RU2783935C1 - Balanced threaded drill string connection - Google Patents
Balanced threaded drill string connection Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783935C1 RU2783935C1 RU2022114989A RU2022114989A RU2783935C1 RU 2783935 C1 RU2783935 C1 RU 2783935C1 RU 2022114989 A RU2022114989 A RU 2022114989A RU 2022114989 A RU2022114989 A RU 2022114989A RU 2783935 C1 RU2783935 C1 RU 2783935C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lock
- outer diameter
- thread
- nipple
- diameter
- Prior art date
Links
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 claims abstract description 39
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 17
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 17
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 17
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 9
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 8
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Предложенное изобретение относится к области горного дела, а именно к резьбовым соединениям (замкам) бурильных труб с наружным диаметром 123,8-127 мм, предназначенным в основном для бурения, в том числе горизонтальных и сильно искривленных скважин.The proposed invention relates to the field of mining, namely to threaded joints (locks) of drill pipes with an outer diameter of 123.8-127 mm, intended mainly for drilling, including horizontal and highly deviated wells.
В случаях, когда это не имеет значения, в настоящем описании замком будет называться как ниппель, так и муфта. Ремонтопригодность будет оцениваться длиной металла замка, отрезаемого при перенарезке изношенного соединения: чем эта длина меньше, тем больше раз можно перенарезать резьбу, тем выше ремонтопригодность соединения. Максимально допустимым моментом кручения (крутящим моментом) резьбового соединения (далее - PC) замка в настоящем описании называется момент кручения, при котором в материале замка достигается предел текучести.In cases where this does not matter, in the present description, the lock will be referred to as both the nipple and the box. Maintainability will be evaluated by the length of the lock metal cut off when re-cutting a worn joint: the smaller this length, the more times the thread can be re-cut, the higher the maintainability of the joint. The maximum allowable torsional moment (torque) of a threaded connection (hereinafter - PC) of the lock in the present description is the torsional moment at which the yield strength is reached in the material of the lock.
От бурильных труб требуется, чтобы они были способны передавать высокий крутящий момент на долото, выдерживать осевую растягивающую и сжимающую нагрузку и надежно работать в условиях знакопеременного изгиба в горизонтальных и сильно искривленных скважинах. Последнее требование означает, что приварные замковые соединения (далее - замки), с помощью которых происходит наращивание бурильной колонны, должны обладать не только прочностью, соизмеримой с прочностью тела бурильных труб, но и высоким сопротивлением усталости, или высокой усталостной прочностью. Кроме того, замковые соединения должны быть стойкими к изгибающим нагрузкам, что учитывается коэффициентом прочности на изгиб Wм/Wн, где Wм - момент сопротивления опасного сечения замковой муфты, а Wн - момент сопротивления опасного сечения замкового ниппеля. В зарубежной технической литературе этот коэффициент обозначается как BSR - Bending Strength Ratio. В стойком замковом соединении он должен лежать в пределах от 2,05 до 2,7.Drill pipes are required to be able to transmit high torque to the bit, withstand axial tensile and compressive loads, and perform reliably in alternating bending conditions in horizontal and highly deviated wells. The latter requirement means that welded tool joints (hereinafter referred to as locks), with which the drill string is built up, must have not only strength commensurate with the strength of the body of the drill pipes, but also high fatigue resistance, or high fatigue strength. In addition, the lock connections must be resistant to bending loads, which is taken into account by the bending strength factor W m / W n , where W m is the moment of resistance of the dangerous section of the lock coupling, and W n is the moment of resistance of the dangerous section of the lock nipple. In foreign technical literature, this ratio is referred to as BSR - Bending Strength Ratio. In a stable lock connection, it should lie in the range from 2.05 to 2.7.
Например, стандарт API RP 7G требует, чтобы прочность на кручение замка, оцениваемая максимально допустимым моментом кручения, составляла не меньше чем 80% от прочности на кручение тела трубы. При этом желательно, чтобы замковое соединение имело бы минимально возможный наружный диаметр и максимально возможный внутренний диаметр для минимизации гидравлических потерь при прокачке бурового раствора и проводки геофизических приборов.For example, the API RP 7G standard requires that the torsional strength of the lock, measured by the maximum allowable torsional moment, be no less than 80% of the torsional strength of the pipe body. At the same time, it is desirable that the tool joint has the minimum possible outer diameter and the maximum possible inner diameter in order to minimize hydraulic losses during pumping of the drilling fluid and wiring of geophysical instruments.
Замковые соединения должны быть стойкими к заеданиям и износу, быстро собираться и разбираться, легко ремонтироваться.Lock joints must be resistant to seizing and wear, quickly assembled and disassembled, and easy to repair.
Чтобы получить минимальные габариты замковых соединений при сохранении их прочности, разработчики замков стали применять конструкции с небольшой конусностью PC, не характерной для стандартных замков, имеющих конусность 1:4 или 1:6.In order to obtain the minimum dimensions of interlocks while maintaining their strength, lock designers began to use designs with a small taper PC, which is not typical for standard locks with a taper of 1:4 or 1:6.
