Кулачковое соединение буровых штанг

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к бурению скважин, и может быть использовано в других отраслях промышленности. Обеспечивает повышение надежности и долговечности соединения буровых штанг за счет обеспечения надежного контакта рабочих граней при бурении. Соединение включает расположенные на концах штанг трехкулачковые ведущую и ведомую полумуфты и хвостовик с упорным буртиком. Хвостовик закреплен внутри ведомой полумуфты и зафиксирован от продольного перемещения внутри ведущей полумуфты при помощи фиксатора. Фиксатор установлен в отверстия хвостовика и ведущей полумуфты, выполненные перпендикулярно продольной оси кулачкового соединения. Хвостовик расположен соосно с ведущей полумуфтой и имеет наружный диаметр меньше ее внутреннего диаметра на величину не менее двойной величины максимального допуска при изготовлении рабочих граней кулачков относительно их номинального положения. Хвостовик шарнирно связан с ведомой полумуфтой посредством упорного буртика и пружинного упорного кольца. Упорный буртик контактирует с торцевой поверхностью ведомой полумуфты. Пружинное упорное кольцо установлено в кольцевые канавки, выполненные на наружном диаметре хвостовика и внутреннем диаметре ведомой полумуфты с образованием зазора между внутренним диаметром пружинного упорного кольца и диаметром кольцевой канавки на хвостовике. Величина этого зазора не менее величины зазора между наружным диаметром хвостовика и внутренним диаметром полумуфт. Высота упорного буртика хвостовика и глубина посадки пружинного упорного кольца в кольцевую канавку ведомой полумуфты, соответственно, более величины указанного зазора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к бурению скважин, и может использоваться в других отраслях промышленности.

Известно кулачковое соединение буровых штанг, в котором хвостовик закреплен на одной из полумуфт так, что их продольные оси совпадают, а его выступающая часть входит внутрь другой полумуфты, и соединяется с ней с помощью фиксатора (см. рис.56, Фишман И.Д. и др. Буровой станок БСВ-3. М., Недра, 1968).

Недостатком данного технического решения является наличие на каждой полумуфте всего двух кулачков. При этом кулачки имеют большую ширину - четверть от длины окружности описывающей внешний диаметр полумуфт. В процессе передачи крутящего момента (Мкр) от одной полумуфты к другой материал каждого из двух кулачков работает весьма неравномерно - возле рабочих граней в нем будут возникать большие напряжение, а возле противоположных они будут приближаться к нулю.

Другим недостатком этого технического решения является отсутствие указаний о величине зазора между внутренними стенками верхней полумуфты и наружным диаметром выступающей части хвостовика, т.к. при неточном изготовлении кулачков и малой величине указанного зазора при передаче Мкр возможна работа только одного кулачка.

Наиболее близким является кулачковое соединение буровых штанг, включающее расположенные на концах трехкулачковые ведущую и ведомую полумуфты и хвостовик с упорным буртиком, закрепленный внутри ведомой полумуфты, зафиксированный от продольного перемещения внутри ведущей полумуфты при помощи фиксатора, установленного в отверстия хвостовика и ведущей полумуфты, выполненные перпендикулярно продольной оси кулачкового соединения, соосно с ней расположенный и имеющий наружный диаметр меньше внутреннего диаметра ведущей полумуфты на величину не менее двойной величины максимального допуска при изготовлении рабочих граней кулачков относительно их номинального положения (см. патент РФ № 2061832, кл Е 21 В 17/04, 1996). Данное техническое решение позволяет обеспечить более равномерную работу материла по всей ширине кулачков за счет увеличения их количества до трех штук, и обеспечения возможности относительного перемещения кулачков полумуфт до контакта рабочих поверхностей всех кулачков одновременно.

Недостаток данного технического решения заключается в необходимости увеличения диаметра отверстия в хвостовике под соединительный фиксатор, или уменьшения диаметра последнего для образования большего зазора (исключающего деформирование фиксатора), с целью обеспечения беспрепятственного перемещения кулачков полумуфт при передаче крутящего момента до контакта рабочих граней всех кулачков одновременно. При бурении перемежающихся по крепости и трещиноватости пород, равно как и при "прошуровке" бурового става (вращение под нагрузкой с перемещением бурового става вверх-вниз), это будет приводить к разъединению кулачков в продольном направлении, уменьшению их площади контакта, увеличению нагрузок на них и, как следствие, к снижению надежности и долговечности кулачкового соединения буровых штанг.

Изобретение направлено на повышение надежности и долговечности кулачкового соединения буровых штанг при его использование в сложных горно-геологических условиях.

