внутренний канал, проходящий по длине сегмента, и имеющую наружную поверхность и внутреннюю поверхность, сформированную внутренним каналом, причем эта основная часть выполнена из пригодного для экструзии материала, способного выдерживать окружающие условия в скважине и по меньшей мере один экструдированный проход, сформированный в трубчатой основной части и простирающийся по ее длине. Причем этот по меньшей мере один экструдированный проход частично заключен внутри стенки сегмента, сформированной между наружной и внутренней поверхностями, и имеет форму ласточкина хвоста в поперечном сечении, приспособленную для ограничения поперечного смещения размещенного в нем проводника. При этом форма ласточкина хвоста открыта к поверхности стенки сегмента и имеет ширину, увеличивающуюся от поверхности стенки сегмента к ее внутренней области, так что по меньшей мере один экструдированный проход обеспечивает за счет своей формы возможность размещения и удержания проводника на месте в поперечном направлении без каких-либо дополнительных механизмов крепления после размещения проводника. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к добыче углеводородов и может быть использовано при изготовлении колонн для нагнетания теплоносителя в нефтяной пласт. Способ включает коаксиальное размещение внутренней трубы с изоляцией, газопоглотителями и центраторами в наружной трубе. Помещение собранной на прихватках с одного торца конструкции в вакуумную камеру. Нагрев внутренней и наружной труб осуществляют в вакууме 10-4-10-3 мм рт.ст. до конечной температуры 400°С. Откачку межтрубного пространства ведут через кольцевые зазоры между втулкой и наружной трубой до давления 10-4-10-3 мм рт.ст. Скорость нагрева труб в процессе вакуумной откачки задают таким образом, чтобы давление в межтрубном пространстве не превышало 0,1 мм рт.ст. Наружную и внутреннюю трубы соединяют через стальные втулки путем приваривания их к трубам вакуумно-плотными швами с помощью электронно-лучевой сварки в вакууме. Термообработку сварных швов проводят после развакуумирования для повышения пластичности сварных швов путем снятия термических напряжений в сварных швах и околошовной зоне. Выполнение внешней резьбы на концах наружной трубы осуществляют после механической обработки вакуумно-плотных швов. Обеспечивается снижение тепловых потерь при прохождении теплоносителя через колонну, повышение эксплуатационной надежности колонны и производительности сборки секции колонны. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх