ГЕРМЕТИЗАТОР УСТЬЯ СКВАЖИНЫ Российский патент 1994 года по МПК E21B33/03 

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для герметизации устья скважины при бурении с пpименением растворов на нефтяной основе или с продувкой скважин воздухом.

Известен герметизатор устья скважины, содержащий полый цилиндрический корпус с фланцами, внутри которого установлена кольцевая самоуплотняющая манжета со сквозным отверстием, верхняя и нижняя части которого выполнены цилиндрическими, а средняя - сферической.

Данное устройство герметизирует только при нахождении внутри ее труб, находящихся или в неподвижном состоянии или двигающихся вдоль ее оси. По этой причине герметизатор нельзя применять при роторном способе бурения.

Известен герметизатор устья скважины, содержащий полый цилиндрический корпус, внутри которого установлена кольцевая самоуплотняющая манжета со сквозным отверстием, верхняя и нижняя части которого выполнены цилиндрическими, а средняя - сферической, и установленный над манжетой упорный подшипник (1);
Данное устройство имеет сложную конструкцию. Так как верхний сальниковый узел уплотняет только граненую часть ведущей бурильной трубы, то он не обеспечивает герметизации при прохождении через него замков или бурильных труб, имеющих круглое сечение. Степень герметизации зависит от степени поджатия уплотняющих элементов. Так как эта величина переменная (в момент подъема или опускания ведущей трубы требуется разная степень поджатия, если износ манжеты - нужно изменить поджатие), то постоянно изменяются герметизирующие свойства устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является герметизатор устья скважины, содержащий полый цилиндрический корпус с фланцами, внутри которого установлена кольцевая самоуплотняющая манжета со сквозным отверстием, верхняя и нижняя части которого выполнены цилиндрическими, а средняя - сферической, и установленный над манжетой упорный подшипник [2].

Данный герметизатор имеет те же недостатки, что и аналог [1].

Целью изобретения является повышение надежности работы герметизатора при роторном способе бурения при одновременном упрощении его конструкции.

Достигается это тем, что в известном герметизаторе устья скважины, содержащем полый цилиндрический корпус с фланцами, внутри которого установлена кольцевая самоуплотняющая манжета со сквозным отверстием, верхняя и нижняя части которого выполнены цилиндрическими, а средняя - сферической, и установленный над манжетой упорный подшипник, он снабжен дополнительным упорным подшипником, расположенным внутри корпуса под манжетой с возможностью их взаимодействия, при этом манжета выполнена с кольцевой проточкой на верхнем торцовой поверхности, которая образует с нижним торцом подшипника замкнутую кольцевую полость, частично заполненную шарами, причем часть внутренней поверхности манжеты со стороны верхнего торца на длину, равную высоте кольцевой проточки, выполнена некруглого сечения под приводную муфту, а манжета выполнена с армирующим усеченным конусом, установленным на внешней стороне кольцевой проточки. Новым является и то, что замкнутая кольцевая полость заполнена шарами на 70-90 %, а шары выполнены диаметром, равным 2-5 мм.

На чертеже изображен герметизатор, продольный разрез.

Герметизатор устья скважины состоит из полого цилиндрического корпуса 1 с осевым каналом 2 и фланцами 3,4, внутри которого установлена кольцевая самоуплотняющая манжета 5 со сквозным отверстием верхняя и нижняя части 6 которого выполнены цилиндрическими, а средняя 7 - сферической. Над манжетой 5 установлен упорный подшипник 8. Вращение от ведущей трубы (не показана) манжете 5 передается за счет выполнения ее верхней части 9 в качестве приводной муфты. Внутри корпуса 1 под манжетой 5 установлен дополнительный упорный подшипник 10 с возможностью их взаимодействия.

Манжета 5 выполнена с кольцевой проточкой 11 на верхней торцовой поверхности, которая образует с нижним торцом подшипника 8 замкнутую кольцевую полость, частично заполненную шарами 12, в пределах на 70-90%. На участке 9 часть внутренней поверхности манжеты 5 со стороны верхнего торца на длину, равную высоте кольцевой проточки 11, выполнена некруглого сечения под приводную муфту 9, а манжета 5 выполнена с армирующим усеченным конусом 13, установленным на внешней стороне кольцевой проточки 11. Размер шаров 12-(2-5) мм. Манжета 5 образует с корпусом 1 кольцевую полость 14, сообщающуюся с осевым каналом 2 через подшипник 10. Возможно видоизменение такого сообщения. Например, сообщение может быть выполнено через верхнюю обойму подшипника 10 и др. После окончания сборки герметизатора с помощью гайки 15 производят поджатие манжеты 5 с нужным усилием.

Герметизатор работает следующим образом. Предварительно подбирают манжету 5 так, чтобы бурильная труба под своим весом могла пройти через герметизатор. Далее герметизатор устанавливают на устье скважины и производят спуск бурильной колонны с долотом на конце. В процессе спуска труб герметичность достигается за счет самоуплотняющей манжеты 5. По окончании спуска бурильной колонны на ее верхний конец навинчивают ведущую бурильную трубу. При опускании ведущей бурильной трубы через герметизатор герметичность устья скважины достигается за счет следующего. В момент прохождения круглой ее части герметичность достигается за счет упругих и самоуплотняющих свойств манжеты 5. При прохождении граненой части ведущей трубы герметичность обеспечивается особым выполнением приводной муфты 9 - в виде профильного сечения верхней части манжеты 5 на высоту ее торцовой кольцевой проточки 11. При этом верхняя часть манжеты 5, выполняющая роль приводной муфты, упруго деформируется, оказывая разжимающее воздействие на шары 12, наполняющие проточку 11. Полость, образованная кольцевой проточкой 11, уменьшается в объеме. В результате шары 12 заполняют этот объем полностью. При этом шары 12, контактирующие с упругим материалом манжеты 5, вдавливаются в этот материал на определенную величину. В результате шары 12 с усилием прижимаются и к внутренней стенке усеченного конуса 13 и одновременно сжимают снаружи граненую часть манжеты 5 (т.е. на участке приводной муфты 9). Таким образом обеспечивается герметизация контакта ведущая бурильная труба-приводная муфта 9. Аналогично происходит и передача крутящего момента от ведущей бурильной трубы приводной муфте 9 и в целом манжете 5. Это приводит к тому, что манжета 5 вращается одновременно с вращением ведущей бурильной трубы. Это снижает износ внутренней части манжеты 5 и ее верхней части - приводной муфты 9. В процессе роторного способа бурения происходит износ только наружной части манжеты 5, контактирующей с внутренней стороной корпуса 1. В случае появления пропусков производят подтяжку герметизатора гайкой 13.

После отработки долота производят подъем бурильной колонны для смены долота. В процессе смены долота устье скважины перекрывают с помощью превентора с глухими плашками. В дальнейшем все работы производят в вышеописанном порядке.

За счет высокой надежности работы герметизатора и упрощения его конструкции снижаются расходы на бурение скважин растворами на нефтяной основе с противодавлением на устье скважины и улучшаются условия труда.

Использование: в нефтегазодобывающей промышленности, в частности для герметизации устья скважины при бурении с применением растворов на нефтяной основе и при наличии давления на устье скважины. Сущность изобретения: герметизатор состоит из корпуса 1, внутри которого концентрично установлена самоуплотняющая манжета 5, зажатая между верхним 8 и нижним 10 подшипниками. Верхняя часть манжеты 5 выполнена с торцовой кольцевой проточкой 11, заполненную на 70 - 90% шарами 12 диаметром 2 5 мм. Верхняя часть манжеты 5 служит приводной муфтой. В процессе спуско-подъемных операций герметизация обеспечивается цилиндрической частью манжеты. В процессе роторного бурения, когда в приводной муфте 9 находится ведущая бурильная труба, герметичность обеспечивается верхней частью манжеты 5, выполненной в виде профильного сечения ее верхней части на высоту торцовой проточки 11. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. ГЕРМЕТИЗАТОР УСТЬЯ СКВАЖИНЫ, содержащий полый цилиндрический корпус с фланцами, в котором установлена кольцевая самоуплотняющаяся манжета со сквозным отверстием, верхняя и нижняя части которой выполнены цилиндрическими, а средняя - сферической, и установленный над манжетой упорный подшипник, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным упорным подшипником, расположенным в корпусе под манжетой с возможностью их взаимодействия, при этом манжета выполнена с кольцевой проточкой на верхней торцевой поверхности, которая образует с нижним торцом подшипника замкнутую кольцевую поверхность, частично заполненную шарами, причем часть внутренней поверхности манжеты со стороны верхнего торца на длину, равную высоте кольцевой проточки, выполнена некруглого сечения под приводную муфту, а манжета выполнена с армирующим усеченным конусом, установленным на внешней стороне кольцевой проточки. 2. Герметизатор по п.1, отличающийся тем, что замкнутая кольцевая поверхность заполнена шарами на 70 - 90%. 3. Герметизатор по п.1, отличающийся тем, что шары выполнены диаметром 2 - 5 мм.