RU2784259C1 - Connection of the threaded ends of drill pipes - Google Patents

Abstract

FIELD: drilling.

SUBSTANCE: invention relates to the field of geological survey drilling for solid minerals; in particular, to threaded connections of smooth-bore drill pipes and pipes with thin-walled welded threaded ends; is aimed at increasing the wear resistance and reliability of smooth-bore drill pipes near the threaded connections and providing the possibility of restoration thereof. Connection of the threaded ends of drill pipes includes a nipple threaded end and a collared threaded end, wherein right-directed wear-resistant screw protrusions are made on the outer surface of the collared end of the connection and on the section of the outer pipe surface adjacent to the threaded part of the nipple end of the connection. The lengths of pipe segments whereon protrusions are made herein are selected such that the length of the area whereon the protrusions are applied, when assembled, is equal to or greater than the length of the centralisers applied for pipes of the corresponding diameter, and the surfaces of each turn in contact with the well walls, when assembled, should be located on the same cylindrical surface with a generatrix parallel to the pipe axis.

EFFECT: ensured connection of the threaded ends of drill pipes.

1 cl, 2 dwg

Description

Относится к области геологоразведочного бурения на твердые полезные ископаемые, в частности к резьбовым соединениям гладкоствольных бурильных труб и труб с тонкостенными приварными резьбовыми концами, и может быть использовано при изготовлении и ремонте бурильных труб комплексов ССК (снаряд для бурения со съемным керноприемником).It belongs to the field of geological exploration drilling for solid minerals, in particular, to threaded joints of smoothbore drill pipes and pipes with thin-walled welded threaded ends, and can be used in the manufacture and repair of drill pipes of SSK complexes (a tool for drilling with a removable core receiver).

Существует проблема повышения износостойкости соединений бурильных труб, поскольку от этого зависит ресурс и надежность работы бурильной колонны в целом.There is a problem of increasing the wear resistance of drill pipe joints, since the resource and reliability of the drill string as a whole depend on this.

Известны различные способы упрочнения соединений бурильных труб за счет повышения износостойкости резьбовой поверхности или тела сопрягаемых резьбовых деталей. См. патенты РФ на полезные модели №№14995, 68090, 82808.Various methods are known for hardening drill pipe joints by increasing the wear resistance of the threaded surface or the body of the mating threaded parts. See RF patents for utility models No. 14995, 68090, 82808.

Известно соединение труб насосно-компрессорной или бурильной колонны по патенту РФ на полезную модель №10823 (МПК F16L 15/08, приор. 25.111998, публ. 16.08.1999. Соединение содержит соединительную муфту и переходник, рабочие поверхности муфты и переходника выполнены износостойкими, при этом на наружных поверхностях муфты и переходника выполнены рифления под ключ. Решение направлено на повышение износостойкости соединения труб и ускорение спуско-подъемных операций, но предназначено для замковых соединений, которые легче ремонтируются и заменяются, чем соединения гладкоствольных труб.It is known to connect pipes of a tubing or drill string according to the RF patent for utility model No. 10823 (MPK F16L 15/08, prior. 25.111998, publ. 16.08.1999. In this case, turnkey corrugations are made on the outer surfaces of the coupling and adapter.The solution is aimed at increasing the wear resistance of the pipe connection and speeding up tripping operations, but is intended for tool joints, which are easier to repair and replace than smoothbore pipe joints.

Известно также соединение насосно-компрессорных труб по патенту РФ на изобретение №2327922. Соединение содержит муфтовый и ниппельный концевые участки, на которых имеется соединительная резьба. На поверхностях, расположенных рядом с ними зон трубы для захвата трубы ключом при монтажных работах, выполнены прерывистые спиральные полосы поверхностной закалки, не выступающие за наружную поверхность трубы. Такое решение позволяет упрочнить части поверхности труб, трущиеся о стенки скважины и захватываемые ключом и повысить их ресурс по сравнению с необработанными поверхностями, но это упрочнение не исключает износ трубы по диаметру в процессе эксплуатации. Не улучшаются условия работы ключей и захватных устройств при свинчивании-развинчивании бурильной колонны, т.к. гладкая поверхность трубы изнашивается неравномерно по окружности. Труба остается неремонтоспособной.It is also known to connect tubing according to the RF patent for the invention No. 2327922. The connection contains a coupling and nipple end sections, which have a connecting thread. Discontinuous spiral strips of surface hardening are made on the surfaces of the zones of the pipe located next to them for capturing the pipe with a wrench during installation work, which do not protrude beyond the outer surface of the pipe. Such a solution makes it possible to strengthen the parts of the pipe surface that rub against the borehole walls and are captured by the key and increase their service life compared to untreated surfaces, but this strengthening does not exclude the wear of the pipe along the diameter during operation. The working conditions of the keys and grippers do not improve during the screwing-breaking of the drill string, because the smooth surface of the pipe wears unevenly around the circumference. The pipe remains unrepairable.

Технологической особенностью комплексов ССК, которые включают только гладкоствольные бурильные трубы, является значительно меньшее количество свинчиваемых-развинчиваемых резьбовых соединений. Поэтому определяющим фактором надежности является износ соединений по наружному диаметру муфтовой части трубы, а не по резьбе. Допустимый штатный износ муфтового конца по наружному диаметру для труб ССК-1,5 мм.A technological feature of the SSK complexes, which include only smoothbore drill pipes, is a significantly smaller number of screwed-unscrewed threaded connections. Therefore, the determining factor of reliability is the wear of the joints along the outer diameter of the coupling part of the pipe, and not along the thread. Permissible regular wear of the coupling end along the outer diameter for SSK-1.5 mm pipes.

Технические решения, направленные на повышение износостойкости на указанную глубину наружной поверхности гладкоствольных бурильных труб в области резьбовых соединений, неизвестны.Technical solutions aimed at increasing wear resistance to the specified depth of the outer surface of smoothbore drill pipes in the area of threaded connections are unknown.

Техническая проблема состоит в том, что гладкоствольные бурильные трубы при трении о стенки скважины наиболее интенсивно изнашиваются в области резьбовых соединений, обладающих меньшей жесткостью при изгибе. Поэтому приходится использовать заготовки труб из стали дорогих марок (прецизионных с повышенными прочностными характеристиками). Необходимо повысить износостойкость и надежность гладкоствольных бурильных труб в области резьбовых соединений и обеспечить возможность их восстановления.The technical problem is that smoothbore drill pipes during friction against the borehole walls wear out most intensively in the area of threaded joints, which have lower bending rigidity. Therefore, it is necessary to use pipe blanks made of expensive steel grades (precision ones with increased strength characteristics). It is necessary to improve the wear resistance and reliability of smoothbore drill pipes in the area of threaded connections and to provide the possibility of their recovery.

Для разрешения этой проблемы предлагается выполнять износостойкие винтовые выступы правого направления на наружной поверхности муфтового конца соединения и на участке наружной поверхности трубы, примыкающем к резьбовой части ниппельного конца соединения. В собранном виде длина участков трубы, на которых выполнены выступы, должна быть не менее длины центраторов, применяемых для труб соответствующего диаметра, а поверхности каждого витка, контактирующие со стенками скважины, должны находиться на одной цилиндрической поверхности, образующая которой параллельна оси трубы.To solve this problem, it is proposed to make wear-resistant screw protrusions of the right direction on the outer surface of the coupling end of the connection and on the section of the outer surface of the pipe adjacent to the threaded part of the pin end of the connection. In the assembled form, the length of the pipe sections on which the protrusions are made must be no less than the length of the centralizers used for pipes of the corresponding diameter, and the surfaces of each turn in contact with the borehole walls must be on one cylindrical surface, the generatrix of which is parallel to the pipe axis.

Техническим результатом предлагаемого решения будет повышение износостойкости и надежности гладкоствольных бурильных труб за счет исключения трения поверхности тела трубы в области резьбового соединения о стенку скважины. Кроме того, изношенные выступы могут быть восстановлены без нарушения поверхности трубы. Дополнительно повышается надежность работы захватных устройств и ключей при вспомогательных и спуско-подъемных операциях. Снижается величина естественного искривления скважины, т.к. выступы одновременно являются центраторами бурильных труб.The technical result of the proposed solution will be to increase the wear resistance and reliability of smoothbore drill pipes by eliminating friction of the surface of the pipe body in the area of the threaded connection against the borehole wall. In addition, worn protrusions can be restored without disturbing the pipe surface. Additionally, the reliability of gripping devices and keys during auxiliary and tripping operations is increased. The value of the natural curvature of the well is reduced, because the protrusions are simultaneously centralizers of drill pipes.

На фиг. 1 показано предлагаемое резьбовое соединение - раздельно муфтовый и ниппельный резьбовые концы.In FIG. 1 shows the proposed threaded connection - separately coupling and nipple threaded ends.

На фиг. 2 показано предлагаемое резьбовое соединение в свинченном состоянии.In FIG. 2 shows the proposed threaded connection in a screwed state.

Соединение состоит из муфтового конца трубы 1 с резьбовой частью 2 и ниппельного конца 3 с резьбовой частью 4. На участке наружной поверхности тела трубы, примыкающем к резьбовой части 2 муфтового конца 1, выполнены износостойкие винтовые выступы 5, на участке наружной поверхности тела трубы ниппельного конца 3, примыкающем к ниппелю 4, выполнены износостойкие винтовые выступы 6.The connection consists of a coupling end of the pipe 1 with a threaded part 2 and a nipple end 3 with a threaded part 4. On the section of the outer surface of the pipe body adjacent to the threaded part 2 of the coupling end 1, wear-resistant screw protrusions 5 are made, on the section of the outer surface of the pipe body of the nipple end 3, adjacent to the nipple 4, wear-resistant screw protrusions 6 are made.

В процессе бурения при вращении бурильной колонны выступы защищают наружную поверхность трубы от контакта со стенками скважины, исключая трение, т.е уменьшая износ. При этом улучшается центрирование колонны в скважине, что особенно важно при направленном бурении и разбуривании твердых пород.During drilling, when the drill string rotates, the protrusions protect the outer surface of the pipe from contact with the borehole walls, eliminating friction, i.e. reducing wear. This improves the centering of the string in the well, which is especially important for directional drilling and hard rock drilling.

Для того, чтобы выступы могли улучшать центрирование, длина участков трубы, на которых выполнены выступы, должна быть такой, чтобы в собранном виде длина области, на которую нанесены выступы, была не менее длины центраторов, применяемых для труб соответствующего диаметра.In order for the protrusions to improve centering, the length of the pipe sections on which the protrusions are made must be such that, when assembled, the length of the area on which the protrusions are applied is not less than the length of the centralizers used for pipes of the corresponding diameter.

Высота выступов над поверхностью тела трубы выбирается таким образом, чтобы зазор между их наружной поверхностью и стенками скважины не препятствовал свободному перемещению бурильной колонны в скважине. При этом она должна быть минимальна для обеспечения наименьшего естественного искривления скважины, но не приводила на больших глубинах к увеличению гидравлического сопротивления и обеспечивала штатную работу захватных механизмов бурового станка. Обычно достаточно величины зазора 0,3-0,5 мм.The height of the protrusions above the surface of the pipe body is chosen so that the gap between their outer surface and the borehole walls does not prevent the free movement of the drill string in the borehole. At the same time, it should be minimal to ensure the least natural curvature of the well, but did not lead to an increase in hydraulic resistance at great depths and ensured the regular operation of the gripping mechanisms of the drilling rig. Usually a gap of 0.3-0.5 mm is sufficient.

Величина шага между витками выступа должна быть достаточна, чтобы при вращении бурильной колонны не возникали дополнительное гидравлическое сопротивление, крутящий момент и вибрация по сравнению с трубами с гладкой поверхностью. При этом «густота» (количество на единицу окружности поверхности трубы) витков должна исключить соприкосновение тела трубы со стенкой скважины.The pitch between the turns of the ledge should be sufficient so that when the drill string rotates, additional hydraulic resistance, torque and vibration do not occur compared to pipes with a smooth surface. In this case, the "density" (number per unit of the circumference of the pipe surface) of the turns should exclude the contact of the pipe body with the borehole wall.

Направление витков на муфтовом и ниппельном концах должно быть правое, причем в собранном виде поверхности каждого витка, контактирующие со стенками скважины, должны находиться на одной цилиндрической поверхности, образующая которой параллельна оси трубы.The direction of the coils at the sleeve and pin ends should be right, and in the assembled form, the surfaces of each coil in contact with the borehole walls should be on the same cylindrical surface, the generatrix of which is parallel to the pipe axis.

Для обеспечения свободного перемещения бурильной колонны в скважине заходные и выходные концы выступов и все их грани должны быть скруглены.To ensure free movement of the drill string in the well, the lead-in and exit ends of the protrusions and all their faces must be rounded.

Выступы при изготовлении и ремонте могут быть нанесены по лазерной технологии. Восстановление трубы возможно при условии сохранения прямолинейности и диаметра тела трубы и ее прочностиProtrusions in the manufacture and repair can be applied using laser technology. Restoration of the pipe is possible provided that the straightness and diameter of the pipe body and its strength are preserved

Повышение износостойкости и надежности соединений бурильных труб и возможность их восстановления обеспечивает увеличение ресурса бурового снаряда (бурильной колонны и колонкового набора), что, в свою очередь, позволит повысить экономическую эффективность и качество буровых работ и снизить аварийность.An increase in the wear resistance and reliability of drill pipe joints and the possibility of their restoration provides an increase in the resource of the drill string (drill string and core set), which, in turn, will improve the economic efficiency and quality of drilling operations and reduce accidents.

При бурении глубоких скважин наиболее целесообразно составлять из труб указанной конструкции нижнюю сжатую часть бурильной колонны. Верхнюю растянутую часть можно составлять из обычных труб. Улучшение центрирования благодаря наличию выступов позволяет стабилизировать величину нагрузки на породоразрушающий наконечник, тем самым повышая его ресурс.When drilling deep wells, it is most expedient to make the lower compressed part of the drill string from pipes of the specified design. The upper stretched part can be made up of ordinary pipes. Improved centering due to the presence of protrusions allows you to stabilize the load on the rock cutting tip, thereby increasing its resource.

Claims (1)

Соединение резьбовых концов бурильных труб, включающее ниппельный и муфтовый резьбовые концы, в котором на наружной поверхности муфтового конца соединения и на участке наружной поверхности трубы, примыкающем к резьбовой части ниппельного конца соединения, выполнены износостойкие винтовые выступы правого направления, причем длина участков трубы, на которых выполнены выступы, выбрана такой, что в собранном виде длина области, на которую нанесены выступы, не менее длины центраторов, применяемых для труб соответствующего диаметра, в собранном виде поверхности каждого витка, контактирующие со стенками скважины, должны находиться на одной цилиндрической поверхности, образующая которой параллельна оси трубы.The connection of the threaded ends of the drill pipes, including the nipple and socket threaded ends, in which wear-resistant screw protrusions of the right direction are made on the outer surface of the socket end of the connection and on the section of the outer surface of the pipe adjacent to the threaded part of the nipple end of the connection, and the length of the pipe sections on which the protrusions are made, it is chosen such that the assembled length of the area on which the protrusions are applied is not less than the length of the centralizers used for pipes of the corresponding diameter; parallel to the pipe axis.

Images