Резьбовой соединительный конец для компонента бурильной колонны

Группа изобретений относится к резьбовым элементам для компонента бурильной колонны. Технический результат – возможность выдерживать силы от несимметричной нагрузки, действующие на бурильную трубу, уменьшение напряжения и усталости на резьбовой части и минимизация риска выхода из строя соединительного элемента. Резьбовой соединительный элемент ударного компонента бурильной колонны содержит корпус, имеющий часть с продольной осью, вокруг которой проходит резьба для образования одной половины резьбового соединения. Корпус содержит не имеющий резьбу хвостовик и крайнюю коническую часть, при этом резьба аксиально продолжается между не имеющим резьбу хвостовиком и крайней конической частью. Резьба образована по меньшей мере одним гребнем, проходящим по окружности и аксиально вдоль корпуса, как винтовые витки, имеющие вершины и впадины, разделенные аксиально соответствующими рабочими сторонами, резьба имеет аксиально отнесенные друг от друга первый конец и второй конец резьбы, причем первый конец завершается на конической части, и второй конец завершается на не имеющем резьбы хвостовике. Первый крайний винтовой виток завершается на первом конце, второй крайний винтовой виток завершается на втором конце, причем второй крайний винтовой виток содержит переходную зону, содержащую переходное начало и переходный конец. В переходной зоне: глубина резьбы, соответствующая радиальному расстоянию между впадиной и вершиной, уменьшается между переходным началом и переходным концом и составляет на переходном конце ноль или по существу ноль, второй крайний винтовой виток содержит вершину, ограниченную на каждой аксиальной стороне двумя асимметричными рабочими сторонами, причем крайняя ассиметричная рабочая сторона образована ассиметричной рабочей стороной, аксиально ближайшей к не имеющему резьбы хвостовику, и аксиальная длина крайней рабочей стороны уменьшается быстрее соседней рабочей стороны. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится резьбовому соединительному элементу для компонента бурильной колонны и в частности, хотя не исключительно, к одной половине резьбового соединения, в котором глубина резьбы на первом и/или втором конце уменьшается для упрочнения соединения для сопротивления изгибающим силам и для уменьшения концентраций напряжения.

Предшествующий уровень техники

Бурение, применяемое для создания длинных стволов скважин, обычно производят с помощью множества удлиненных штанг бурильной колонны, соединенных вместе торец к торцу с помощью соединения друг с другом охватываемых и охватывающих резьбовых концов. Понятно, что резьба обоих, охватываемого и охватывающего концов подвергается воздействию концентраций напряжения, которые приводят к усталости материала и уменьшению эксплуатационного ресурса компонента бурильной колонны. В общем, концентрации напряжения имеют наибольшую величину, на одном или обоих аксиальных концах резьбы, в особенности в результате изгибающих моментов, передаваемых на соединение вследствие больших боковых смещений бурильной колонны во время бурения и, потенциально, во время подготовки к подъему на поверхность. Попытки улучшения резьбовых соединений описаны в публикациях WO 2007/133145 и WO 2008/150207.

В патенте EP 1066448 описан резьбовой соединительный элемент для ударного бурения, в котором цилиндрическая наружная резьба имеет по меньшей мере один конец резьбы, в котором глубина резьбы уменьшается для уменьшения вероятности повреждения резьбы. Вместе с тем, существующие резьбовые соединения остаются подверженными концентрациям напряжения и усталости во время эксплуатации, и существует потребность создания резьбового соединительного элемента, дающего увеличенную прочность и долговечность по сравнению с существующими конфигурациями.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение компонента бурильной колонны, имеющего резьбовой соединительный конец для создания части бурильной колонны, где соединительный конец выполнен с возможностью выдерживать силы от несимметричной нагрузки, действующие на бурильную колонну, уменьшать напряжение и усталость на резьбовой части и минимизировать риск выхода из строя соединительного элемента. Дополнительной задачей является обеспечение охватываемой и/или охватывающей части соединения, выполненного для контакта на заплечике или нижней части, в котором резьба специально выполнена с возможностью минимизации концентраций напряжения на аксиальных концах резьбы.

Задачи решают, обеспечивая охватываемый и/или охватывающий соединительный конец компонента бурильной колонны, подходящий для контакта на заплечике или нижней части, в котором по меньшей мере один аксиальный конец резьбы адаптирован с профилем, отличающимся от основного отрезка длины резьбы, расположенного аксиально между концами резьбы. В частности, представленный соединительный элемент содержит глубину резьбы, которая сокращается для уменьшения в круговой траектории резьбы к концу резьбы. Соответственно, концы резьбы лишены каких-либо резких или мгновенных изменений в глубине резьбы. Обнаружено, что такая конфигурация минимизирует концентрации напряжения на концах резьбы, при этом все равно обеспечивая резьбу охватывающего и охватываемого конца, которые можно удобно и надежно соединять и отсоединять. Сопротивление изгибающим силам достигается, благодаря минимизации аксиальной длины крайнего винтового витка резьбы и, особенно, благодаря конфигурированию профиля формы аксиально крайней рабочей стороны, который по меньшей мере частично образует вершину или впадину резьбы в крайнем винтовом витке. То есть, согласно связанному изобретению, аксиальная длина крайней рабочей стороны вершины или впадины крайнего винтового витка уменьшается быстрее любого изменения в аксиальной длине соседней рабочей стороны на альтернативной стороне той же вершины или впадины в переходной зоне аксиального конца резьбы, где глубина резьбы уменьшается.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения обеспечен резьбовой соединительный элемент компонента бурильной колонны для бурения, содержащий: корпус, имеющий часть с продольной осью, вокруг которой проходит резьба, для образования одной половины резьбового соединения; причем резьба образована по меньшей мере одним гребнем, проходящим по окружности и аксиально вдоль корпуса, как винтовые витки, имеющие вершины и впадины, разделенные аксиально соответствующими рабочими сторонами, причем резьба имеет аксиально отнесенные друг от друга первый и второй концы резьбы; при этом глубина резьбы на первом и/или втором конце в радиальном направлении сокращается для уменьшения вдоль круговой траектории резьбы в аксиальном направлении к концу резьбы; отличающийся тем, что: аксиальная длина аксиально крайней рабочей стороны вершины или впадины аксиально крайнего винтового витка уменьшается быстрее соседней рабочей стороны на альтернативной аксиальной стороне вершины или впадины аксиально крайнего винтового витка.

Соответственно, круговая траектория крайней рабочей стороны является наклонной или искривленной в круговой траектории резьбы к вершине или впадине аксиально крайнего винтового витка относительно круговой траектории соседней рабочей стороны, при этом аксиальная длина крайней рабочей стороны меньше аксиальной длины соседней рабочей стороны в концевой переходной зоне резьбы, в которой глубина резьбы уменьшается. Переходная зона на аксиальном конце (концах) резьбы, соответственно, содержит 'начало перехода', соответствующее позиции (в круговой траектории крайнего винтового витка), где глубина резьбы равна глубине на аксиально внутренней зоне резьбы и 'конец перехода' соответствующий позиции, где глубина резьбы равна или приблизительно равна нулю. То есть переходная зона, имеющая уменьшающуюся глубину резьбы, проходит по окружности на участке крайнего винтового витка. Такая конфигурация является предпочтительной для минимизации концентраций напряжения на конце (концах) резьбы и для минимизации аксиального расстояния которое проходит переходная зона. Указанное имеет эффект увеличения аксиального расстояния не имеющей резьбы зоны корпуса аксиально смежной с резьбовой частью. Установлено, что настоящее изобретение является предпочтительным для конфигураций с контактом на заплечике для максимизации расстояния аксиального разделения между концом/началом резьбы и радиальным заплечиком, которое обеспечивает контакт на заплечике. Аксиальное разделение заплечика и резьбы действует для минимизации напряжения и для сопротивления изгибающим моментам.

Ссылочная позиция в описании 'рабочая сторона' заключает в себя зону в аксиальном направлении между соседними вершиной и впадиной, являющуюся составной частью аксиально проходящего винтового гребня. Соответственно, рабочая сторона на каждой аксиальной стороне вершины и впадины может быть одинаковой и содержать одинаковую аксиальную длину, где резьба является неизменной. Дополнительно, поверхность на рабочих сторонах может образовывать части конуса, чтобы быть в общем линейной в плоскости сечения, проходящей аксиально через соединительный элемент.

Если необходимо, глубина резьбы аксиально крайнего винтового витка уменьшается до нуля в диапазоне 0,1 -- 0,8 (приблизительно 30-290 градусов и, в частности, 36-288 градусов) или более предпочтительно 0,2-0,6 (приблизительно 70-220 градусов и, в частности, 72-216 градусов) полного винтового витка.

Если необходимо, участок корпуса, на котором выполнена резьба, является, в общем, цилиндрическим. Согласно дополнительно возможным конфигурациям, участок, на котором выполнена резьба, может быть коническим. Представленная резьба является совместимой с существующими конфигурациями резьбы.

Предпочтительно, аксиальная длина соседней рабочей стороны приблизительно равна аксиальной длине любой из рабочих сторон винтовых витков, расположенных аксиально между крайними винтовыми витками. Такая конфигурация является предпочтительной для поддержания шага резьбы на концах резьбы для предотвращения проблем с соединением и отсоединением резьбового соединения.

Резьба может быть выполнена снаружи на участке корпуса для реализации охватываемого соединительного конца. Альтернативно, резьба может быть выполнена внутри на участке корпуса для реализации охватывающего соединительного конца. Связанное изобретение может быть применено к обоим концам резьбы или к одному концу, только являющемуся аксиально внутренним концом, (расположенным аксиально смежным с заплечиком или основной частью длины компонента бурильной колонны) или наружным концом (расположенным аксиально смежным с одним концом компонента бурильной колонны, являющимся либо охватываемым или охватывающим соединительным концом).