Указанная цель достигается тем, что в кулачковом соединении буровых штанг, включающем расположенные на концах штанг трехкулачковые ведущую и ведомую полумуфты и хвостовик с упорным буртиком, закрепленный внутри ведомой полумуфты, зафиксированный от продольного перемещения внутри ведущей полумуфты при помощи фиксатора, установленного в отверстия хвостовика и ведущей полумуфты, выполненные перпендикулярно продольной оси кулачкового соединения, соосно с ней расположенный и имеющий наружный диаметр меньше внутреннего диаметра ведущей полумуфты на величину не менее двойной величины максимального допуска при изготовлении рабочих граней кулачков относительно их номинального положения, хвостовик шарнирно связан с ведомой полумуфтой посредством упорного буртика, контактирующего с торцевой поверхностью ведомой полумуфты, и пружинного упорного кольца, установленного в кольцевые канавки, выполненные на наружном диаметре хвостовика и внутреннем диаметре ведомой полумуфты с образованием зазора между внутренним диаметром пружинного упорного кольца и диаметром кольцевой канавки на хвостовике, причем величина этого зазора не менее величины зазора между наружным диаметром хвостовика и внутренним диаметром полумуфт, а высота упорного буртика хвостовика и глубина посадки пружинного упорного кольца в кольцевую канавку ведомой полумуфты, соответственно, более величины указанного зазора. При этом внутренний диаметр ведомой полумуфты выполнен равным внутреннему диаметру ведущей полумуфты, а хвостовик имеет постоянный диаметр по всей длине.

На фиг.1 показан общий вид кулачкового соединения буровых штанг; на фиг.2 - разрез соединения по продольной оси; на фиг.3 - поперечный разрез кулачкового соединения в зоне кулачков.

Кулачковое соединение буровых штанг состоит из двух кольцевых полумуфт (ведущая 1 и ведомая 2), имеющих одинаковый внутренний диаметр, хвостовика 3 и фиксатора 4.

Ведущая полумуфта 1 соединена со штангой 5, а ведомая полумуфта 2 - со штангой 6, например, сваркой. На каждой полумуфте выполнено по три кулачка 7, которые предназначены для передачи крутящего момента (Мкр) через рабочие грани 8 и осевых усилий через торцевые поверхности 9 от ведущей полумуфты 1 к ведомой 2, т.е. от штанги 5 к штанге 6. Хвостовик 3 с фиксатором 4 предназначен для удержания штанг 5 и 6 в сомкнутом состоянии при спускоподъемных операциях бурового става и бурении сложных забоев. Хвостовик 3 имеет постоянный наружный диаметр по всей длине и размещен внутри полумуфт так, что их продольные оси совпадают, т.е. соосно. При этом наружный диаметр хвостовика 3 выполнен меньше внутреннего диаметра полумуфт на величину не менее двойной величины максимального допуска при изготовлении рабочих граней 8, т.е. между ними образован гарантированный зазор 10. Верхняя часть хвостовика 3 предназначена для соединения с ведущей полумуфтой 1 при помощи фиксатора 4, который размещается (без образования дополнительного зазора) в отверстиях 11 ведущей полумуфты 1 и отверстии 12 хвостовика 3, выполненных перпендикулярно продольной оси кулачкового соединения буровых штанг. Нижняя часть хвостовика 3 шарнирно связана с ведомой полумуфтой 2 посредством упорного буртика 13, контактирующего с торцевой поверхностью ведомой полумуфты 2, и пружинного упорного кольца 14, установленного в кольцевые канавки 15, выполненные на наружном диаметре хвостовика 3 и внутреннем диаметре ведомой полумуфты 2 с образованием зазора 16 между внутренним диаметром пружинного упорного кольца 14 и диаметром кольцевой канавки 15 на хвостовике 3. При этом величина образовавшегося зазора 16 не менее величины зазора 10 между наружным диаметром хвостовика 3 и внутренним диаметром полумуфт 1, 2, а высота упорного буртика 13 хвостовика 3 и глубина посадки пружинного упорного кольца 14 в кольцевую канавку 15 ведомой полумуфты 2 более величины зазора 10. Внутренний диаметр ведомой полумуфты 2 выполнен равным внутреннему диаметру ведущей полумуфты 1, а хвостовик 3 имеет постоянный наружный диаметр по всей длине.

Работает кулачковое соединение следующим образом.

