CC BY
15
УДК 622.24.053.6
© А. Л. Саруев, 2013
РАЗРАБОТКА НОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ШТАНГ ДЛЯ БУРЕНИЯ ШПУРОВ И СКВАЖИН ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ
Приведена новизна разработанной конструкции соединения буровых штанг соединенных между собой ниппелем с цилиндрической резьбой. Ключевые слова: резьба, ниппель, штанга, узел, напряжение.
Используемые в мировой практике подземные газонефтехранилища и емкости для хранения нефти, нефтепродуктов и сжиженных газов по способам сооружения различны. Один из них создаваемый в прочных и плотных горных породах шахтным способом и в горных выработках отработанных рудников.
При строительстве газонефтепроводов в гористой местности возникает необходимость в проходке подземных горных выработок для последующей прокладки в них трубопроводов.
Проведение таких выработок в породах средней крепости и выше обычно осуществляется буровзрывным способом, а также используются вертикальные подземные стволы.
В настоящее время для проходки подземных горных выработок выпускают установки, оснащенные перфораторами, которые способны бурить не только шпуры, но и опережающие скважины малого диаметра глубиной до 15 м [1]. При бурении скважин перфораторами энергия удара в виде волны деформации сжатия передается от машины по составным штангам к породоразру-шающему инструменту.
С целью повышения скорости бурения скважин в крепких горных породах созданы конструкции мощных ударных узлов. Однако повышение энергии удара ограничивается прочностью бурового инструмента. Недостаточная работоспособность штанг и соединительных узлов приводит не только к необходимости увеличения производства и расхода буровой стали, но и вызывает большие потери времени на замену вышедших из строя штанг. В связи с этим необходимо разработать такую конструкцию соеди-
нительного узла, которая позволила бы увеличить работоспособность колонны штанг и повысить производительность труда при бурении скважин.
Следует также учесть, что прохождение ударного импульса через резьбовые соединения штанг с учетом касательных напряжений и деформаций изгиба вызывает сложную интерференцию волн напряжений. Теоретические расчеты не приводят к достоверным результатам ввиду сложности учета всех факторов, определяющих количественную и качественную картину волн напряжений в элементах соединительных узлов буровых штанг. Для выбора рациональных параметров элементов соединений штанг необходима методика расчета максимальных напряжений, возникающих в них при одновременном нагружении става крутящим моментом, осевым усилием подачи и продольными ударами.
Для расчета на прочность элементов резьбовых соединений необходимо знать максимальные напряжения, действующие в соединительном узле. При нанесении ударов и постоянном действии крутящего момента происходит довинчивание штанг, в результате чего увеличиваются статические напряжения в соединительном узле [2], которые в расчетах на прочность элементов резьбовых соединений не учитывались.
Такая методика была разработана на кафедре ТХНГ ИГНД ТПУ [3], что позволило научно обосновать параметры и предложить конструкцию нового ниппельного соединения буровых штанг (рис. 1), на которое получен патента РФ на полезную модель и позволяет уже на стадии проектирования бурильной колонны оценить величину наибольших эквивалентных напряжений в элементах соединений штанг.
Новизну разработанной конструкции соединения штанг кратко можно сформулировать следующим образом.
Резьбовое соединение буровых штанг, состоящее из двух штанг, соединенных между собой ниппелем с цилиндрической резьбой, отличающееся тем, что резьба выполнена по всей цилиндрической поверхности ниппеля, а конец ниппеля, обращенный к забою скважины, имеет дорезьбовую часть с внешней конической поверхностью, который жестко закреплен в буровой штанге посредством радиального обжатия, при этом кромка торца дорезьбовой части ниппеля не выступает за пределы наименьшей
Рис. 1. Новое ниппельное соединение буровых штанг (из труб бурильных геологоразведочных): 1,2 — штанги; 3 — ниппель
внутренней окружности отверстия обжатия штанги, на конической поверхности ниппеля нанесены неровности, например в виде продольных канавок, бороздок.
Проведенные ранее производственные испытания ниппельных соединений штанг подобной конструкции, также разработанной в ТПУ, показали существенные преимущества их по сравнению с муфтовыми соединениями буровых штанг [4].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Глоба В.М. Сооружение подземных газонефтехранилищ. -Львов: Вища школа. Изд-во при Львовском университете, 1982. - 148 с.
2. Плетнев Л.Д., Алексеев В.Ф., Микитась А.П., Глущенко В. С. Новые шахтные бурильные установки / Горный журнал, №10, 1999. — С. 45—46.
3. Саруев А.Л. Динамические процессы в резьбовых соединениях штанг при вращательно-ударном способе бурения: Автореф. дис. канд. техн. наук. — Томск, 2005. — 20 с.
4. Саруев А.Л., Саруев Л.А., Лукьянов В.Г. Создание и производственные испытания ниппельного става штанг малого диаметра для враща-тельно-ударного бурения веера скважин из подземных выработок: Материалы докладов Шестой Международной научно-практической конференции «Перспективы развития горнодобывающей промышленности» 2627 мая 1999. — Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 1999. — С. 197-199.