В случае, если связанное изобретение обеспечено на охватываемом соединительном элементе, корпус может содержать не имеющий резьбы хвостовик, на входе в который глубина резьбы уменьшается вдоль круговой траектории резьбы. Если необходимо, корпус может содержать кольцевую боковую поверхность, выступающую радиально от одного аксиального конца не имеющего резьбы хвостовика, причем боковая поверхность выставляется поперечно или, в общем, перпендикулярно продольной оси. Такая конфигурация обеспечивает конфигурацию с контактом на заплечике резьбового соединительного элемента. Предпочтительно, связанное изобретение обеспечено на конце резьбы, аксиально самом близком к кольцевой боковой поверхности для максимизации расстояния аксиального разделения между началом резьбы и кольцевой боковой поверхностью.

Предпочтительно, соответствующие рабочие стороны вершин содержат в общем равную аксиальную длину на аксиальной длине резьбы за исключением аксиально крайних винтовых витков. Аксиально крайняя рабочая сторона вершины или впадины аксиально крайнего винтового витка, соответственно, меньше аксиальной длины соответствующих рабочих сторон резьбы аксиально внутренних вершин (проходящая между крайними винтовыми витками). Соответственно, резьба, по существу, является неизменной по всей своей аксиальной длине, за исключением концевой переходной зоны (зон). Соответственно, связанное изобретение является совместимым с существующими охватываемыми или охватывающими концами обычных компонентов бурильной колонны и содержит профиль и конфигурацию резьбы, согласующуюся с существующими стандартами для обеих, частей с винтовой и конической резьбой, образующих часть компонента бурильной колонны.

Поскольку аксиальная длина крайней рабочей стороны уменьшается быстрее, чем у соседней рабочей стороны, круговую траекторию крайней рабочей стороны можно считать выставленной поперек круговой траектории соседней рабочей стороны с эффектом в том, что аксиально крайняя часть резьбы представляется загнутой аксиально внутрь к аксиально внутренней зоне резьбы. Такая конфигурация предотвращает выдвижение аксиально наружу концевой переходной зоны (зон) резьбы от основного тела резьбы для обеспечения аксиально компактной резьбовой части.

Диаметр резьбы на радиальной позиции вершин может быть равен или больше диаметра корпуса аксиально на одной стороне резьбы. Альтернативно, диаметр резьбы на радиальной позиции вершин равен или меньше диаметра корпуса аксиально на одной стороне резьбы. Соответственно, резьбу можно считать выполненной выступающей над основным корпусом или в виде выемок в корпусе.

В данном описании ссылка на Dy соответствует диаметральному расстоянию между радиальными позициями на вершинах (винтового гребня) на диаметрально противоположных сторонах резьбовой части для реализации максимального диаметра резьбовой части. В случае, если резьбовая часть является, в общем, конической, Dy соответствует диаметральному расстоянию аксиально крайней вершины, имеющей наибольший радиус/диаметр. В данном описании ссылка на Ds соответствует минимальному (наименьшему) диаметру не имеющего резьбы хвостовика, и Dm соответствует диаметру секции основного отрезка длины. Дополнительно, в данном описании, ссылка на Di соответствует диаметральному расстоянию между радиальными позициями на впадинах (винтового гребня) на диаметрально противоположных сторонах резьбовой части для представления минимального диаметра резьбовой части. В случае, если резьбовая часть является, в общем, конической, Di соответствует диаметральному расстоянию для аксиально крайней впадины профиля, имеющей самый большой радиус/диаметр.

В данном описании ссылка на Ls соответствует аксиальной длине не имеющего резьбы хвостовика, определенной между аксиально внутренним концом резьбовой части и боковой поверхностью заплечика или секции основного отрезка длины, и Lt соответствует аксиальной длине резьбовой части между концами выхода резьбы.

Предпочтительно, Ls меньше аксиальной длины Lt резьбовой части. Если необходимо, диаметр (Ds) не имеющего резьбы хвостовика приблизительно равен или меньше диаметра (Dm) секции основного отрезка длины. Если необходимо, Ds может быть приблизительно равен Dy.

Предпочтительно, Ds меньше Dy. Предпочтительно, Ds меньше диаметрального расстояния (Di) между радиальными позициями впадин (между винтовыми гребнями) на диаметрально противоположных сторонах резьбовой части. Более предпочтительно, Ds может иметь величину в диапазоне (Di минус Td) - (Di минус 4Td), где Td глубина резьбы перпендикулярно продольной оси между радиальными позициями вершины и впадины. Более предпочтительно, Ds имеет величину в диапазоне (Di минус Td) - (Di минус 3Td). Наиболее предпочтительно, Ds равно Di минус 2Td. Втулка, содержащую конфигурацию Ds, подробно описанную в данном документе, является предпочтительной для обеспечения оптимизации переходной зоны смежной с кольцевой боковой поверхностью заплечика или конца секции основного отрезка длины. В частности, Ds меньше Di обеспечивает аксиально более длинную переходную зону и большие радиусы кривизны на переходе между не имеющим резьбы хвостовиком и кольцевой боковой поверхностью (заплечика или секции основного отрезка длины). Соответственно, представленная конфигурация Ds минимизирует концентрации напряжения на основании втулки, (на ее стыке с секцией основного отрезка длины или заплечиком). Представленная конфигурация Ds в комбинации с Ls является, соответственно, предпочтительной для обеспечения ударного компонента, который является стойким к напряжениям изгиба и также выполнен с возможностью выдерживать механические напряжения, являющиеся результатом передачи ударной волны через втулку, когда компоненты бурильной колонны являются совершенно соосными, а также когда отклонены (немного не соосны относительно друг друга) при применении.

Предпочтительно, кривизна переходной зоны аксиально самой близкой к боковой поверхности содержит по меньшей мере три или четыре радиуса кривизны. Кривизна переходной зоны может содержать от трех до шести или от трех до четырех радиусов кривизны. Предпочтительно, радиусы на переходной зоне увеличиваются в аксиальном направлении от боковой поверхности (заплечика или основного отрезка длины) к минимальному диаметру (Ds) не имеющего резьбы хвостовика. Предпочтительно, переходная зона содержит три или четыре отличающихся радиуса кривизны. Первый радиус R1 кривизны может составлять приблизительно половину второго радиуса R1 кривизны ≈ R2/2; R2 может составлять приблизительно половину третьего радиуса R2 кривизны ≈ R3/2; R3 может составлять приблизительно треть четвертого радиуса R3 кривизны ≈ R4/3, соответственно, на переходной зоне, где R1 расположен ближе всего к боковой поверхности, и R4 расположен на минимальном диаметре Ds не имеющего резьбы хвостовика и образует его.

Связанное изобретение сконфигурировано, конкретно, как резьбовая втулка для компонента ударного бура. Удлиненный компонент и, в частности, охватываемая втулка, благодаря конфигурации резьбы и не имеющего резьбы хвостовика (подробно описаны в данном документе) выполнена с возможностью выдерживать силы изгиба и концентрации напряжения, являющиеся результатом передачи ударов, с минимизацией любого уменьшения абсолютной величины ударной волны во время передачи. Профиль резьбы втулки приспособлен для ударного бурения и, предпочтительно, резьба содержит неизменный диаметр вдоль аксиальный длины Lt резьбовой части. То есть, резьбовая часть выполнена, предпочтительно, как в общем цилиндрическая часть. При этом профиль резьбы считается достаточно прочным, чтобы выдерживать передачу ударной волны и, таким образом, силы от высокой нагрузки. В частности, связанное изобретение содержит резьбу, имеющую шаг с величиной в диапазоне от 5 до 50 мм для бурильных компонентов с увеличением соответствующих наружных диаметров. Дополнительно, шаговый угол резьбы связанного изобретения может иметь величину в диапазоне 5-10° для компонента с соответствующим шагом и наружным диаметром, где шаговый угол является углом θ между путем винтовой резьбы и касательной перпендикулярной продольной оси удлиненного компонента. Дополнительно, диаметр Dy резьбовой части (расстояние от вершины до вершины резьбы) согласно аспектам настоящего изобретения может иметь величину в диапазоне 15-120 мм для соответствующих величин шага и шаговых углов. Соответственно, связанное изобретение может содержать конфигурацию резьбы, в которой отношение шаг/диаметр резьбы имеет величину в диапазоне 0,3-0,6; 0,35-0,55 и, если необходимо, 0,4-0,46.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения обеспечен компонент бурильной колонны, содержащий резьбовой соединительный элемент, заявленный в данном документе, при этом компонент содержит любое одно из следующего: бурильную штангу; бурильную трубу; хвостовой переходник; буровое долото.

Краткое описание чертежей

Конкретная реализация настоящего изобретения описана ниже только в качестве примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.

На фиг. 1 показан внешний вид в изометрии части бурильной колонны, содержащей хвостовой переходник, соединенный аксиально одним концом с бурильной штангой посредством соединительного узла с охватываемым и охватывающим элементами.

На фиг. 2 показан вид в изометрии хвостового переходника фиг. 1 согласно конкретной реализации настоящего изобретения.

На фиг. 3 показан вид в изометрии охватываемого конца хвостового переходника фиг. 2.

На фиг. 4 показан вид в изометрии охватывающего соединительного конца бурильной штанги фиг. 1.

На фиг. 5 показано продольное сечение охватываемого резьбового конца фиг. 3.

На фиг. 6 показан вид в изометрии с сечением охватываемого резьбового конца фиг. 3.

На фиг. 7 показан дополнительный внешний вид в изометрии резьбового охватываемого конца фиг. 3.

На фиг. 8 показан с увеличением внешний вид в изометрии аксиально самого внутреннего конца охватываемой резьбовой части фиг. 7.

На фиг. 9 показан внешний вид в изометрии охватываемой втулки соединительного конца хвостового переходника фиг. 8 согласно дополнительной конкретной реализации настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

Связанное изобретение описано ниже в виде примера со ссылкой на хвостовой переходник, являющийся компонентом бурильной колонны для создания части бурильной колонны. Понятно, что связанное изобретение применимо для любого удлиненного компонента бурильной колонны, приспособленного для конфигураций соединительного узла как с контактом на заплечике, так и на нижней части, в котором охватываемый и охватывающий резьбовые компоненты стыкуются вместе аксиально. Соответственно, связанное изобретение можно применять для бурильной штанги, бурильной трубы, хвостовика, хвостового переходника, бурового долота, вала или переходника, закрепляемого на ведущем конце бурильной колонны или на конце бурильной колонны, соединяемом с долотом.

Как показано на фиг. 1, бурильная колонна содержит удлиненный хвостовой переходник 100, соединенный аксиально с самой дальней бурильной штангой 101 посредством резьбового соединения 104, образованного охватываемым резьбовым концом хвостового переходника 100 и охватывающим резьбовым концом бурильной штанги 101. Оба компонента 100, 101 бурильной колонны соединены посредством 'контакта на заплечике', при котором кольцевая боковая поверхность 102 охватываемого соединительного элемента переходника 100 контактно взаимодействует, с соответствующей кольцевой боковой поверхностью 103 охватывающей муфты бурильной штанги 101.

Как показано на фиг. 2, хвостовой переходник 100 содержит секцию 202 основного отрезка длины, имеющую первый конец 200 и второй конец 201, и сконфигурирован для закрепления на ведущем конце бурильной колонны смежно с ударным механизмом посредством второго конца 201. Промывочное отверстие 206 выполнено в секции 202 основного отрезка длины для обеспечения ввода промывочной текучей среды в центральный канал 205, проходящий аксиально через аксиально переднюю часть отрезка длины переходника 100 между промывочным отверстием 206 и первым концом 200. Секция 202 основного отрезка длины заканчивается к первому концу 200 кольцевым заплечиком 207, который выступает радиально из охватываемой втулки 208, имеющей наружный диаметр меньше соответствующего наружного диаметра заплечика 207, и секции 202 основного отрезка длины. Соответственно, кольцевая боковая поверхность 102 обеспечена на аксиальном стыке между втулкой 208 и заплечиком 207 для обеспечения контактной поверхности заплечика для упора в кольцевую боковую поверхность 103 резьбового охватывающего соединительного элемента. Втулка 208, разделена аксиально на резьбовую часть 204, проходящую аксиально к первому концу 200, и не имеющий резьбы хвостовик 203, расположенный аксиально между резьбовой частью 204 и заплечиком 207.

Как показано на фиг. 3, резьбовая часть 204 проходит аксиально между не имеющим резьбы хвостовиком 203 и самой дальней конической частью 303, расположенной на первом конце 200 переходника. Резьбовая часть 204 содержит первый конец 301 резьбы, который завершается на конической части 303, и второй конец 300 резьбы, который завершается на не имеющем резьбы хвостовике 203. Резьбовая часть 204 образована однозаходной винтовой резьбой, в которой один гребень 302 следует по винтовой траектории, проходящей по окружности вокруг втулки 208 между конической частью 303 и не имеющим резьбы хвостовиком 203. Как показано на фиг. 4, резьбовая охватываемая втулка 208 выполнена с приема в охватывающую муфту 404, содержащую соответствующую резьбовую часть 400, обеспеченную на обращенной внутрь поверхности 405 муфты 404. Резьбовая часть 400 проходит аксиально между первым аксиальным концом 401 и вторым аксиальным концом 402 пустотелого цилиндра и содержит первый конец 403 резьбы и второй конец резьбы (не показано) расположенный аксиально к второму концу 402 муфты. Настоящее изобретение описано со ссылкой на охватываемую втулку 208, но понятно, что применимо также к резьбе 400, выполненной внутри муфты 404.

Как показано на фиг. 3-6, резьбовой гребень 302 втулки 208 можно считать содержащим множество винтовых витков, где каждый виток проходит 360° снаружи по втулке 208 вокруг центральной оси 304 переходника 100. Соответственно, каждый виток можно считать содержащим аксиальное и относящееся к окружности начало 601 и соответствующий аксиальный и относящийся к окружности конец 602, как проиллюстрировано на фиг 6. Каждый из винтовых витков содержит вершину 500 и соответствующую впадину 501, вершины и впадины 500, 501 отделены соответствующими рабочими сторонами 502a, 502b. Каждая рабочая сторона 502a, 502b проходит аксиально между вершиной 500 и смежной впадиной 501, будучи выставленной, в общем, поперечно оси 304. Соответственно, каждая рабочая сторона 502a, 502b образована, как проходящие наклонно вверх и вниз криволинейные поверхности 600a, 600b, которые обеспечивают плавный переход между каждой из вершин 500 и аксиально соседних впадин 501.

Как показано на фиг. 5, резьбовая часть 204 содержит множество аксиально внутренних винтовых витков 505, первый аксиально крайний виток 503 (который завершается на конической части 303) и второй крайний виток 504 (который завершается на не имеющем резьбы хвостовике 203). Согласно конкретной реализации, форма, размеры и/или конфигурации крайних винтовых витков 503, 504 отличаются от аксиально внутренних винтовых витков 505 и выполнены специально с возможностью уменьшить концентрации напряжения на резьбовой части 204, являющиеся результатом изгибающих сил. В частности глубина 506 резьбы, соответствующая радиальному расстоянию между впадиной 501 и вершиной 500, уменьшается на каждом крайнем винтовом витке 503, 504 относительно глубины 506 на самых внутренних винтовых витках 505.

Как показано на фиг. 7, аксиально внутренний крайний винтовой виток 504 содержит переходную зону, указанную, в общем, позицией 700, в которой глубина 506 резьбы гребня 302 уменьшается от уровня аксиально внутренних винтовых витков 505 до нуля. Переходная зона 700, согласно конкретной реализации, проходит по окружности расстояние в диапазоне 0,2-0,3 (90 градусов) полного винтового витка образованного между началом 601 и концом 602 витка. Переходная зона 700 образована по окружности by переходным началом 802 и переходным концом 803. Зона 700 образована аксиально заключающей в себе аксиально крайнюю рабочую сторону 502c, расположенную аксиально самой близкой к не имеющему резьбы хвостовику 203 и аксиально самой внутренней рабочей стороной 502d, расположенной аксиально ближайшей к аксиально внутренним винтовым виткам 505. Соответственно, переходная зона 700 проходит аксиально между аксиально соседними впадинами 501.

Как показано на фиг. 8, глубина 506 резьбы уменьшается от начала 802 перехода до конца 803 перехода, а шаг резьбы (определен между аксиально соседними вершинами 500) поддерживается постоянным по всей аксиальной длине резьбовой части 204. Глубина резьбы на начале 802 перехода приблизительно равна глубине 506 резьбы на аксиально внутренних винтовых витках 505, и глубина 506 резьбы на конце 803 перехода равна нулю (или, по существу, нулю). Аксиально крайний винтовой виток 504 в переходной зоне 700 содержит вершину 500, ограниченную на каждой аксиальной стороне двумя асимметричными рабочими сторонами 502c, 502d. В частности, внутренняя рабочая сторона 502d имеет аксиальную длину 801, которая, в общем, больше соответствующей аксиальной длины 800 крайней рабочей стороны 502c, с данной относительной разностью продолжающейся по всей длине окружности переходной зоны 700 между началом 802 и концом 803. В частности, круговая траектория крайней рабочей стороны 502c наклонена или искривлена по круговой траектории резьбы к вершине 500 так, что аксиальная длина 800 крайней рабочей стороны 502c уменьшается быстрее, чем у внутренней рабочей стороны 502d, когда глубина резьбы уменьшается от начала 802 перехода до конца 803 перехода. Соответственно, создана зона 804 на самой внутренней аксиальной стороне внутренней рабочей стороны 502c, которая имеет наружный диаметр, приблизительно равный наружному диаметру не имеющего резьбы хвостовика 203. При этом можно считать, что не имеющий резьбы хвостовик 203 продолжен аксиально в резьбовую часть 204, поскольку резьба на конце 300, усечена посредством изменения в форме профиля и ориентации крайней рабочей стороны 502c. Согласно конкретной реализации, аксиальная длина рабочей стороны 502c на точке половины дуги переходной зоны 700 (средняя точка между началом 802 и концом 803) составляет приблизительно 0,4-0,7 соответствующей аксиальной длины внутренней рабочей стороны 502d. Соответственно, круговая траектория аксиально крайней рабочей стороны 502c крайнего винтового витка 504 выставлена непараллельно или поперек i) круговой траектории внутренней рабочей стороны 502d в переходной зоне 700 и ii) соответствующих рабочих сторон 502a, 502b аксиально внутренних винтовых витков 505.

Дополнительно, конкретная реализация охватываемой втулки 208 подробно описана со ссылкой на фиг 9. Вариант фиг. 9 отличается от варианта осуществления, описанного выше со ссылкой на фиг. 1-8 тем, что не имеющий резьбы хвостовик 203 содержит непрерывно искривленный профиль формы в аксиальном направлении между боковой поверхностью 102 и концом 300 резьбы. Вместе с тем, конфигурация резьбовой части 204, описанная ниже, согласно варианту осуществления фиг. 9, также применима для варианта осуществления, показанного на фиг. 1-8.

Как показано на фиг. 9, и для оптимизации прочности втулки 208 для сопротивления изгибающим силам, с которыми сталкивается бурильная колонна во время ударного бурения, отношение Ls/Dy имеет величину в диапазоне 0,4-1,0 и согласно конкретной реализации составляет 0,5-0,7, где Ls соответствует аксиальной длине не имеющего резьбы хвостовика 203, определенной между аксиально внутренним концом резьбовой части 300 и боковой поверхностью 102; и Dy соответствует диаметральному расстоянию между радиальными позициями вершин 500 на диаметрально противоположных сторонах резьбовой части 204. Дополнительно и, как подробно описано в данном документе, Lt соответствует аксиальной длине резьбовой части 204, и Di соответствует диаметральному расстоянию между радиальными позициями впадин 501 (между каждым винтовым гребнем) на диаметрально противоположных сторонах резьбовой части 204. Кроме того, Td соответствует глубине резьбы между вершинами 500 и впадинами 501 в плоскости перпендикулярной продольной оси 309.

Упрочнение втулки 208 может быть выражено, как отношение Ls/L имеющее величину в диапазоне 0,25-0,5 и, в частности, 0,28-0,32. Дополнительно, увеличение аксиальной длины Ls не имеющего резьбы хвостовика 103 так, что Lt больше Ls, является предпочтительным для отделения аксиально резьбовой части 204 от кольцевой боковой поверхности 102, что обнаружено посредством моделирования, для минимизации напряжения на винтовых витках и, в частности, на вершинах 500, впадинах 501 и рабочих сторонах 502a, 502b для резьбовых соединений с контактом на заплечике. Соответственно, риск отказа соединительного узла минимизирован и эксплуатационный ресурс компонентов бурильной колонны увеличен.

Резьбовая часть 204 выполнена, как в общем цилиндрическая концевая часть на втулке 208, так что диаметр Dy резьбы между вершинами 500 является в общем неизменным вдоль аксиальной длины резьбовой части 204. Дополнительно, диаметр Di является также, по существу, неизменным вдоль всей аксиальной длины резьбовой части 204 между концами 300, 301 резьбы. Связанное изобретение специально приспособлено для ударных (или ударниковых) компонентов, образующих часть бурильного устройства, и, в частности, бурильной колонны, благодаря конфигурации резьбы на втулке 208. В частности, шаг резьбы может иметь величину в диапазоне 5-50 мм в зависимости от размера (т.e. радиуса) удлиненного компонента. Для оптимизации резьбы для ударного бурения шаговый угол θ может иметь величину в диапазоне 5-10° для соответствующих размеров компонента. Такая конфигурация должна отличаться от резьбовых концов компонента для вращения или зондирования, которые могут обычно содержать резьбу типа API со значительно меньшим шаговым углом порядка 1°. В некоторых реализациях средний диаметр резьбы (расстояние от вершины до вершины) может иметь величину в диапазоне 15-120 мм в зависимости от размера (т.e. радиуса) удлиненного компонента.

Соответственно, резьба на охватываемой втулке предпочтительно содержит отношение шага (аксиальное расстояние от вершины до вершины)/средний диаметр резьбы, составляющее 0,35-0,55, где средний диаметр резьбы является средним диаметров охватываемого и охватывающего резьбовых концов.

Представленная охватываемая втулка также выполнена с возможностью минимизации концентраций напряжения на переходных зонах 900, 901, 902, 904, где такие переходные зоны расположены аксиально между резьбовой частью 204 и заплечиком 207 и, в частности, представляют аксиальный участок не имеющего резьбы хвостовика 203, который переходит от боковой поверхности 102 на заплечике 207. Согласно конкретной реализации, не имеющий резьбы хвостовик 203 содержит переходные зоны 900-904 на стыке с боковой поверхностью 102, которые увеличиваются в диаметре от минимального диаметра Ds (не имеющего резьбы хвостовика 203) согласно профилю криволинейной формы. Дополнительно, концентрации напряжения в зонах вокруг не имеющего резьбы хвостовика 203 и резьбовой части 204 дополнительно минимизированы, благодаря относительным размерам Ds, Di и Td. В частности, концентрации напряжения на переходной зоне 900-904 минимизированы, насколько возможно, где Ds меньше Dy и Ds меньше Di. В частности, максимальный диаметр Ds может быть равен Di - Td, и минимальный диаметр Ds может быть равен Di - 4Td. Предпочтительно, Ds приблизительно равен Di - 2Td.

Относительные размеры Ds и Ls, как описано в данном документе, максимизируют аксиальные и радиальные расстояния, на которые переходная зона 900-904 может продолжаться. В частности, и согласно конфигурации фиг. 9, не имеющий резьбы хвостовик 203 содержит переходную зону, имеющую первый радиус R1 кривизны на части 900, который меньше второго аксиально смежного радиуса R2 кривизны на части 901, который, в свою очередь, меньше аксиально смежного третьего радиуса R3 кривизны на части 902, который, в свою очередь, меньше аксиально смежного четвертого радиуса кривизны R4 на части 904. В частности, радиус R1 на части 900 приблизительно равен половине радиуса R2 на части 901; радиус R2 на части 901 приблизительно равен половине радиуса R3 на части 902, и радиус R3 на части 902 приблизительно равен одной третьей радиуса R4 на части 904. Как проиллюстрировано на фиг. 9, часть 900 расположена аксиально ближе всего к боковой поверхности 102, часть 901 расположена второй от боковой поверхности 102, часть 902 расположена третьей от боковой поверхности 102, и часть 904 расположена самой дальней от боковой поверхности 102. Минимизированный Ds и максимизированный Ls, соответственно, обеспечивают плавный переход между не имеющим резьбы хвостовиком 203 и заплечиком 207. При этом втулка 208 упрочнена для сопротивления напряжению от изгиба и механическим напряжениям, возникающим в результате передачи действия ударной волны.