В процессе бурения скважин механизмы вращения и подачи станка (на чертежах не показаны) передают на штангу 5 Мкр и осевые усилия. От штанги 5 эти нагрузки передаются полумуфте 1, кулачки 7 которой через рабочие грани 8 передают Мкр, а через торцевые поверхности 9 - усилие подачи на полумуфту 2, т.е. на штангу 6. Так как хвостовик 3 шарнирно связан при помощи пружинного упорного кольца 14 и упорного буртика 13 с ведомой полумуфтой 2 и имеет возможность относительного перемещения в поперечной плоскости кулачкового соединения, за счет наличия зазора 16, то при передаче Мкр, после возникновения контакта между рабочими гранями 8 на одной или двух парах кулачков 7, начинается перемещение в поперечной плоскости ведущей полумуфты 1 вместе с фиксатором 4 и хвостовиком 3 (поворот последнего вокруг собственной оси, поступательное перемещение и т.п.) относительно ведомой полумуфты 2 и пружинного упорного кольца 14 до возникновения контакта рабочих граней 8 и в третьей паре кулачков 7, после чего, собственно, и начинается процесс бурения скважины. При этом ввиду отсутствия дополнительного зазора (помимо технологического) между наружным диаметром фиксатора 4 и внутренними диаметрами отверстий 11 и ведущей полумуфты 1 и отверстия 12 хвостовика 3, взаимного перемещения полумуфт 1 и 2 в продольном направлении кулачкового соединения, приводящего к разъединению кулачков 7 и уменьшению площадей их контакта, не будет.

Данное техническое решение позволяет обеспечить надежный контакт всех рабочих граней кулачков одновременно и повысить тем самым надежность и долговечность всего кулачкового соединения буровых штанг при его использовании в сложных горно-геологических условиях.

1. Кулачковое соединение буровых штанг, включающее расположенные на концах штанг трехкулачковые ведущую и ведомую полумуфты и хвостовик с упорным буртиком, закрепленный внутри ведомой полумуфты, зафиксированный от продольного перемещения внутри ведущей полумуфты при помощи фиксатора, установленного в отверстия хвостовика и ведущей полумуфты, выполненные перпендикулярно продольной оси кулачкового соединения, соосно с ней расположенный и имеющий наружный диаметр меньше внутреннего диаметра ведущей полумуфты на величину не менее двойной величины максимального допуска при изготовлении рабочих граней кулачков относительно их номинального положения, отличающееся тем, что хвостовик шарнирно связан с ведомой полумуфтой посредством упорного буртика, контактирующего с торцевой поверхностью ведомой полумуфты, и пружинного упорного кольца, установленного в кольцевые канавки, выполненные на наружном диаметре хвостовика и внутреннем диаметре ведомой полумуфты с образованием зазора между внутренним диаметром пружинного упорного кольца и диаметром кольцевой канавки на хвостовике, причем величина этого зазора не менее величины зазора между наружным диаметром хвостовика и внутренним диаметром полумуфт, а высота упорного буртика хвостовика и глубина посадки пружинного упорного кольца в кольцевую канавку ведомой полумуфты, соответственно, более величины указанного зазора.

2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что внутренний диаметр ведомой полумуфты выполнен равным внутреннему диаметру ведущей полумуфты, а хвостовик имеет постоянный наружный диаметр по всей длине.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к буровой технике, а именно к буровым шнекам. .

Изобретение относится к технике бурения скважин, а именно к замковым соединениям буровых инструментов. .

Изобретение относится к технике бурения скважин, в частности к замковым соединениям полых буровых ставов. .

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к замковым соединениям буровых штанг. .

Изобретение относится к устройствам для соединения бурильных труб при сооружении скважин большого диаметра методом обратной промывки. .

Изобретение относится к горному делу, а именно к замковым соединениям полых буровых ставов. .

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к бурению скважин, и может использоваться в других отраслях промышленности

Изобретение относится к области бурения, а именно к устройству для соединения двух, по существу, стержневидных или трубчатых элементов, например, частей буровой штанги бурильной установки и/или элемента буровой штанги с буровой коронкой или головкой бура

Изобретение относится к рабочим органам буровых станков и служит для проходки скважин в горном массиве