Известна конструкция двухупорного замкового PC с трапецеидальной резьбой, шаг которой - 8,467 мм, конусность - 1:9,6, угол профиля - 90 градусов [RU 128912]. Угол уклона конической наружной поверхности упорного пояска ниппеля соответствует углу уклона поверхности резьбы. Известное PC с конусностью 1:9,6 оптимально сбалансировано по прочности на изгиб, кручение и на сжатие. Но оно имеет ограниченное применение, поскольку предназначено для замков наружным диаметром 105,5 и 108,0 мм и внутренним диаметром 51 мм, применяемых в скважинах диаметром 120,6 и 151,0 мм, т.е. в скважинах малого диаметра.A well-known design of a double-shouldered locking PC with a trapezoidal thread, the pitch of which is 8.467 mm, the taper is 1:9.6, the profile angle is 90 degrees [RU 128912]. The slope angle of the conical outer surface of the thrust collar of the nipple corresponds to the slope angle of the thread surface. The well-known PC with a taper of 1:9.6 is optimally balanced in terms of bending, torsional and compressive strength. But it has limited application, since it is intended for locks with an outer diameter of 105.5 and 108.0 mm and an inner diameter of 51 mm, used in wells with a diameter of 120.6 and 151.0 mm, i.e. in small boreholes.
Для соединения элементов бурильной колонны при бурении скважин большего диаметра необходимо более мощное PC.To connect the elements of the drill string when drilling larger diameter wells, a more powerful PC is needed.
Известны двухупорные замковые соединения типа XT (Extreme Torque) фирмы Grant Prideco, профиль резьбы которых имеет следующие геометрические параметры: конусность - 0,75 дюйма/фут (соответствует конусности 1:16 мм/мм), шаг резьбы составляет 3,5 витка на дюйм (7,257 мм) и высота профиля резьбы - 0,14 дюйма (3,556 мм), угол при вершине резьбы - 60 градусов. Данные параметры приведены в эскизах Grant Prideco [https://vdocuments.mx/drill-pipe-charts.html], предназначенных для проведения ремонта замковых соединений бурильных труб в полевых условиях.Grant Prideco XT (Extreme Torque) double-shoulder interlocks are known, the thread profile of which has the following geometric parameters: taper - 0.75 inch / ft (corresponds to a taper of 1:16 mm / mm), thread pitch is 3.5 threads per inch (7.257 mm) and the height of the thread profile - 0.14 inches (3.556 mm), the angle at the top of the thread - 60 degrees. These parameters are given in the sketches of Grant Prideco [https://vdocuments.mx/drill-pipe-charts.html], intended for repairing tool joints of drill pipes in the field.
В частности, известно соединение ХТ39 с наружным диаметром замка 123,83 мм и внутренним диаметром замка от 61,91 до 68,3 мм, имеющее высокий максимально допустимый момент кручения от 47850 до 52200 Н⋅м.In particular, an XT39 joint with an outer lock diameter of 123.83 mm and an inner lock diameter of 61.91 to 68.3 mm is known, having a high maximum allowable torque of 47,850 to 52,200 N⋅m.
Слабым элементом данного соединения является муфта, отчего оно имеет низкое значение коэффициента прочности на изгиб (BSR от 1,5 до 1,67). Так как прочность замка главным образом зависит от величины наружного диаметра муфты, то при уменьшении наружного диаметра замка от трения о стенки скважины в процессе бурения неизбежно будет происходить потеря прочностных свойств замкового соединения. Из-за низкого коэффициента прочности на изгиб известное соединение не сбалансировано и склонно к накоплению усталостных повреждений муфтового конца.The weak element of this connection is the coupling, which is why it has a low bending strength factor (BSR from 1.5 to 1.67). Since the strength of the lock mainly depends on the outer diameter of the coupling, when the outer diameter of the lock decreases due to friction against the borehole walls during drilling, the strength properties of the lock joint will inevitably be lost. Due to the low coefficient of bending strength of the known connection is not balanced and is prone to the accumulation of fatigue damage to the coupling end.
Малая конусность 1/16 нехарактерна для замковых соединений и требует особо осторожного обращения при проведении спускоподъемных операций. В частности, для исключения перекоса резьбы ниппеля и муфты при свинчивании обязательно применение направляющей воронки, на установку и снятие которой затрачивается дополнительное время.A small taper of 1/16 is uncharacteristic of tool joints and requires special care when carrying out tripping operations. In particular, to avoid misalignment of the pin and box threads during make-up, it is necessary to use a guide funnel, the installation and removal of which takes additional time.
Для полного свинчивания соединений с такой конусностью требуется 13 оборотов, в то время как для стандартных соединений по стандарту API 7-2 с конусностью 1/6 требуется всего 5 оборотов.This taper requires 13 turns to fully make up, while standard API 7-2 1/6 taper connections require only 5 turns.
Все это приводит к увеличению срока строительства (ремонта) скважины и увеличивает операционные затраты.All this leads to an increase in the period of construction (repair) of the well and increases operating costs.
Соединения типа XT (Extreme Torque) с конусностью 1/16 обладают низкой ремонтопригодностью, так как при ремонте (перенарезке) как ниппельной, так и муфтовой резьбы приходится отрезать по 113 мм.XT (Extreme Torque) type connections with a 1/16 taper have low maintainability, since when repairing (recutting) both the pin and box threads have to be cut off by 113 mm.
Известны также двухупорные замковые соединения типа HLST ООО «Техномаш» (HILONG Super Torque) [RU 201674, RU 202565 и RU 203057] с конусностью 1:12, шагом резьбы 7,26 мм (3,5 витка на дюйм), высотой резьбы в диапазоне от 3,4 до 3,6 мм (предпочтительно 3,556 мм) и углом при вершине резьбы 60 градусов.Also known are double-shouldered locking joints of the HLST type of Tekhnomash LLC (HILONG Super Torque) [RU 201674, RU 202565 and RU 203057] with a taper of 1:12, a thread pitch of 7.26 mm (3.5 turns per inch), a thread height of range from 3.4 to 3.6 mm (preferably 3.556 mm) and a thread angle of 60 degrees.
Профиль резьбы соединений типа HLST практически совпадает с профилем резьбы соединений типа XT (Extreme Torque), за исключением конусности резьбы, которая увеличилась с 1/16 до 1/12.The thread profile of HLST type connections is practically the same as the thread profile of XT (Extreme Torque) type connections, except for the taper of the thread, which has increased from 1/16 to 1/12.
За счет этого немного улучшаются эксплуатационные характеристики замка.Due to this, the performance of the lock is slightly improved.
Для полного свинчивания соединения типа HLST с конусностью 1/12 требуется 9,8 оборотов.It takes 9.8 turns to fully make up a 1/12 taper HLST connection.
Соединения типа HLST с конусностью 1/12 также обладают низкой ремонтопригодностью, так как при ремонте (перенарезке) как ниппельной, так и муфтовой резьбы приходится отрезать по 85,3 мм.HLST type connections with a 1/12 taper also have low maintainability, since when repairing (re-cutting) both the pin and box threads have to be cut off at 85.3 mm.
Недостатком соединений HLST с наружным диаметром замка 123,8 мм и внутренним диаметром замка 61,9-68,3 мм является то, что почти во всех этих соединениях слабым элементом являются муфты, изнашиваемые трением о стенки скважины. Данные замки не сбалансированы по изгибу и имеют коэффициенты стойкости на изгиб BSR от 1,63 до 1,81 единиц.The disadvantage of HLST connections with an outer diameter of the lock of 123.8 mm and an inner diameter of the lock of 61.9-68.3 mm is that in almost all of these connections the weak element is the coupling, which is worn out by friction against the borehole walls. These locks are not flex balanced and have BSR flex ratios from 1.63 to 1.81 units.
Наиболее близким к заявленному по совокупности признаков является двухупорное PC бурильных труб типа Z2-99 с наружным диаметром замка толстостенной бурильной трубы равным 121 мм и внутренним диаметром равным 71 мм, с конусностью 1/9,6, шагом резьбы 8,467 мм (3 витка на дюйм), углом при вершине резьбы 90 градусов и внутренним упором ниппельного конца, имеющим конический участок, примыкающий к резьбе, и сопряженный с ним цилиндрический участок, наружный диаметр торцевой части которого равен 82 мм [RU 181276]. При этом средний диаметр соединения в основной плоскости составляет 95,8 мм.The closest to the claimed in terms of the totality of features is a double-shouldered PC drill pipe type Z2-99 with an outer diameter of the lock of a thick-walled drill pipe equal to 121 mm and an inner diameter of 71 mm, with a taper of 1/9.6, a thread pitch of 8.467 mm (3 threads per inch ), an angle at the top of the thread of 90 degrees and an internal stop of the nipple end, having a conical section adjacent to the thread, and a cylindrical section associated with it, the outer diameter of the end part of which is 82 mm [RU 181276]. In this case, the average diameter of the connection in the main plane is 95.8 mm.
Согласно имеющейся в описании патента таблице, прочностные характеристики соединения составляют:According to the table in the patent description, the strength characteristics of the connection are:
- растягивающая нагрузка Qpc=2153 кН;- tensile load Qpc=2153 kN;
- момент кручения Мкр.рс=32,6 кН⋅м.- torsion moment Mcr.rs=32.6 kN⋅m.
В таблице и в описании патента моментом кручения Мкр.рс называется момент, при котором в материале замка достигается предел текучести, то есть максимально допустимый момент кручения резьбового замка.In the table and in the description of the patent, the moment of torsion Mcr.pc is the moment at which the yield strength is reached in the lock material, that is, the maximum allowable torque of the threaded lock.
Известное соединение недостаточно хорошо сбалансировано по изгибной прочности. В нем слабым элементом является муфта, которая подвергается износу от трения о стенки скважины в процессе бурения, вследствие чего прочностные свойства замка ухудшаются сравнительно быстро. Если в стремлении повысить долговечность соединения увеличить диаметр муфты, например, до 123,8 или 127 мм, то слабым элементом соединения Z2-99 станет ниппель. Однако уровень максимально допустимого момента кручения, зависящий в этом случае только от величины внутреннего диаметра замка, останется прежним, не увеличится.Known connection is not well balanced in terms of bending strength. In it, the weak element is the sleeve, which is subject to wear from friction against the borehole walls during drilling, as a result of which the strength properties of the lock deteriorate relatively quickly. If, in an effort to increase the durability of the connection, the diameter of the coupling is increased, for example, to 123.8 or 127 mm, then the nipple will become the weak element of the Z2-99 connection. However, the level of the maximum allowable torque, which in this case depends only on the value of the inner diameter of the lock, will remain the same and will not increase.
Внутренний (второй) упор ниппельного конца соединения Z2-99 имеет конический и цилиндрический участки, причем конический участок начинается сразу после окончания резьбового участка ниппеля, а цилиндрический участок находится ближе к торцу упора носика ниппеля. Недостатком соединения Z2-99 (121×71) является слишком тонкая стенка на торце внутреннего упора (носика) ниппеля (всего 5,5 мм), которая будет сминаться при реальных нагрузках на замковое соединение. При тонкой стенке в торце ниппеля цилиндрическая форма упора склонна к смятию в виде обратного конуса. Выступающий наружу металл смятого торца ниппеля может мешать свинчиванию замкового соединения.The inner (second) stop of the nipple end of the Z2-99 connection has conical and cylindrical sections, and the conical section begins immediately after the end of the threaded section of the nipple, and the cylindrical section is closer to the butt end of the nipple nose stop. The disadvantage of the Z2-99 (121×71) connection is a too thin wall at the end of the internal stop (nose) of the nipple (only 5.5 mm), which will collapse under real loads on the lock connection. With a thin wall at the end of the nipple, the cylindrical shape of the stop is prone to collapse in the form of an inverse cone. The protruding metal of the crumpled end of the nipple can interfere with the screwing of the interlock.
Даже при внутреннем диаметре замка равном 68,3 мм толщина стенки на торце внутреннего (второго) упора ниппеля составит всего 6,85 мм, что также недостаточно для обеспечения прочности.Even with the inner diameter of the lock equal to 68.3 mm, the wall thickness at the end of the inner (second) stop of the nipple will be only 6.85 mm, which is also not enough to ensure strength.
Еще одним недостатком соединения Z2-99 является его низкая ремонтопригодность из-за применения расточки на муфтовом конце в виде тороидального кармана, предназначенного для сбора твердых частиц шлама. Карман снижает ремонтопригодность замка, поскольку при ремонте (перенарезке) резьбового соединения на муфтовом конце приходится отрезать около 80 мм, что соответствует практически всему резьбовому участку муфты.Another disadvantage of the Z2-99 connection is its low maintainability due to the use of a boring on the coupling end in the form of a toroidal pocket designed to collect solid particles of sludge. The pocket reduces the maintainability of the lock, since when repairing (re-cutting) the threaded connection at the coupling end, it is necessary to cut off about 80 mm, which corresponds to almost the entire threaded section of the coupling.
Кроме того, затвердевшие остатки бурового раствора и частицы шлама со временем заполнят полости тороидальных карманов на всех трубах бурильной колонны. Можно с уверенностью предположить, что персонал буровой бригады не будет постоянно вычищать эти карманы от остатков бурового раствора и шлама в процессе бурения. Попытка прочистить эти карманы в процессе спускоподъемных операций с бурильной колонной приведет к тому, что извлеченный из кармана муфты затвердевший шлам будет падать в низ бурильной колонны и при использовании забойного двигателя затруднит его работу.In addition, solidified mud residues and cuttings particles will eventually fill the cavities of the toroidal pockets on all pipes of the drill string. It is safe to assume that drilling crew personnel will not be constantly cleaning these pockets of mud and cuttings residues during the drilling process. Attempting to clear these pockets while tripping the drillstring will cause hardened cuttings removed from the collar pocket to fall to the bottom of the drillstring and, if a downhole motor is used, will hinder its operation.
Задачей настоящего изобретения является создание замка с наружным диаметром от 123,8 до 127 мм, сбалансированного по изгибу и имеющего достаточный запас на износ по наружному диаметру без потери прочностных свойств замка. Иными словами, необходимо для данных габаритов замка получить максимальное значение допустимого момента кручения PC замка, но так, чтобы ниппель оставался более слабым звеном соединения.The objective of the present invention is to create a lock with an outer diameter of 123.8 to 127 mm, balanced in bending and having a sufficient margin for wear along the outer diameter without losing the strength properties of the lock. In other words, for the given dimensions of the lock, it is necessary to obtain the maximum value of the allowable torque PC of the lock, but in such a way that the nipple remains the weaker link of the connection.
Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение максимально допустимого момента кручения резьбового соединения замка наружным диаметром от 123,8 до 127 мм при условии сбалансированности его по изгибу и наличия запаса на износ по наружному диаметру.The technical result of the claimed invention is an increase in the maximum allowable torque of the threaded connection of the lock with an outer diameter from 123.8 to 127 mm, provided that it is balanced in bending and there is a margin for wear along the outer diameter.
Технический результат достигается за счет того, что в резьбовом соединении бурильных труб, выполненном с внешним и внутренним упорами, включающем ниппельный и муфтовый концы с трапецеидальной конической резьбой, шаг которой - 8,467 мм, конусность - 1:9,6, угол профиля - 90 градусов, наружный диаметр составляет от 123,8 до 127 мм, внутренний диаметр - от 57,2 до 68,3 мм, средний диаметр резьбы в основной плоскости - от 96,7 до 97,7 мм, внутренний упор ниппельного конца имеет цилиндрический участок, примыкающий к резьбе, и сопряженный с ним конический участок, причем наружный диаметр торца конического участка составляет от 83 до 84 мм.The technical result is achieved due to the fact that in the threaded connection of drill pipes, made with external and internal stops, including the nipple and box ends with a trapezoidal tapered thread, the pitch of which is 8.467 mm, the taper is 1:9.6, the profile angle is 90 degrees , the outer diameter is from 123.8 to 127 mm, the inner diameter is from 57.2 to 68.3 mm, the average thread diameter in the main plane is from 96.7 to 97.7 mm, the internal stop of the pin end has a cylindrical section, adjacent to the thread, and a conical section associated with it, and the outer diameter of the end of the conical section is from 83 to 84 mm.
Благодаря тому, что наружный диаметр увеличен до 123,8-127 мм, повышается долговечность соединения за счет создания запаса по износу наружной части муфты.Due to the fact that the outer diameter is increased to 123.8-127 mm, the durability of the connection is increased by creating a margin for wear of the outer part of the coupling.
Благодаря тому, что средний диаметр резьбы в основной плоскости составляет от 96,7 до 97,7 мм и тем самым увеличивается диаметр большего основания конуса ниппельного конца (от 100,5 до 101,5 мм), повышается прочность PC по сравнению с прототипом, достигается наибольшее увеличение максимально допустимого момента кручения PC замка. При этом в замках наружным диаметром 127 мм и внутренним диаметром от 57,2 до 68,3 мм слабым элементом остается ниппель. В замках наружным диаметром 123,8 мм и внутренним диаметром от 65,1 до 68,3 мм также слабым элементом остается ниппель. Это создает запас на износ наружного диаметра замка без потери его прочностных свойств.Due to the fact that the average thread diameter in the main plane is from 96.7 to 97.7 mm and thereby increases the diameter of the larger base of the cone of the nipple end (from 100.5 to 101.5 mm), the PC strength is increased compared to the prototype, the greatest increase in the maximum permissible torque of the PC lock is achieved. At the same time, in locks with an outer diameter of 127 mm and an inner diameter of 57.2 to 68.3 mm, the nipple remains a weak element. In locks with an outer diameter of 123.8 mm and an inner diameter of 65.1 to 68.3 mm, the nipple also remains a weak element. This creates a reserve for wear of the outer diameter of the lock without losing its strength properties.
При уменьшении среднего диаметра резьбы в основной плоскости ниже 96,7 мм прирост максимально допустимого момента кручения становится незначительным, а при увеличении среднего диаметра резьбы в основной плоскости выше 97,7 мм слабым элементом замкового соединения становится муфта и соединение становится разбалансированным по условию прочности на изгиб.With a decrease in the average thread diameter in the main plane below 96.7 mm, the increase in the maximum allowable torque becomes insignificant, and with an increase in the average thread diameter in the main plane above 97.7 mm, the coupling becomes a weak element of the interlock connection and the connection becomes unbalanced according to the bending strength condition .
Благодаря приданию наружной поверхности внутреннего упора в конце резьбового участка ниппельного конца цилиндрической формы, переходящей на конце ниппеля в коническую форму с конусностью, равной 1/9,6, увеличивается максимально допустимый момент кручения PC замка за счет увеличения наружного диаметра и толщины стенки упора, и, соответственно, площади поверхности упора. Наружный диаметр внутреннего упора ниппельного конца лежит при этом в пределах от 83 до 84 мм. Надежность работы второго упора ниппеля при этом возрастает. Даже при повреждении второго упора при небрежной эксплуатации бурильных труб выступающий наружу металл на коническом торце ниппеля не затрудняет свинчивание замкового соединения, что нельзя сказать о цилиндрической форме торца ниппеля.By giving the outer surface of the inner stop at the end of the threaded section of the nipple end of a cylindrical shape, turning into a conical shape with a taper equal to 1/9.6 at the end of the nipple, the maximum allowable torque PC of the lock increases due to an increase in the outer diameter and wall thickness of the stop, and , respectively, the surface area of the stop. The outer diameter of the inner stop of the nipple end lies in this case in the range from 83 to 84 mm. The reliability of the second stop of the nipple thus increases. Even if the second stop is damaged during careless operation of drill pipes, the metal protruding outward on the conical end of the nipple does not impede the screwing of the tool joint, which cannot be said about the cylindrical shape of the end of the nipple.
Кроме того, коническая форма конца внутреннего упора облегчает центрирование бурильных труб при сборке колонны, тем самым ускоряя ее.In addition, the conical shape of the end of the inner stop facilitates the centering of the drill pipe during the assembly of the string, thereby speeding it up.
Дополнительным преимуществом предложенного замка является лучшая по сравнению с прототипом ремонтопригодность. Для перенарезки муфтовой части предложенного замка потеря длины составляет около 45 мм против 80 мм у прототипа.An additional advantage of the proposed castle is the best maintainability compared to the prototype. For re-cutting the coupling part of the proposed lock, the loss of length is about 45 mm versus 80 mm for the prototype.
Существо изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 изображен частичный продольный разрез ниппеля предложенной полезной модели.In FIG. 1 shows a partial longitudinal section of the nipple of the proposed utility model.
На фиг. 2 показан в увеличенном виде конечный участок ниппеля.In FIG. 2 shows an enlarged view of the end section of the nipple.
На фиг. 3 изображен частичный продольный разрез муфты предложенного изобретения.In FIG. 3 shows a partial longitudinal section of the coupling of the proposed invention.
Ниппель 1 предложенного замка (фиг. 1) имеет наружный диаметр D1, лежащий в пределах от 123,8 до 127 мм (123,8≤D1≤127 мм). Внутренний диаметр D2 ниппеля лежит в пределах от 57,2 до 68,3 мм (57,2≤D2≤68,3 мм). Трапецеидальная коническая резьба 2 ниппеля 1 и муфты 3 (фиг. 3) имеет шаг 8,467 мм, конусность - 1:9,6 и угол профиля - 90 градусов. Средний диаметр dcp резьбы в основной плоскости, обозначенной линией 4, составляет от 96,7 до 97,7 мм (96,7≤dcp≤97,7 мм). Соответственно, при заданных параметрах резьбы наружный диаметр d1 большого основания резьбового конуса ниппеля лежит в пределах от 100,5 до 101,5 мм (100,5≤d1≤101,5 мм). Расстояние L от основной плоскости до плоскости упорного торца замкового соединения (15,875 мм) - стандартное по ГОСТ 28487-2018.The
Наружная поверхность внутреннего упора ниппеля 1 имеет примыкающий к резьбе 2 участок 6 цилиндрической формы, сопряженный с конечным участком 7, имеющим коническую форму с конусностью 1:9,6 (фиг. 2). Больший диаметр D3 торцевой части участка 7 находится в пределах от 83 до 84 мм (83≤D3≤84 мм). Такое исполнение увеличивает максимально допустимый момент кручения PC замка за счет увеличения наружного диаметра и толщины стенки упора и, соответственно, площади поверхности упора.The outer surface of the inner stop of the
Боковая стенка 8 внутренней расточки муфты 3 выполнена цилиндрической. Диаметр внутренней расточки муфты Dpaст обеспечивает гарантированный зазор от 0,8 до 1,6 мм между поверхностью расточки и диаметром D4 цилиндрической части внутреннего упора при сборке соединения.The
Коническая форма конечного участка 7 внутреннего упора облегчает центрирование бурильных труб при сборке колонны, тем самым ускоряя ее.The conical shape of the end section 7 of the internal stop facilitates the centering of the drill pipes during the assembly of the string, thereby speeding it up.
Заявленное соединение с условным названием Z101/9,6, где 101 - условный размер замкового соединения, а 9,6 - конусность резьбы, применимо для использования на бурильных трубах наружным диаметром 88,9 и 101,6 мм, а также на УБТ, ТБТ, переводниках и других элементах бурильной колонны.The claimed connection with the code name Z101 / 9.6, where 101 is the nominal size of the tool joint, and 9.6 is the taper of the thread, is applicable for use on drill pipes with an outer diameter of 88.9 and 101.6 mm, as well as on drilling collars, TBTs , subs and other elements of the drill string.
В частности:In particular:
- для бурильных труб 88,9×9,35 группы прочности S отношение прочности на кручение замка Z101/9,6 (123,8×65) к прочности на кручение тела трубы составляет 1,13; слабый элемент - ниппель, Wм/Wн=2,08;- for drill pipes 88.9×9.35 of strength group S, the ratio of the torsion strength of the lock Z101/9.6 (123.8×65) to the torsion strength of the pipe body is 1.13; weak element - nipple, W m /W n =2.08;
- для бурильных труб 88,9×9,35 группы прочности S отношение прочности на кручение замка Z101/9,6 (127×68,3) к прочности на кручение тела трубы составляет 1,01; слабый элемент - ниппель, Wм/Wн=2,48;- for drill pipes 88.9×9.35 of strength group S, the ratio of the torsion strength of the lock Z101/9.6 (127×68.3) to the torsion strength of the pipe body is 1.01; weak element - nipple, W m /W n =2.48;
- для бурильных труб 101,6×8,38 группы прочности S отношение прочности на кручение замка Z101/9,6 (127×62) к прочности на кручение тела трубы составляет 1,0; слабый элемент - ниппель, Wм/Wн=2,22;- for drill pipes 101.6×8.38 of strength group S, the ratio of the torsion strength of the lock Z101/9.6 (127×62) to the torsion strength of the pipe body is 1.0; weak element - nipple, W m /W n =2.22;
- для бурильных труб 88,9×9,35 группы прочности S отношение прочности на кручение замка Z101/9,6 (127×68,3) к прочности на кручение тела трубы составляет 0,81; слабый элемент - ниппель, Wм/Wн=2,48;- for drill pipes 88.9×9.35 of strength group S, the ratio of the torsion strength of the lock Z101/9.6 (127×68.3) to the torsion strength of the pipe body is 0.81; weak element - nipple, W m /W n =2.48;
- для бурильных труб 88,9×9,35 группы прочности S отношение прочности на кручение замка Z101/9,6 (127×57,2) к прочности на кручение тела трубы составляет 1,32; слабый элемент - ниппель, Wм/Wн=2,09;- for drill pipes 88.9×9.35 of strength group S, the ratio of the torsion strength of the lock Z101/9.6 (127×57.2) to the torsion strength of the pipe body is 1.32; weak element - nipple, W m /W n =2.09;
- для бурильных труб 101,6×8,38 группы прочности S отношение прочности на кручение замка Z101/9,6 (127×57,2) к прочности на кручение тела трубы составляет 1,06; слабый элемент - ниппель, Wм/Wн=2,09.- for drill pipes 101.6×8.38 of strength group S, the ratio of the torsion strength of the lock Z101/9.6 (127×57.2) to the torsion strength of the pipe body is 1.06; weak element - nipple, W m / W n = 2.09.
Соединение Z101/9,6 при одних и тех же наружном и внутреннем диаметрах замка имеет выигрыш в максимально допустимом крутящем моменте перед соединением Z-99 от 6 до 12%.Connection Z101 / 9.6 with the same outer and inner diameters of the lock has a gain in the maximum allowable torque over the connection Z-99 from 6 to 12%.
Например:For example:
1. Двухупорное соединение Z101/9,6 (123,8×62) с такими же габаритными размерами, как у соединения Z2-99 (123,8×62), указанного в ПМ №181276, будет иметь следующие характеристики:1. Double-shoulder joint Z101/9.6 (123.8×62) with the same overall dimensions as the joint Z2-99 (123.8×62) specified in PM No. 181276 will have the following characteristics:
- растягивающая нагрузка Qpc=3300 кН; (против 3130 кН у замка Z2-99 по ПМ №18176);- tensile load Qpc=3300 kN; (against 3130 kN at lock Z2-99 according to PM No. 18176);
- момент кручения Мкр.рс=54,9 кН⋅м (против 51,5 кН⋅м у замка Z2-99 по ПМ №18176).- torsion moment Мcr.rs=54.9 kN⋅m (against 51.5 kN⋅m at lock Z2-99 according to PM No. 18176).
Выигрыш в растягивающей нагрузке по сравнению с Z2-99 (123,8×62) составляет 5,5%.The gain in tensile load compared to Z2-99 (123.8×62) is 5.5%.
Выигрыш в моменте кручения по сравнению с Z2-99 (123,8×62) составляет 6,6%.The gain in torque compared to Z2-99 (123.8×62) is 6.6%.
2. Двухупорное соединение Z101/9,6 (123,8×68,3) с такими же габаритными размерами, как у соединения Z2-99 (123,8×68,3), указанного в ПМ №181276, будет иметь следующие характеристики:2. Double-shoulder joint Z101/9.6 (123.8×68.3) with the same overall dimensions as the Z2-99 (123.8×68.3) joint specified in PM No. 181276 will have the following characteristics :
- растягивающая нагрузка Qpc=2770 кН (против 2600 кН у замка Z2-99 по ПМ №18176);- tensile load Qpc=2770 kN (against 2600 kN for lock Z2-99 according to PM No. 18176);
- момент кручения Мкр.рс=45,5 кН⋅м (против 40,6 кН⋅м у замка Z2-99 по ПМ №18176);- torsion moment Мcr.rs=45.5 kN⋅m (against 40.6 kN⋅m at lock Z2-99 according to PM No. 18176);
Выигрыш в растягивающей нагрузке по сравнению с Z2-99 (123,8×68,3) составляет 6,5%.The gain in tensile load compared to Z2-99 (123.8×68.3) is 6.5%.
Выигрыш в моменте кручения по сравнению с Z2-99 (123,8×68,3) составляет 12%.The gain in torque compared to Z2-99 (123.8×68.3) is 12%.
3. Двухупорное соединение Z101/9,6 (127×57,2) с такими же габаритными размерами, как у соединения Z2-99 (127×57,2), указанного в ПМ №181276, будет иметь следующие характеристики:3. Double-shoulder joint Z101/9.6 (127×57.2) with the same overall dimensions as the Z2-99 (127×57.2) joint specified in PM No. 181276 will have the following characteristics:
- растягивающая нагрузка Qpc=3680 кН; (против 3490 кН у замка Z2-99 по ПМ №18176);- tensile load Qpc=3680 kN; (against 3490 kN at lock Z2-99 according to PM No. 18176);
- момент кручения Мкр.рс=60,0 кН⋅м. (против 58,8 кН⋅м у замка Z2-99 по ПМ №18176);- torsion moment Мcr.rs=60.0 kN⋅m. (against 58.8 kN⋅m at lock Z2-99 according to PM No. 18176);
Выигрыш в растягивающей нагрузке по сравнению с Z2-99 (127×57,2) составляет 5,4%.The gain in tensile load compared to Z2-99 (127×57.2) is 5.4%.
Выигрыш в моменте кручения по сравнению с Z2-99 (123,8×57,2) составляет 3,4%.The gain in torque compared to Z2-99 (123.8×57.2) is 3.4%.
Дополнительным преимуществом предложенного замка является лучшая по сравнению с прототипом ремонтопригодность (меньшая потеря длины при перенарезке соединения).An additional advantage of the proposed lock is the best maintainability compared to the prototype (less loss of length when re-cutting the connection).
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2783935C1 true RU2783935C1 (en) | 2022-11-22 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU226022U1 (en) * | 2023-12-07 | 2024-05-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Пермская компания нефтяного машиностроения" | Double Lug Threaded Connection for Small Diameter Drill Pipe |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2449198C2 (en) * | 2007-03-14 | 2012-04-27 | Валлурек Маннесманн Ойл Энд Гэс Франс | Threaded pipe connection which is tight at inner and outer series loads created with pressure |
| RU128912U1 (en) * | 2012-10-11 | 2013-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "РОБУТ" (ООО "РОБУТ") | DRILL PIPE WITH VARIABLE INTERNAL SECTION LOCKS (OPTIONS) |
| RU134570U1 (en) * | 2013-05-07 | 2013-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "РОБУТ" (ООО "РОБУТ") | SMALL DIAMETER DRILL PIPE |
| RU181276U1 (en) * | 2018-04-16 | 2018-07-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Пермская компания нефтяного машиностроения" | DRILL PIPE THREADED CONNECTION |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2449198C2 (en) * | 2007-03-14 | 2012-04-27 | Валлурек Маннесманн Ойл Энд Гэс Франс | Threaded pipe connection which is tight at inner and outer series loads created with pressure |
| RU128912U1 (en) * | 2012-10-11 | 2013-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "РОБУТ" (ООО "РОБУТ") | DRILL PIPE WITH VARIABLE INTERNAL SECTION LOCKS (OPTIONS) |
| RU134570U1 (en) * | 2013-05-07 | 2013-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "РОБУТ" (ООО "РОБУТ") | SMALL DIAMETER DRILL PIPE |
| RU181276U1 (en) * | 2018-04-16 | 2018-07-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Пермская компания нефтяного машиностроения" | DRILL PIPE THREADED CONNECTION |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU226022U1 (en) * | 2023-12-07 | 2024-05-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Пермская компания нефтяного машиностроения" | Double Lug Threaded Connection for Small Diameter Drill Pipe |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101779072B (en) | Thread connections and thread form for tubular connections | |
| CA2338956C (en) | Threaded and coupled connection for improved fatigue resistance | |
| US8434570B2 (en) | Drill packer member, drill pipe, and corresponding drill pipe string | |
| US5788401A (en) | Rod joint | |
| US5931511A (en) | Threaded connection for enhanced fatigue resistance | |
| US3754609A (en) | Drill string torque transmission sleeve | |
| US6244631B1 (en) | High efficiency drill pipe | |
| RU2713548C2 (en) | Drilling rod or adapter with reinforced connecting element in form of bushing | |
| JP2001524196A (en) | Super high torque double shoulder type tool fitting | |
| CN105247159A (en) | Shale drill pipe | |
| USH1329H (en) | Drill collar connections | |
| US20190271418A1 (en) | Thread form and threaded article | |
| RU2783935C1 (en) | Balanced threaded drill string connection | |
| US2745685A (en) | Resilient drill collar joint | |
| AU2020242884B2 (en) | Drill string rod | |
| RU2796709C1 (en) | Threaded connection of the drill string | |
| RU2747498C1 (en) | Threaded joint conical connectin of drill pipes | |
| CN104373056A (en) | Drill string connecting piece | |
| US1517428A (en) | Rotary drill pipe | |
| US20200325736A1 (en) | Threaded connection | |
| EP0979922A2 (en) | Tube rod | |
| US12188306B2 (en) | Drill string joint design | |
| US20220220812A1 (en) | Keyhole threads with inductive coupler for drill pipe | |
| RU36480U1 (en) | Equal passage lightweight drill pipe with a diameter of 73 mm | |
| RU210115U1 (en) | Drill pipe with double-shouldered locks of reduced outer diameter |