1. Резьбовой соединительный элемент ударного компонента (100, 101) бурильной колонны для бурения, содержащий:

корпус, имеющий часть с продольной осью (304), вокруг которой проходит резьба (204) для образования одной половины резьбового соединения;

причем корпус содержит не имеющий резьбу хвостовик (203) и крайнюю коническую часть (303),

резьба (204) аксиально продолжается между не имеющим резьбу хвостовиком (203) и крайней конической частью (303);

причем резьба (204) образована по меньшей мере одним гребнем (302), проходящим по окружности и аксиально вдоль корпуса, как винтовые витки (505), имеющие вершины (500) и впадины (501), разделенные аксиально соответствующими рабочими сторонами (502), резьба (204) имеет аксиально отнесенные друг от друга первый конец (301) и второй конец (300) резьбы, причем первый конец (301) завершается на конической части (303), и второй конец (300) завершается на не имеющем резьбы хвостовике (203);

первый крайний винтовой виток (503) завершается на первом конце (301);

второй крайний винтовой виток (504) завершается на втором конце (300);

причем второй крайний винтовой виток (504) содержит переходную зону (700), содержащую переходное начало (802) и переходный конец (803),

при этом в переходной зоне:

глубина (506) резьбы, соответствующая радиальному расстоянию между впадиной (501) и вершиной (500), уменьшается между переходным началом (802) и переходным концом (803) и составляет на переходном конце ноль или по существу ноль,

второй крайний винтовой виток (504) содержит вершину (500), ограниченную на каждой аксиальной стороне двумя асимметричными рабочими сторонами (502c, 502d), причем крайняя ассиметричная рабочая сторона (502c) образована ассиметричной рабочей стороной, аксиально ближайшей к не имеющему резьбы хвостовику (203), и

аксиальная длина крайней рабочей стороны (502c) уменьшается быстрее соседней рабочей стороны (502d).

2. Соединительный элемент по п. 1, в котором участок корпуса, на котором выполнена резьба (204), является, по существу, цилиндрическим.

3. Соединительный элемент по п. 1, в котором аксиальная длина соседней рабочей стороны (502d) приблизительно равна аксиальной длине любой из рабочих сторон (502a, 502b) винтовых витков (505), расположенных аксиально между первым и вторым крайними винтовыми витками (503, 504).

4. Соединительный элемент по п. 1, в котором резьба (204) выполнена снаружи на участке корпуса для реализации охватываемого соединительного конца.

5. Соединительный элемент по любому из пп. 1-3, в котором резьба (204) выполнена внутри на участке корпуса для реализации охватывающего соединительного конца.

6. Соединительный элемент по п. 1, в котором корпус содержит не имеющий резьбы хвостовик (203), на входе в который глубина резьбы (204) уменьшается вдоль круговой траектории резьбы (204).

7. Соединительный элемент по п. 6, в котором корпус содержит кольцевую боковую поверхность (102), выступающую радиально от одного аксиального конца, не имеющего резьбы хвостовика (203), причем боковая поверхность (102) выставлена поперечно или по существу перпендикулярно продольной оси (304).

8. Соединительный элемент по п. 1, в котором соответствующие рабочие стороны (502) вершин (500) содержат в общем равную аксиальную длину на аксиальной длине резьбы (204), за исключением первого и второго крайних винтовых витков (503, 504).

9. Соединительный элемент по п. 1, в котором глубина резьбы (204) аксиально крайнего винтового витка (504) уменьшается до нуля в диапазоне 0,1-0,8 полного винтового витка.

10. Соединительный элемент по п. 9, в котором диапазон составляет 0,2-0,6.

11. Соединительный элемент по п. 1, в котором круговая траектория крайней рабочей стороны (502c) выставлена поперечно круговой траектории соседней рабочей стороны (502d).

12. Соединительный элемент по п. 1, в котором круговая траектория крайней рабочей стороны (502c) является наклонной или искривленной в круговой траектории резьбы (204) к вершине (500) или впадине (501) аксиально крайнего винтового витка (504) относительно круговой траектории соседней рабочей стороны (502d), так что аксиальная длина крайней рабочей стороны (502c) меньше аксиальной длины соседней рабочей стороны (502d) в концевой переходной зоне (700) резьбы (204), в которой глубина резьбы (204) уменьшается.

13. Соединительный элемент по п. 1, в котором диаметр резьбы (204) на радиальной позиции вершин (500) равен или больше диаметра корпуса аксиально к одной стороне резьбы.

14. Соединительный элемент по п. 1, в котором диаметр резьбы (204) на радиальной позиции вершин (500) равен или меньше диаметр корпуса аксиально к одной стороне резьбы (204).

15. Ударный компонент бурильной колонны (100, 101), содержащий резьбовой соединительный элемент по любому предыдущему пункту, в котором компонент (100, 101) содержит любое одно из следующего:

бурильную штангу;

бурильную трубу;

хвостовой переходник;

буровое долото.