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли, в частности к системе и соответствующему способу добычи углеводородов из нескольких поземных пластов, а также к смешиванию или к одновременному извлечению таких углеводородов. Скважинный инструмент состоит из нескольких трубчатых секций, соединяемых новой безрезьбовой линейной соединительной системой. Внутри цилиндрических стенок соседних стенок обеспечен канал для электрических проводников для соединения электронных компонентов в различных секциях инструмента. Уплотнительные втулки и другие уплотнительные элементы, расположенные в канале для электрических проводников, обеспечивают поддержание атмосферного давления для электрических компонентов внутри инструмента. 3 н. и 29 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к бурильным компоновкам для выполнения скважины в грунте или горной породе. Технический результат заключается в уменьшении длины буровой коронки и увеличении скорости бурения. Бурильная компоновка содержит пилотное долото, бурящее среднюю часть скважины, и буровую коронку, бурящую скважину кольцевым забоем. При бурении буровая коронка установлена вокруг пилотного долота, и вращение и ударные усилия бурения направляются от пилотного долота на буровую коронку с помощью фасонных отверстий и деталей, установленных между долотами и передающих мощность, при этом буровая коронка выполнена с возможностью отведения, перемещаясь вокруг пилотного долота, и с возможностью установки на него. Накладное кольцо, выполненное с возможностью скрепления с буровой коронкой, установлено вокруг буровой коронки для соединения с трубой обсадной колонны, втягивающейся в бурящуюся скважину к буровой коронке с помощью накладного кольца. Буровая коронка содержит, по меньшей мере, две кольцевые канавки на наружной окружности, в данных кольцевых канавках установлены с возможностью вращения и перемещения в нужных пределах в аксиальном направлении бура части, участвующие в фиксации, такие как пружинящие стопорные кольца, и расположенные на внутренней поверхности накладного кольца, при этом накладное кольцо установлено вокруг периферии буровой коронки таким способом, что из частей, участвующих в возвратно-поступательном перемещении, фиксирующих накладное кольцо и буровую коронку, по меньшей мере, две расположены с разных сторон от линии, когда устройство собрано, причем данная линия проходит, по существу, через среднюю точку поверхности, передающей вращение буровой коронки. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к системам и способам для выполнения подземных работ. Технический результат заключается в обеспечении возможности вращения разделенной на секции колонны гибкой насосно-компрессорной трубы в стволе скважины. Система для выполнения подземных работ содержит гибкую насосно-компрессорную трубу с первой и второй секциями, вертлюжное соединение, установленное на стыке первой и второй секций, и стопорное устройство, выполненное с возможностью вращательного сцепления с вертлюжным соединением в ответ на прохождение стопорного устройства через первую и вторую секции при перемещении в стволе скважины. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится к области нефтедобычи, в частности к скважинным инструментам, в которых используют работающие на срез элементы. Технический результат – обеспечение баланса между срезающей нагрузкой, при которой срезается работающий на срез элемент и дополнительными нагрузками, которые могут воздействовать на компоненты. Скважинный инструмент содержит внутренний и наружный компоненты, выполненные с возможностью перемещения относительно друг друга и образования работающего на срез сочленения между ними. Работающий на срез элемент перекрывает собой работающее на срез сочленение. Работающий на срез элемент имеет первую часть, отличающуюся по площади поперечного сечения от второй части. Криволинейная поверхность связана с внутренним или наружным компонентом и упирается в работающий на срез элемент. Криволинейная поверхность перемещает работающий на срез элемент по мере перемещения внутреннего и наружного компонентов относительно друг друга и переводит работающий на срез элемент между состоянием, в котором с работающим на срез сочленением совмещается по расположению первая часть элемента, и состоянием, в котором с работающим на срез сочленением совмещается по расположению вторая часть элемента. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкции замковых соединений секций как полых буровых, так и обсадных колонн, обладающих возможностью реверсирования передачи крутящего момента. Технический результат – исключение силового контакта зацепа скрепки с грунтом. Замковое реверсивное соединение секций полой буровой или обсадной колонны содержит ниппель и муфту, сопряженные друг с другом зубчатой, шлицевой или иной поверхностью, способной передавать крутящий момент, и соединенные по меньшей мере одной скрепкой, воспринимающей осевое усилие. Скрепка выполнена в виде криволинейного гибкого стержня, размещенного в кольцевой полости, образованной канавками, выполненными в одной поперечной плоскости на круглых сопрягаемых поверхностях муфты и ниппеля. В стенке муфты выполнен поперечный паз для введения скрепки, которая имеет зацеп, образованный на ее конце для введения в упомянутую кольцевую полость при наращивании колонны и извлечения при ее демонтаже. Зацеп выполнен в виде отгиба, выполненного в плоскости, перпендикулярной плоскости кривизны скрепки, и размещен между наружной поверхностью муфты и поверхностью ее сопряжения с ниппелем в пазу ее стенки, имеющем форму, соответствующую форме зацепа. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх