Предварительно смонтированная заменяемая вставка бурового промывочного устройства Российский патент 2017 года по МПК E21B21/02 

Настоящее изобретение относится к предварительно смонтированной заменяемой вставке бурового промывочного устройства для соединения стационарной невращающейся промывочной трубы с вращающейся промывочной трубой, которую спускают в буровую скважину.

Для выбуренной в земной коре породы, в частности для сырьевых материалов, применяют так называемые компоновки промывочной трубы, в которых бурильная головка расположена на конце вращающейся трубы. Промывочную или промывную жидкость направляют по трубе сверху вниз в буровую скважину, жидкость затем выходит на бурильной головке и возвращается вдоль снаружи вращающейся трубы на земную поверхность. Проблемой в таких скважинных устройствах является уплотнение между стационарной промывочной трубой и вращающейся промывочной трубой. Для предотвращения любых протечек на данном уплотнении между стационарной и вращающейся промывочной трубой, в частности в аспектах защиты окружающей среды, применяются по мере возможности консервативные решения. Решением уплотнения является, например, последовательное соединение из множества стационарных уплотнений, таких как сальниковые уплотнения или манжетные уплотнения. В случае выхода из строя одного из стационарных уплотнений следующее стационарное уплотнение должно выполнять функцию уплотнения. Вместе с тем, вследствие огромных нагрузок, возникающих во время бурения, эксплуатационный ресурс индивидуальных стационарных уплотнений является весьма коротким. Следовательно, необходимо заменять стационарные уплотнения через короткий период времени. Это приводит к простою буровой установки и, отсюда, к значительным расходам. Поскольку стационарные уплотнения требуется индивидуально устанавливать поверх трубных частей, усилия для замены являются также весьма значительными. Кроме указанного, документ EP 1630347 B1 раскрывает уплотнение между вращающейся и стационарной трубой с применением механического уплотнения. В принципе, механические уплотнения имеют преимущество увеличенного эксплуатационного ресурса, если возможно предотвращение повреждения скользящих поверхностей. Для поддержания скользящих поверхностей механического уплотнения всегда в контакте друг с другом, если возможно, оборудуют пружинный элемент, который во время работы прикладывает постоянную предварительную нагрузку в осевом направлении для уплотнения колец. Вследствие значительных нагрузок, возникающих во время бурения, механическое уплотнение также требует замены через некоторое время. Для данной цели оборудуют винтовой узел с мелкой резьбой для сжатия пружинных элементов в осевом направлении для снятия предварительной нагрузки на кольца уплотнения. Только тогда замена кольца уплотнения становится возможной. Данный способ замены является сложным и затратным по времени. Кроме того, кольца уплотнения удаляются или устанавливаются индивидуально, так что имеется риск повреждения скользящих поверхностей во время монтажных работ. Здесь особое внимание следует обратить на то, что уплотнение между вращающейся и стационарный промывочной трубой расположено в раструбе бурильной колонны на высоте нескольких метров и конкретные внешние условия, например, погодные и температурные, могут отрицательно влиять на операции замены, поскольку бурение выполняют во все более суровых местах, например, в штормовых морях и в Заполярье. Таким образом, замену следует выполнять с наивысшей осторожностью, невзирая на возможно весьма тяжелые внешние условия для предотвращения повреждения скользящих поверхностей. Вышесказанное также приводит к длительному и сложному процессу замены.

Кроме того, US 4,557,489 раскрывает уплотнение кольца уплотнения с компенсатором давления. Для данной цели либо создают каналы в кольцах уплотнения в радиальном направлении, такие каналы обеспечивают компенсацию давления относительно наружной периферии колец уплотнения, или создают каналы в держателях колец уплотнения, что обеспечивает компенсацию давления на наружной периферии кольца уплотнения. В случае повреждения уплотнения кольца уплотнения должны заменяться по отдельности.

Поэтому задачей настоящего изобретения является создание уплотнения между вращающейся и стационарной промывочной трубой, которое имеет простую и недорогую конструкцию и обеспечивает быструю и безопасную замену уплотнения.

Данную задачу решает предварительно смонтированная заменяемая вставка, содержащая признаки по п. 1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения показывают предпочтительные варианты осуществления изобретения.

В порядке сравнения, заменяемая вставка бурового промывочного устройства, согласно изобретению, для соединения стационарной промывочной трубы с вращающейся промывочной трубой на буровой скважине имеет преимущество в том, что замену можно производить быстро и просто. В частности, согласно изобретению, можно предотвращать повреждение уплотнения во время операции замены. Благодаря изобретению возможно применение механического уплотнения, которое по сравнению с последовательно соединенными сальниковыми устройствами, значительно увеличенный эксплуатационный ресурс. Время простоя во время операций бурения можно при этом минимизировать. Данное достигается, согласно изобретению, благодаря применению предварительно смонтированной заменяемой вставки с механическим уплотнительным узлом, которую можно предварительно собирать в цеху и можно затем заменять, как блок в сборе на буровой вышке. Согласно изобретению заменяемая вставка содержит, в дополнение к стационарному и вращающемуся уплотнительному кольцу, два носителя уплотнительного кольца, а также регулирующий механизм с винтовым соединением для обеспечения после вставления заменяемой вставки в буровое промывочное устройство удлинения заменяемой вставки в осевом направлении для установления соединения со стационарной и вращающейся промывочной трубой. Кроме того, предварительно смонтированная заменяемая вставка содержит соединительный компонент для соединения заменяемой вставки со стационарной промывочной трубой. При этом выполняют осевую регулировку относительного положения соединительного компонента и других компонентов заменяемой вставки. Следовательно, можно выполнять изменение (удлинение и укорачивание) осевой длины заменяемой вставки. Когда уплотнение повреждается, осевый регулирующий механизм повторно приводят в действие для демонтажа, при этом осевую длину заменяемой вставки уменьшают, и становится возможным удаление заменяемой вставки из зоны между стационарной и вращающейся промывочной трубой и ее замена новой предварительно смонтированной заменяемой вставкой. Операция замены занимает всего несколько минут, так что относительно высокую стоимость заменяемой вставки в сборе можно в значительной мере компенсировать благодаря короткому времени замены. Дополнительное преимущество применения заменяемой вставки состоит в том, что новые вспомогательные уплотнительные элементы можно всегда использовать с каждой новой заменяемой вставкой. Данное невозможно, когда заменяют только кольца уплотнения. Результатом здесь также является сокращенное техобслуживание.

Для обеспечения простоты монтажа и демонтажа предварительно смонтированной заменяемой вставки в промывочном устройстве для промывки буровой скважины винтовое соединение предпочтительно содержит наружную втулку с внутренний резьбой и внутреннюю втулку с наружной резьбой. Внутренняя втулка здесь предпочтительно соединена с носителем стационарного уплотнительного кольца. Таким образом, осевую длину предварительно смонтированной заменяемой вставки можно изменять, регулируя положение наружной втулки относительно внутренней втулки с помощью резьбы, при этом возможно безопасное размещение заменяемой вставки на стационарной и вращающейся промывочной трубе. Аналогично, демонтаж является возможным с помощью уменьшения осевой длины заменяемой вставки вращением наружной втулки относительно внутренней втулки. Таким образом, монтаж/демонтаж механик может выполнять без проблем также в тяжелых погодных условиях.

Для безопасного приведения во вращение второй носитель уплотнительного кольца содержит по меньшей мере один осево-выступающий выступ для передачи крутящего момента с вращающейся промывочной трубы на второй носитель уплотнительного кольца.

Также предпочтительно, второй носитель уплотнительного кольца выполнен из двух частей, первой части носителя и второй части носителя, где вторая часть носителя является совмещающим кольцом. Совмещающее кольцо выполняют для выставления второго носителя уплотнительного кольца в окружном направлении. Данное является необходимым, поскольку крутящий момент передается от вращающейся промывочной трубы через второй носитель уплотнительного кольца на вращающееся уплотнительное кольцо.

Предпочтительно, создают соединение с геометрическим замыканием между носителем вращающегося уплотнительного кольца и вращающейся промывочной трубой, например, в виде выступов, которые выступают на носителе уплотнительного кольца радиально наружу и/или в осевом направлении и которые сцепляются с соответствующими выемками на вращающейся промывочной трубе. При этом совмещение в окружном направлении можно выполнить быстро и просто даже в экстремально тяжелых условиях.

Соединительный компонент предпочтительно содержит окружную канавку для соединение с геометрическим замыканием со стационарной промывочной трубой.

Для исключения повреждения предварительно смонтированной заменяемой вставки во время сборки или во время транспортировки заменяемая вставка предпочтительно содержит транспортный фиксатор. Транспортный фиксатор содержит по меньшей мере один пружинный элемент для приложения смещающей или предварительной нагрузки на механический уплотнительный узел до конечной сборки заменяемой вставки. Предварительная нагрузка здесь прикладывается на кольца уплотнения так, что скользящие поверхности колец уплотнения надежно упираются друг в друга для предотвращения повреждения скользящих поверхностей. Транспортный фиксатор здесь расположен между соединительным компонентом со стационарной промывочной трубой и первым носителем уплотнительного кольца для удержания стационарного уплотнительного кольца. Транспортный фиксатор дополнительно выполнен так, что в окончательно смонтированном состоянии заменяемой вставки предварительная нагрузка не прикладывается на механическое уплотнение во время работы. Данное, например, получают путем того, что предусматривают пружинные элементы, которые не прикладывают предварительную нагрузку в окончательно смонтированном состоянии заменяемой вставки, при этом осевая длина заменяемой вставки увеличена регулирующим осевое положение механизмом. Пружинный элемент может, например, иметь соответствующую малую длину, так что в окончательно смонтированном, в осево-выдвинутом состоянии заменяемой вставки предварительная нагрузка не прикладывается на кольца уплотнения. Благодаря собственной массе уплотнительного кольца и первого носителя уплотнительного кольца, стационарное уплотнительное кольцо, тем не менее, надежно лежит на вращающемся уплотнительном кольце.

Также предпочтительно, первый носитель уплотнительного кольца, на котором расположено стационарное уплотнительное кольцо, имеет заплечик на своей внутренней окружности. Действие заплечика заключается в том, что среда, которая перемещается через заменяемую вставку под давлением, прикладывает давление на кольца уплотнения через заплечик, при этом достигается надежный контакт скользящих поверхностей кольца уплотнения.

Для предотвращения ситуации, где давление на кольцах уплотнения во время работы становится чрезмерно высоким, вращающееся и стационарное уплотнительное кольцо предпочтительно снабжены соответствующим скосом на внутренней окружности. Скос проходит предпочтительно от внутренней окружности кольца уплотнения до половины ширины уплотнительного кольца. В частности, предпочтительно выполнение одинаковых скосов на обоих кольцах уплотнения.

Для особенно безопасной работы внутренняя втулка регулирующего механизма предпочтительно снабжена внутри направляющей поверхностью для вращающегося уплотнительного кольца. Направляющую поверхность можно, например, выполнить, создавая внутреннюю выточку, с небольшим промежутком между стенкой внутренней выточки и вращающимся уплотнительным кольцом для исключения трения между вращающимся уплотнительным кольцом и втулкой во время работы. В варианте небольших отклонений внутренняя часть внутренней втулки должна при этом возвращать вращающееся уплотнительное кольцо обратно в неконтактное нормальное положение.

Также предпочтительно, регулирующий механизм заменяемой вставки содержит средство предотвращения вращения. Средство предотвращения вращения является предпочтительно болтом с резьбой или т.п. Средство предотвращения вращения при этом обеспечивает надежное удержание положения наружной втулки относительно внутренней втулки во время работы. Другими словами, после регулирования осевой длины заменяемой вставки, которое выполняют вращением наружной втулки относительно внутренней втулки, их положение фиксируют средством предотвращения вращения. Перед демонтажом средство предотвращения вращения должно естественно высвобождаться, обеспечивая вновь вращение наружной втулки относительно внутренней втулки для обеспечения уменьшения осевой длины заменяемой вставки.

Средство предотвращения вращения особенно предпочтительно является резьбовым болтом с подпружиненный блокирующим элементом, в частности подпружиненным шаром, который расположен на конце резьбового болта. В начальном положении, в котором заменяемая вставка осево не выдвинута, блокирующий элемент сцеплен в первой выемке на наружной втулке. При этом создается базовое положение предварительно смонтированной заменяемой вставки. Во время предварительной сборки механик может таким образом легко определить, что положение предварительного монтажа достигнуто. Кроме того, на наружной втулке создана вторая выемка, в которой блокирующий элемент фиксируется на месте, когда заменяемая вставка достигает конечного состояния осевого выдвижения, т.е. конечного состояния в процессе сборки. Таким образом, имеется также индикатор, указывающий правильное положение для достижения конечного положения заменяемой вставки в установленном состоянии. Данные меры значительно облегчают сборку, которая, как упомянуто, должна проводиться частично в экстремальных условиях воздействия внешней среды. При наличии подпружиненного блокирующего элемента блокирование на месте во время сборки и блокирование при отводе с места установки во время разборки происходит автоматически благодаря вращению между наружной втулкой и внутренней втулкой винтового соединения.

Средство предотвращения вращения предпочтительно расположено на кронштейне, соединенном с внутренней втулкой, наружная втулка расположена между кронштейном и внутренней втулкой. Внутренняя втулка предпочтительно имеет длину в осевом направлении больше длины в осевом направлении наружной втулки. Кроме того, внутренняя втулка предпочтительно содержит зону, проходящую в осевом направлении, выполненную для прикрепления инструмента, регулирующего винтовое соединение.

Также предпочтительно, вращающееся и стационарное уплотнительное кольцо, каждое, снабжено бандажом. Кольца уплотнения могут при этом выдерживать нагрузки от высокого давления.

Кроме того, настоящее изобретение относится к буровому промывочному устройству с предварительно смонтированной заменяемой вставкой согласно изобретению.

Ниже подробно описан предпочтительный вариант осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.

На фиг. 1 схематично показано буровое промывочное устройство, в котором применяется предварительно смонтированная заменяемая вставка согласно изобретению.

На фиг. 2 схематично показана в изометрии операция замены заменяемой вставки.

На фиг. 3 схематично показана часть сечения заменяемой вставки во время первого шага монтажа, на котором заменяемую вставку вдвигают в буровое промывочное устройство.

На фиг. 4 схематично показана часть сечения заменяемой вставки, здесь заменяемая вставка соединена со стационарной промывочной трубой.

На фиг. 5 схематично показана часть сечения заменяемой вставки в процессе соединения с вращающейся промывочной трубой.

На фиг. 6 схематично показано в изометрии регулирующее кольцо для выставления заменяемой вставки относительно вращающейся промывочной трубы.

На фиг. 7 схематично показана часть сечения заменяемой вставки в смонтированном состоянии.

На фиг. 8 схематично показано сечение заменяемой вставки в смонтированном состоянии, при этом стационарная и вращающаяся промывочная труба не показаны для ясности.

Заменяемая вставка 1 согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения описана подробно ниже со ссылкой на фиг. 1-8.

Как показано на фиг. 1, заменяемая вставка 1 применяется в буровом промывочном устройстве 100. Буровое промывочное устройство 100 содержит буровую вышку 101 и выполнено с возможностью введения промывного или промывочного средства сверху в буровую скважину 106 (стрелка A). Буровое промывочное устройство 100 содержит стационарную промывочную трубу 102 и вращающуюся промывочную трубу 103, имеющую свободный конец, на котором расположена бурильная головка 104. Промывочное средство вводится с помощью насоса 105 через стационарную промывочную трубу 102 во вращающуюся промывочную трубу 103 и выходит на бурильной головке 104. Промывочное средство затем проходит снаружи вращающейся промывочной трубы 103 обратно на поверхность в сепаратор 107. В сепараторе 107 выбуренная порода или т.п., удаленная промывкой из буровой скважины 106, сепарируется от промывочного средства, которое затем используют в системе рециркуляции.

Согласно изобретению создана предварительно смонтированная заменяемая вставка 1, которую можно заменять полностью. Это схематично указано на фиг. 2 двойной стрелкой B. Предварительно смонтированную заменяемую вставку в данном случае устанавливают в пространстве 112 между стационарной промывочной трубой 102 и вращающейся промывочной трубой 103. Первый адаптер 108 выполнен на свободном конце стационарной промывочной трубы 102, и второй адаптер 109 выполнен на противоположном свободном конце вращающейся промывочной трубы 103. Кроме того, первый адаптер 108 имеет выполненные на нем первый и второй кронштейны 110, 111 с направляющей, которые обеспечивают простое вставление предварительно смонтированной заменяемой вставки 1. Для данной цели два направляющих элемента 10, 11 выполнены на сменной вставке 1 на соединительном компоненте 5. Направляющие элементы 10, 11 здесь располагаются нижней стороной на кронштейны 110, 111 с направляющей по типу рельса, так что вес заменяемой вставки 1 после установки на кронштейны 110, 111 с направляющей несут кронштейны, и установочная операция облегчается. Соединительный компонент 5 дополнительно содержит окружную канавку 50 для сцепления с кронштейнами 110, 111 с направляющей.

Как специально показано на фиг. 3 и 8, предварительно смонтированная заменяемая вставка 1, согласно изобретению, содержит механический уплотнительный узел 2 со стационарным уплотнительным кольцом 20 и вращающимся уплотнительным кольцом 21. Уплотнительный промежуток 26 образован между двумя кольцами уплотнения. Стационарное уплотнительное кольцо 20 закрывает первый бандаж 22, и вращающееся уплотнительное кольцо 21 закрывает второй бандаж 23.

Кроме того, стационарное уплотнительное кольцо 20 снабжено первым скосом 24 на своей внутренней окружной стороне, и вращающееся уплотнительное кольцо 21 снабжено вторым скосом 25, зеркально по отношению к промежутку уплотнения. Два скоса 24, 25 проходят в радиальном направлении заменяемой вставки до осевой линии поверхности уплотнительных колец 20, 21.

Заменяемая вставка 1 дополнительно содержит первый носитель 3 уплотнительного кольца, который удерживает стационарное уплотнительное кольцо 20, и второй носитель 4 уплотнительного кольца, который удерживает вращающееся уплотнительное кольцо 21. Первый носитель 3 уплотнительного кольца выполнен из двух частей, первой части 31 носителя и второй части 32 носителя. Кроме того, по окружности внутренней поверхности первого носителя 3 уплотнительного кольца выполнен заплечик 33.

Второй носитель 4 уплотнительного кольца также выполнен из двух частей, первой части 41 носителя и второй части носителя, которая является регулирующим кольцом 42, и дополнительно содержит множество выступов 43, проходящих в осевом направлении X-X заменяемой вставки 1. Выступы 43 служат для передачи крутящего момента от приведенной в действие вращающейся промывочной трубы 103 через второй адаптер 109 и второй носитель 4 уплотнительного кольца на вращающееся уплотнительное кольцо 21.

Кроме того, предварительно смонтированная заменяемая вставка 1 содержит регулирующий механизм 6 с винтовым соединением 60. Регулирующий механизм 6 содержит наружную втулку 61 с внутренней резьбой 63 и внутреннюю втулку 62 с наружной резьбой 64. Внутренняя резьба 63 и наружная резьба 64 входят в зацепление друг с другом, и при вращении наружной втулки 61 относительно внутренней втулки 62 предварительно смонтированная заменяемая вставка удлиняется в осевом направлении X-X регулирующего механизма 6. На фиг. 2 показана начальная длина L1 предварительно смонтированной заменяемой вставки 1 в осевом направлении. На фиг. 8 показана осевая длина L2 при полном выдвижении, которая больше на величину L3 начальной длины L1.

Внутренняя втулка 62 закрывает механическое уплотнение 2 в радиальном направлении и обеспечивает направляющую поверхность 66 для вращающегося уплотнительного кольца 21 на радиально наружной стороне бандажа 23. Кроме того, внутренняя втулка 62 удерживает второй носитель 4 уплотнительного кольца с помощью регулирующего кольца 42 второго носителя 4 уплотнительного кольца.

Кроме того, заменяемая вставка 1, согласно изобретению, содержит множество пружинных элементов 7, которые расположены между соединительным компонентом 5 для соединения со стационарной промывочной трубой 102 и первым носителем 3 уплотнительного кольца. Каждый пружинный элемент 7 расположен вокруг пальца 70 для направления и позиционирования пружинных элементов. Пружинные элементы 7 расположены в гнездах 51 в соединительном компоненте 5.

Пружинные элементы 7 обеспечивают то, что в состоянии, в котором заменяемая вставка не является окончательно смонтированной (фиг. 2, 3 и 4), сила F прилагается через первый носитель 3 уплотнительного кольца на стационарное уплотнительное кольцо 20, при этом стационарное уплотнительное кольцо 20 надежно упирается на вращающемся уплотнительном кольце 21, и скользящие поверхности касаются друг друга (см. фиг. 4). В состоянии, когда вставка окончательно смонтирована, которое показано на фиг. 7 и 8, пружинные элементы 7 не прикладывают силы давления пружины на механическое уплотнение 2. Данное, например, получают с помощью соответствующего подбора длины пружин 7, в результате в состоянии, когда заменяемая вставка 1 окончательно смонтирована, в буровом промывочном устройстве 100 существует расстояние 71 между концом пружинных элементов 7 и соединительным компонентом 5, как показано на фиг. 8.

Таким образом, пружинные элементы 7 образуют транспортный фиксатор, который до окончательного монтажа заменяемой вставки 1 прикладывает постоянную предварительную нагрузку в осевом направлении X-X на механическое уплотнение.

Кроме того, уплотнительный элемент 8 расположен между соединительным компонентом 5 и первым носителем 3 уплотнительного кольца. Кроме того, заменяемая вставка 1 содержит первый, второй, третий и четвертый вспомогательные уплотнительные элементы 12, 13, 14, 15. Первый вспомогательный уплотнительный элемент 12 уплотняется между соединительным компонентом 5 и стационарной промывочной трубой 102, второй вспомогательный уплотнительный элемент 13 уплотняется между первым носителем 3 уплотнительного кольца и стационарным уплотнительным кольцом 20, третий вспомогательный уплотнительный элемент 14 уплотняется между вращающимся уплотнительным кольцом 20 и вторым носителем 4 уплотнительного кольца, и четвертый вспомогательный уплотнительный элемент 15 уплотняется между вторым носителем 4 уплотнительного кольца и вторым адаптером 109 относительно вращающейся промывочной трубы 103.

Регулирующее кольцо 42 второго носителя уплотнительного кольца, которое поворачивается снаружи предварительно смонтированной заменяемой вставки 1 с помощью инструмента на проемах 9, обеспечивает выставление второго носителя 4 уплотнительного кольца в окружном направлении. Это необходимо для обеспечения передачи крутящего момента через выступы 53, которые выступают в осевом направлении X-X, от второго адаптера 109 через второй носитель 4 уплотнительного кольца к вращающемуся уплотнительному кольцу 21. Данный процесс можно видеть на фиг. 5 и 6.

Второй адаптер 109 содержит выемки 44, выполненные конформными с выступами 43, для обеспечения соединения с геометрическим замыканием между вторым адаптером 109 и регулирующим кольцом 42.

Кроме того, создано средство 16 предотвращения вращения для фиксирования относительного положения регулирующего механизма 6 между наружной втулкой 61 и внутренней втулкой 62. Средство 16 предотвращения вращения данного варианта осуществления является резьбовым болтом, который фиксирует положение наружной втулки 61 относительно внутренней втулки 62. Резьбовой болт содержит подпружиненный шар, который в положении до установки на торец блокирован в первой выемке 67 на наружной круговой поверхности наружной втулки 61 (фиг. 3). Средство предотвращения вращения здесь расположено на кронштейне 69, который соединен с внутренней втулкой, так что наружная втулка 61 расположена между кронштейном 69 и внутренней втулкой (см. фиг. 3 и 4). В положении полного окончательного монтажа (на фиг. 7) шар блокирован во второй выемке 68 на наружной втулке 61, которая служит в качестве индикатора, указывающего, что достигнуто конечное положение осево-выдвинутой заменяемой вставки. Две выемки 67, 68 расположены на расстоянии около четверти оборота между внутренней втулкой и наружной втулкой на окружности наружной втулки 61. С помощью блокирования шара в выемках 67, 68, механик имеет во время соответствующей предварительной установки заменяемой вставки индикатор, указывающий правильное положение компонентов внутренней втулки и наружной втулки относительно друг друга, а также положение установки на торец с помощью блокирования во второй выемке 68. Данное средство обеспечивает надежную установку также при самых тяжелых условиях окружающей среды.

Поскольку заменяемая вставка является предварительно смонтированной, согласно изобретению, заменяемую вставку можно полностью предварительно собирать без проблем в цеху. Все вспомогательные уплотнительные элементы 12, 13, 14, 15 можно здесь также просто заменять. Транспортный фиксатор с пружинными элементами 7 обеспечивает во время транспортировки и установки вплоть до достижения конечного установочного положения постоянное приложение предварительной нагрузки на уплотнительные кольца 20, 21, так что скользящие поверхности колец уплотнения упираются друг в друга, и повреждение скользящих поверхностей можно предотвратить. Согласно изобретению, полную замену заменяемой вставки с механическим уплотнительным узлом можно при этом обеспечивать просто и быстро. Таким образом, во время каждой замены заменяемой вставки можно применять новые вспомогательные уплотнительные элементы, в результате сокращается объем техобслуживания и соответственно получают увеличенный рабочий ресурс заменяемой вставки. В случае замены на новую заменяемой вставки каждый из пружинных элементов 7 можно также заменять, если необходимо. Поскольку пружинные элементы 7 расположены в гнездах 51, они удовлетворительно защищены от перекачиваемой среды, так что замена пружинных элементов 7 часто не требуется.

Операция замены описана подробно ниже. После удаления вставки, подлежащей замене, из бурового промывочного устройства 100 новую предварительно смонтированную заменяемую вставку 1 вставляют в буровое промывочное устройство 100, как показано на фиг. 2. Новую предварительно смонтированную заменяемую вставку 1 вталкивают по окружной канавке 50 и направляющим элементам 10, 11 на два кронштейна 110, 111 с направляющей, так что после короткого пути вталкивания полный вес заменяемой вставки 1 несут кронштейны 110, 111 с направляющей. Это значительно облегчает монтаж заменяемой вставки, который в нормальных условиях выполняют на некоторой высоте в буровой вышке 101 и должны также выполнять в экстремальных погодных условиях. Здесь механик должен просто вталкивать предварительно смонтированную заменяемую вставку 1 вдоль кронштейнов 110, 111 с направляющей в положение монтажа. Данное положение после вставления показано на фиг. 3. Установлено первое расстояние 80 между поверхностью соединительного компонента 5 и поверхностью первого адаптера 108, который расположен на стационарной промывочной трубе 102 (см. фиг. 3).

В следующем шаге данное первое расстояние 80 сокращается, поскольку первый адаптер 108 выдвигается в осевом направлении X-X заменяемой вставки (фиг. 3). Здесь первый адаптер 108 содержит наружное кольцо 118 и внутреннее кольцо 128, между которыми расположена резьба 129, так что внутреннее кольцо 128 входит в контакт с соединительным компонентом 5 при вращении по меньшей мере одного из колец. Данное положение показано на фиг. 4. В данном варианте осуществления наружное кольцо 118 содержит первые выемки 119 под инструмент в виде цилиндрических отверстий для обеспечения относительного вращения между наружным кольцом 118 и внутренним кольцом 128. При этом устанавливается соединение между предварительно смонтированной заменяемой вставкой 1 и стационарной промывочной трубой 102 через первый адаптер 108. Поскольку соединение является статическим, первый вспомогательный уплотнительный элемент 12 является адекватным для уплотнения. Осевая длина L1 предварительно смонтированной заменяемой вставки до данного момента не изменяется.

В следующем шаге устанавливают соединение между предварительно смонтированной заменяемой вставкой 1 и вращающейся промывочной трубой 103. Для данной цели регулирующий механизм 6 приводят в действие, при этом внутренняя втулка 62 вращается относительно наружной втулки 61. Внутренняя втулка 62 также содержит участок, на который воздействуют снаружи и в котором выполнено множество вторых выемок 65 под инструмент для прикрепления инструмента. Внутренняя втулка 62 здесь вращается относительно наружной втулки 61 до достижения положения, показанного на фиг. 5d. В данном положении конечное соединение между предварительно смонтированной заменяемой вставкой 1 и вторым адаптером 109 на вращающейся промывочной трубе 103 еще не устанавливается, но должно осуществляться совмещение механизма передачи крутящего момента между вторым адаптером 109 и вторым носителем 4 уплотнительного кольца. Для данной цели регулирующее кольцо 42 поворачивают в окружном направлении, что также возможно с помощью инструмента, который можно прикреплять снаружи к регулирующему кольцу 42. Совмещение является таким, где выступы 43 второго носителя 4 уплотнительного кольца расположены поверх соответствующих выемок 44 второго адаптера 109, как показано на фиг. 6.

После выполнения совмещения внутреннюю втулку 62 регулирующего механизма 6 дополнительно поворачивают относительно наружной втулки 61, так что производится дополнительное удлинение заменяемой вставки 1 в осевом направлении X-X до достижения соединительного концевого положения, которое показано на фиг. 7 и 8 (осевая длина L2).

На фиг. 8 также показана предварительно смонтированная заменяемая вставка в соединительном конечном положении без первого и второго адаптера 108, 109 стационарной и вращающейся промывочной трубы для ясности.

Благодаря осевому удлинению заменяемой вставки 1 пружинные элементы 7 могут полностью разгрузить, при этом имеется расстояние 71 от пружин, показанное на фиг. 8 между свободным концом пружинного элемента 7 и соединительным компонентом 5. Во время работы давление на кольца уплотнения затем нарастает через заплечик 33. Пружинные элементы можно также разработать без расстояния от соединительного компонента 5 до пружины, но так, что пружинная сила больше не прикладывается между соединительным компонентом 5 и первым носителем 4 уплотнительного кольца.

Пружинные элементы 7 здесь расположены в соответствующих гнездах 51 в соединительном компоненте 5.

В последнем шаге средство 16 предотвращения вращения активируют для закрепления положения наружной втулки 61 относительно внутренней втулки 62 регулирующего механизма 6. Здесь шар средства предотвращения вращения блокируется на месте во второй выемке 68. При этом механик имеет индикатор, который указывает, что заменяемая вставка выдвинута на правильную осевую длину L2. Теперь буровое промывочное устройство 100 вновь готово к работе.

Во время работы давление прикладывается через заплечик 33 на первом носителе 3 уплотнительного кольца на кольца уплотнения, при этом надежное уплотнение становится возможным на промежутке 26 уплотнения. В зависимости от варианта применения, требуемое давление можно здесь конфигурировать, изменяя длину скосов 24, 25 в радиальном направлении кольца уплотнения. В положении, когда заменяемая вставка 1 окончательно смонтирована, она имеет осевую длину L2 (фиг. 8), равную увеличенной на величину L3 осевой длине L1 (фиг. 2).

Благодаря патентоспособной идее создания предварительно смонтированной заменяемой вставки с механическим уплотнительным узлом 2, становится возможной быстрая и надежная замена также и в тяжелых условиях окружающей среды. Кроме того, заменяемая вставка 1 может обеспечивать применение колец уплотнения, как уплотнения в буровом промывочном устройстве 100, в котором в сравнении с существующей техникой получают более продолжительный эксплуатационный ресурс уплотнения между вращающейся и стационарной промывочной трубой. Заменяемой вставкой может здесь управлять один механик.

Благодаря выполнению окружной канавки 50 на соединительном компоненте 5 становится практически невозможным неправильный монтаж. Для приведения предварительно смонтированной заменяемой вставки 1 в конечное положение требуется только приведение в действие двух резьбовых регулирующих механизмов, одного - на первом адаптере 108 на стационарной промывочной трубе 102 и второго - на заменяемой вставке 1 (регулирующий механизм 6). Данный процесс можно также выполнять в тяжелых условиях окружающей среды. Кроме того, повреждение колец уплотнения во время операции замены можно надежно предотвратить, поскольку пружинные элементы 7, образующие транспортный фиксатор, прикладывают предварительную нагрузку на кольца уплотнения вплоть до установки в конечное положение монтажа. Манипуляции с индивидуальными кольцами уплотнения, которые в существующей технике часто ведут к серьезным повреждениям колец уплотнения с соответствующим уменьшением их эксплуатационного ресурса, здесь также не требуется.

Перечень ссылочных позиций

1 заменяемая вставка

2 механический уплотнительный узел

3 первый носитель уплотнительного кольца

4 второй носитель уплотнительного кольца

5 соединительный компонент

6 регулирующий механизм

7 пружинный элемент

8 уплотнительный элемент

9 проем

10, 11 направляющие элементы

12-15 вспомогательные уплотнительные элементы

16 средство предотвращения вращения

17 предварительно нагруженный блокирующий элемент

20 стационарное уплотнительное кольцо

21 вращающееся уплотнительное кольцо

22 первый бандаж

23 второй бандаж

24 первый скос

25 второй скос

26 промежуток уплотнения

31 первая несущая часть

32 вторая несущая часть

33 заплечик

41 первая несущая часть

42 регулирующее кольцо

43 выступ

44 выемка

50 окружная канавка

51 гнездо

60 винтовое соединение

61 наружная втулка

62 внутренняя втулка

63 внутренняя резьба

64 наружная резьба

65 выемка

66 направляющая поверхность

67 первая выемка

68 вторая выемка

69 кронштейн

70 установочный палец

71 расстояние от пружины

80 первое расстояние

100 буровое промывочное устройство

101 буровая вышка

102 стационарная промывочная труба

103 вращающаяся промывочная труба

104 бурильная головка

105 насос

106 буровая скважина

107 сепаратор

108 первый адаптер

109 второй адаптер

110, 111 кронштейны с направляющей

112 пространство

118 наружное кольцо

128 внутреннее кольцо

129 резьба

Изобретение относится к предварительно смонтированной заменяемой вставке бурового промывочного устройства для соединения стационарной промывочной трубы с вращающейся промывочной трубой буровой скважины. Вставка содержит механический уплотнительный узел со стационарным уплотнительным кольцом и вращающимся уплотнительным кольцом, первый носитель уплотнительного кольца, на котором расположено стационарное уплотнительное кольцо, второй носитель уплотнительного кольца, на котором расположено вращающееся уплотнительное кольцо, соединительный компонент, который выполнен с возможностью соединения заменяемой вставки со стационарной промывочной трубой, и регулирующий механизм, выполненный с возможностью действия в осевом направлении с винтовым соединением для изменения осевой длины заменяемой вставки, при этом винтовое соединение соединено со вторым носителем уплотнительного кольца для обеспечения регулирования в осевом направлении второго носителя уплотнительного кольца, механического уплотнительного узла и первого носителя уплотнительного кольца относительно соединительного компонента. Упрощается конструкция, увеличивается эксплуатационный ресурс, обеспечивается быстрая и безопасная замена. 14 з.п.

ф-лы, 8 ил.

1. Предварительно смонтированная заменяемая вставка бурового промывочного устройства для соединения стационарной промывочной трубы с вращающейся промывочной трубой буровой скважины, содержащая:

- механический уплотнительный узел (2) со стационарным уплотнительным кольцом (20) и вращающимся уплотнительным кольцом (21),

- первый носитель (3) уплотнительного кольца, на котором расположено стационарное уплотнительное кольцо (20),

- второй носитель (4) уплотнительного кольца, на котором расположено вращающееся уплотнительное кольцо (21),

- соединительный компонент (5), который выполнен с возможностью соединения заменяемой вставки со стационарной промывочной трубой, и

- регулирующий механизм (6), выполненный с возможностью действия в осевом направлении (X-X) с винтовым соединением (60) для изменения осевой длины (L1, L2) заменяемой вставки,

- при этом винтовое соединение (60) соединено со вторым носителем (4) уплотнительного кольца для обеспечения регулирования в осевом направлении (X-X) второго носителя (4) уплотнительного кольца, механического уплотнительного узла (2) и первого носителя (3) уплотнительного кольца относительно соединительного компонента (5).

2. Заменяемая вставка по п. 1, отличающаяся тем, что винтовое соединение (60) содержит наружную втулку (61) с внутренней резьбой (63) и внутреннюю втулку (62) с наружной резьбой (64).

3. Заменяемая вставка по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что второй носитель (4) уплотнительного кольца содержит по меньшей мере один выступ (43), выступающий в осевом направлении (X-X) для передачи крутящего момента с вращающейся промывочной трубы на второй носитель (4) уплотнительного кольца.

4. Заменяемая вставка по п. 3, отличающаяся тем, что второй носитель (4) уплотнительного кольца содержит совмещающее кольцо (42) для выставления второго носителя (4) уплотнительного кольцав окружном направлении.

5. Заменяемая вставка по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что соединительный компонент (5) содержит окружную канавку (50) для соединения с геометрическим замыканием со стационарной промывочной трубой.

6. Заменяемая вставка по любому из пп. 1 или 2, дополнительно содержащая транспортный фиксатор по меньшей мере с одним пружинным элементом (7), который до окончательного монтажа предварительно смонтированной заменяемой вставки прикладывает предварительную нагрузку на механический уплотнительный узел (2) и не прикладывает предварительной нагрузки на механическое уплотнение (2) в окончательно смонтированном состоянии заменяемой вставки.

7. Заменяемая вставка по п. 6, отличающаяся тем, что транспортный фиксатор расположен между соединительным компонентом (5) и первым носителем (3) уплотнительного кольца.

8. Заменяемая вставка по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что первый носитель (3) уплотнительного кольца содержит заплечик (33), расположенный на его внутренней окружности.

9. Заменяемая вставка по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что стационарное уплотнительное кольцо (20) и/или вращающееся уплотнительное кольцо (21) содержит скос (24, 25) на внутренней окружности.

10. Заменяемая вставка по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что внутренняя втулка (62) регулирующего механизма (6) содержит внутри направляющую поверхность (66) для вращающегося уплотнительного кольца (21).

11. Заменяемая вставка по п. 1, отличающаяся тем, что регулирующий механизм (6) содержит средство (16) предотвращения вращения для закрепления в нужном положении наружной втулки (61) относительно внутренней втулки (62).

12. Заменяемая вставка по п. 11, отличающаяся тем, что средство (16) предотвращения вращения содержит резьбовой болт с блокирующим элементом (17), который подпружинен на конце резьбовой болта и который в предварительно смонтированном

положении фиксируется в первой выемке (67) на наружной втулке (61) и в окончательно смонтированном положении фиксируется во второй выемке (68) на наружной втулке (61).

13. Заменяемая вставка по п. 11 или 12, отличающаяся тем, что средство (16) предотвращения вращения расположено на кронштейне (69), который соединен с внутренней втулкой (62), при этом наружная втулка (61) расположена между кронштейном (69) и внутренней втулкой (62).

14. Заменяемая вставка по п. 2, отличающаяся тем, что внутренняя втулка (61) имеет длину в осевом направлении (X-X) больше длины в осевом направлении (X-X) наружной втулки (61).

15. Заменяемая вставка по п. 14, отличающаяся тем, что внутренняя втулка (62) содержит участок, который выполнен удлиненным в осевом направлении (X-X) и который выполнен для прикрепления инструмента для регулировки винтового соединения (60).