БУРОВОЕ ПРОМЫВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО С ПРЕДВАРИТЕЛЬНО СМОНТИРОВАННОЙ ЗАМЕНЯЕМОЙ ВСТАВКОЙ Российский патент 2017 года по МПК E21B21/02 

Настоящее изобретение относится к буровому промывочному устройству с предварительно смонтированной заменяемой вставкой для соединения стационарной не вращающейся 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, применяютcя 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 1 630 347 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 стационарной 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. Это также приводит к длительному и сложному процессу замены.

Кроме того, US 4,557,489 раскрывает уплотнение с 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.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание бурового промывочного устройства с вращающейся и стационарной промывочной трубой, имеющего простую и недорогую конструкцию, обеспечивающую быструю замену уплотнительного кольца.

Данную задачу решает буровое промывочное устройство, содержащее признаки по п. 1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения показывают предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Буровое промывочное устройство, согласно изобретению, имеет преимущество в том, что замену уплотнительных колец можно выполнить очень быстро и легко Согласно изобретению создают предварительно устанавливаемую съемную заменяемую вставку для соединения стационарной промывочной трубы с вращающейся промывочной трубой, причем предварительно устанавливаемая заменяемая вставка содержит механический уплотнительный узел со стационарным уплотнительным кольцом и вращающимся уплотнительным кольцом. Создают первый адаптер, расположенный между стационарной промывочной трубой и предварительно устанавливаемой заменяемой вставкой. Первый адаптер неподвижно крепится к стационарной промывочной трубе и содержит первый регулирующий механизм, действующий в осевом направлении. Предварительно устанавливаемая заменяемая вставка сама содержит второй регулирующий механизм, функционально предназначенный для изменения в осевом направлении длины заменяемой вставки. Таким образом, создают два отдельных регулирующих механизма согласно изобретению, причем один из двух регулирующих механизмов расположен на стационарной промывочной трубе и другой из двух регулирующих механизмов интегрирован в предварительно устанавливаемую заменяемую вставку. При этом возможно вначале выдвинуть первый регулирующий механизм на первом адаптере после вставления предварительно устанавливаемой заменяемой вставки в зоне между стационарной и вращающейся промывочной трубой, при этом заменяемая вставка плотно крепится к первому адаптеру, и затем активировать второй регулирующий механизм, которым предварительно устанавливаемая заменяемая вставка соединяется с вращающейся промывочной трубой. Таким образом, требуется создание двух регулирующих механизмов согласно изобретению, но ими можно управлять быстро и легко, одним за другим, что делает возможной быструю замену предварительно устанавливаемой заменяемой вставки. Кроме того, поскольку в предварительно устанавливаемой заменяемой вставке применяютcя механические уплотнения, можно получить весьма продолжительный эксплуатационный ресурс заменяемой вставки в сравнении с последовательно соединенными сальниковыми устройствами. Кроме того, предварительно устанавливаемую заменяемую вставку можно предварительно устанавливать в цеху, или т.п., так что все вспомогательные уплотнительные элементы и возможно существующие пружинные элементы можно также заменить. Данное также дает увеличенный эксплуатационный ресурс заменяемой вставки.

Предпочтительно, первый регулирующий механизм содержит первое винтовое соединение с наружным кольцом и внутренним кольцом, между которыми выполнена резьба. Осевую длину между первым адаптером и предварительно устанавливаемой заменяемой вставкой можно при этом адаптировать с помощью вращения наружного кольца относительно внутреннего кольца первого адаптера.

Наружное кольцо первого винтового соединения предпочтительно содержит первые выемки под инструмент на наружной окружной поверхности, которые выполнены с возможностью приема инструмента для вращения наружного кольца относительно внутреннего кольца. Выемки предпочтительно являются просверленными отверстиями.

Также предпочтительно, второй регулирующий механизм содержит второе винтовое соединение с наружной втулкой с внутренней резьбой и внутренней втулкой с наружной резьбой. Следовательно, резьбовое соединение, которое может выдвигаться при относительном вращении между наружной втулкой и внутренней втулкой в осевом направлении, здесь также создают между наружной втулкой и внутренней втулкой. Шаг резьбы первого и второго резьбового соединения здесь предпочтительно является идентичным, но также может являться отличающимся.

Также предпочтительно, осевая длина внутренней втулки больше осевой длины наружной втулки. Таким образом, внутренняя втулка всегда выступает за пределы наружной втулки на заданную длину.

Также предпочтительно, на участке, который не закрыт наружной втулкой, внутренняя втулка снабжена на своей наружной периферии вторыми выемками под инструмент для приема инструмента для вращения внутренней втулки относительно наружной втулки. Вторые выемки под инструмент также предпочтительно являются просверленными отверстиями. В частности, предпочтительно, вторые выемки под инструмент имеют одинаковые геометрические размеры с первыми выемками под инструмент. Как cледствие, механик может управлять как первым регулирующим механизмом на первом адаптере, так и вторым регулирующим механизмом на заменяемой вставке одним инструментом.

Для обеспечения передачи крутящего момента с вращающейся промывочной трубы на заменяемую вставку заменяемая вставка содержит выступ, выступающий в осевом направлении промывочной трубы, предпочтительно, на конце, направленном к вращающейся промывочной трубе.

Также предпочтительно, заменяемая вставка дополнительно содержит совмещающее кольцо, которое выставляет выступающий выступ на заменяемой вставке для передачи крутящего момента с вращающейся промывочной трубы в окружном направлении. При этом можно получить надежную установку и соединение с геометрическим замыканием между выступом заменяемой вставки и вращающейся промывочной трубой.

Согласно дополнительной предпочтительной конфигурации настоящего изобретения буровое промывочное устройство дополнительно содержит второй адаптер между вращающейся промывочной трубой и заменяемой вставкой. При этом можно получить значительное упрощение установки на вращающуюся промывочную трубу.

Для дополнительного упрощения установочной операции, предпочтительно создают установочное вспомогательное средство, которое расположено на стационарной промывочной трубе. Установочное вспомогательное средство поддерживает монтаж и демонтаж предварительно устанавливаемой заменяемой вставки в зоне между стационарной и вращающейся промывочными трубами.

Установочное вспомогательное средство предпочтительно содержит первый и второй направляющий кронштейн, которые расположены на первом адаптере. Два направляющих кронштейна создают предпочтительно параллельными друг другу и также предпочтительно содержащими несущие поверхности для несения предварительно устанавливаемой заменяемой вставки. Также предпочтительно, предварительно устанавливаемая заменяемая вставка содержит окружную канавку для соединения с геометрическим замыканием с направляющим кронштейном.

Также предпочтительно, второй регулирующий механизм заменяемой вставки содержит средство предотвращения вращения. Средство предотвращения вращения является предпочтительно болтом с резьбой, или т.п. Средство предотвращения вращения обеспечивает надежное удержание относительного положения между наружной втулкой и внутренней втулкой во время работы. Другими словами, после регулирования осевой длины заменяемой вставки, которое выполняют с помощью вращения наружной втулки относительно внутренней втулки, их закрепляют в нужном положении средством предотвращения вращения. До разборки средство предотвращения вращения естественно должно высвобождаться, при этом вращение наружной втулки относительно внутренней втулки становится возможным для обеспечения уменьшения осевой длины заменяемой вставки.

Средство предотвращения вращения особенно предпочтительно является болтом с резьбой с подпружиненный блокирующим элементом, в частности подпружиненным шаром, который расположен на конце болта с резьбой. 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 устанавливаемой заменяемой вставки. Во время предварительной сборки механик может таким образом легко определить, что положение предварительной установки достигнуто. Кроме того, на наружной втулке создана вторая выемка, в которой блокирующий элемент фиксируется на месте, когда заменяемая вставка имеет 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 смонтированном 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, причем наружная втулка расположена между кронштейном и внутренней втулкой.

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

Для исключения повреждения предварительно устанавливаемой 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 смещения 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. Это, например, получают, создавая пружинные элементы, которые больше не прикладывают предварительной нагрузки в смонтированном состоянии заменяемой вставки, в котором осевая длина заменяемой вставки увеличена вторым регулирующим механизмом. Пружинный элемент может, например, иметь соответствующую малую длину, так что при окончательном монтаже в осевом 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.

Для предотвращения ситуации, где давление на кольцах уплотнения во время работы становится чрезмерно высоким, вращающееся и стационарное уплотнительные кольца 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.

Ниже в данном документе подробно описан предпочтительный вариант осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее:

На фиг. 1 схематично показано буровое промывочное устройство, согласно изобретению, с предварительно устанавливаемой заменяемой вставкой.

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

На фиг. 3 схематично показана часть сечения заменяемой вставки на первом этапе установки, здесь заменяемая вставка задвинута 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, которую соединяют 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, стационарная и вращающаяся промывочные трубы не показаны для ясности.

Буровое промывочное устройство 100 согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения описано подробно ниже со ссылкой на фиг. 1-8.

Как показано на фиг. 1, предварительно устанавливаемая заменяемая вставка 1 применяетcя 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, создано буровое промывочное устройство 100 с предварительно устанавливаемой заменяемой вставкой 1, которую можно заменять полностью. Данное схематично указано на фиг. 2 двойной стрелкой B. Предварительно устанавливаемую заменяемую вставку здесь устанавливают в пространстве 112 между стационарной промывочной трубой 102 и вращающейся промывочной трубой 103. Первый адаптер 108 оборудован на свободном конце стационарной промывочной трубы 102, и второй адаптер 109 оборудован на противоположном свободном конце вращающейся промывочной трубы 103. Кроме того, первый адаптер 108 имеет выполненные на нем первый и второй направляющие кронштейны 110, 111, которые обеспечивают простое вставление предварительно устанавливаемой заменяемой вставки 1. Для данной цели два направляющих элемента 10, 11 оборудованы на сменной вставке 1 на соединительном компоненте 5. Направляющие элементы 10, 11 здесь ложатся нижней стороной на направляющие кронштейны 110, 111 по типу рельса, так что вес заменяемой вставки 1 после установки на направляющие кронштейны 110, 111 несут кронштейны, и установочная операция облегчается. Соединительный компонент 5 дополнительно содержит окружную канавку 50 для сцепления с направляющими кронштейнами 110, 111.

Как специально показано на фиг. 3 и 8, предварительно устанавливаемая 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.

Первый адаптер 108 бурового промывочного устройства 100 содержит первый регулирующий механизм 116, функционирующий в осевом направлении. Первый регулирующий механизм 116 содержит первое винтовое соединение 117 с наружным кольцом 118 и внутренним кольцом 128, между которыми выполнена резьба 129. При этом осевую длину первого адаптера 108 можно увеличивать или уменьшать с помощью вращения наружного кольца 118 относительно внутреннего кольца 119.

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 устанавливаемая заменяемая вставка 1 содержит второй регулирующий механизм 6 с вторым винтовым соединением 60. Второй 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 устанавливаемая заменяемая вставка удлиняется в осевом направлении X-X второго регулирующего механизма 6. На фиг. 2 показана начальная длина L1 предварительно устанавливаемой 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 в состоянии, в котором заменяемая вставка не смонтирована окончательно (фиг. 2, 3 и 4), приложение силы F 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 смонтирована окончательно, которое показано на фиг. 7 и 8, пружинные элементы 7 не прикладывают силы давления пружины на механическое уплотнение 2. Это, 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 устанавливаемой 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.

Первые и вторые выемки 119 и 65 под инструмент, а также проемы 9 на регулирующем кольце предпочтительно имеют идентичную геометрическую форму, например отверстие, так что регулирование можно проводить с помощью одинакового инструмента.

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 второго 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. Болт с резьбой содержит подпружиненный шар, который в положении до окончательного монтажа блокирован в первой выемке 67 на наружной окружной 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 окончательного монтажа с помощью блокирования во второй выемке 68. Данное обеспечивает надежную установку также при самых тяжелых условиях окружающей среды.

Поскольку заменяемая вставка является предварительно устанавливаемой согласно изобретению, заменяемую вставку можноe 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 устанавливаемую заменяемую вставку 1 вставляют в буровое промывочное устройство 100, как показано на фиг. 2. Новую предварительно устанавливаемую заменяемую вставку 1 вталкивают на окружной канавке 50 и направляющим элементам 10, 11 на два направляющих кронштейна 110, 111, так что после короткого пути вталкивания полный вес заменяемой вставки 1 несут направляющие кронштейны 110, 111. 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 устанавливаемую заменяемую вставку 1 вдоль направляющих кронштейнов 110, 111 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 первый расстояние 80 сокращается с помощью изменения длины первого адаптера 108 в осевом направлении X-X заменяемой вставки с помощью первого регулирующего механизма 116 (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 устанавливаемой 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 устанавливаемой заменяемой вставки до данного момента не изменяется.

В следующем шаге устанавливают соединение между предварительно устанавливаемой заменяемой вставкой 1 и вращающейся промывочной трубой 103. Для данной цели второй 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 устанавливаемой 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 устанавливаемая заменяемая вставка в соединительном концевом 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 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 бурового промывочного устройства 100 с первым и вторым регулирующим механизмом 116, 6, которые соответственно обеспечивают удлинение в осевом направлении, возможно обеспечение быстрой и надежной замены механического уплотнения. Механическое уплотнение здесь интегрировано в предварительно устанавливаемую заменяемую вставку 1. После замены механических уплотнений полностью заменяют заменяемую вставку 1. Данное может предотвращать риск повреждения уплотнительных колец 20, 21 в случае замены. Когда первый и второй регулирующие механизмы содержат соответствующее винтовое соединение, быструю и простую замену делает возможным относительное вращение между двумя компонентами, образующими винтовое соединение. Относительное вращение здесь выполняют с помощью одного инструмента. Манипуляций с индивидуальными кольцами уплотнения на буровой вышке не требуется. Шаг резьбы двух винтовых соединений регулирующих механизмов здесь особенно предпочтительно принимать одинаковым. Кроме того, следует отметить что средство приема инструмента на регулирующем кольце 42 также выполняют одинаковым с первым и вторым регулирующим механизмом. При этом требуется только один инструмент для полного монтажа заменяемой вставки 1. Замену может здесь выполнять один механик.

Перечень ссылочных позиций

1 заменяемая вставка

2 механический уплотнительный узел

3 первый носитель уплотнительного кольца

4 второй носитель уплотнительного кольца

5 соединительный компонент

6 второй 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 второе винтовое соединение

61 наружная втулка

62 внутренняя втулка

63 внутренняя резьба

64 наружная резьба

65 вторая выемка под инструмент

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 первый направляющий кронштейн

111 второй направляющий кронштейн

112 пространство

116 первый регулирующий механизм

117 первое винтовое соединение

118 наружное кольцо

119 первая выемка под инструмент

128 внутреннее кольцо

129 резьба.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к промывочному оборудованию при бурении скважин. Устройство содержит стационарную промывочную трубу, вращающуюся промывочную трубу, предварительно смонтированную съемную заменяемую вставку для соединения стационарной промывочной трубы с вращающейся трубой. Заменяемая вставка содержит механический уплотнительный узел со стационарным уплотнительным кольцом и вращающимся уплотнительным кольцом, первый адаптер, который расположен между стационарной промывочной трубой и заменяемой вставкой. Первый адаптер содержит первый регулирующий механизм, выполненный с возможностью действия в осевом направлении для изменения осевой длины первого адаптера. Заменяемая вставка содержит второй регулирующий механизм, выполненный с возможностью действия в осевом направлении для изменения осевой длины заменяемой вставки. Упрощается конструкция, обеспечивается быстрая замена уплотнительного кольца. 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Буровое промывочное устройство (100), содержащее:

стационарную промывочную трубу (102),

вращающуюся промывочную трубу (103),

предварительно смонтированную съемную заменяемую вставку (1) для соединения стационарной промывочной трубы (102) с вращающейся промывочной трубой (103), причем заменяемая вставка (1) содержит механический уплотнительный узел со стационарным уплотнительным кольцом (20) и вращающимся уплотнительным кольцом (21), и

первый адаптер (108), который расположен между стационарной промывочной трубой (102) и заменяемой вставкой (1),

при этом первый адаптер (108) содержит первый регулирующий механизм (116), выполненный с возможностью действия в осевом направлении для изменения осевой длины первого адаптера (108), и

при этом заменяемая вставка (1) содержит второй регулирующий механизм (6), выполненный с возможностью действия в осевом направлении для изменения осевой длины заменяемой вставки (1).

2. Буровое промывочное устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый регулирующий механизм (116) содержит первое винтовое соединение (117) с наружным кольцом (118) с внутренней резьбой и внутренним кольцом (128) с наружной резьбой.

3. Буровое промывочное устройство по п. 2, отличающееся тем, что наружное кольцо (118) первого винтового соединения содержит первые выемки (119) под инструмент на наружной окружной поверхности, которые выполнены с возможностью принимать инструмент для вращения наружного кольца (118) относительно внутреннего кольца (128).

4. Буровое промывочное устройство по п. 3, отличающееся тем, что второй регулирующий механизм (6) содержит второе винтовое соединение (60) с наружной втулкой (61) с внутренней резьбой и внутренней втулкой (62) с наружной резьбой.

5. Буровое промывочное устройство по п. 4, отличающееся тем, что осевая длина внутренней втулки (62) больше осевой длины наружной втулки (61).

6. Буровое промывочное устройство по п. 4, отличающееся тем, что на внутренней втулке (62) на участке, не закрытом наружной втулкой (61), выполнены вторые выемки (65) под инструмент, предназначенные для приема инструмента для вращения внутренней втулки (62) относительно наружной втулки (61).

7. Буровое промывочное устройство по п. 6, отличающееся тем, что геометрическая форма первых выемок (11) под инструмент и геометрическая форма вторых выемок (65) под инструмент являются идентичными.

8. Буровое промывочное устройство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что на конце, направленном к вращающейся промывочной трубе (103), предварительно смонтированная заменяемая вставка (1) содержит выступ (43), выступающий в осевом направлении (X-X) для передачи крутящего момента с вращающейся промывочной трубы (103) на заменяемую вставку (1).

9. Буровое промывочное устройство по п. 8, отличающееся тем, что заменяемая вставка (1) дополнительно содержит совмещающее кольцо (42) для выставления выступающего выступа (43) в окружном направлении.

10. Буровое промывочное устройство по любому из пп. 1-7, дополнительно содержащее второй адаптер (109) между вращающейся промывочной трубой (103) и заменяемой вставкой (1).

11. Буровое промывочное устройство по любому из пп. 1-7, дополнительно содержащее установочное вспомогательное средство, расположенное на стационарной промывочной трубе (102), для поддержки монтажа и демонтажа предварительно смонтированной заменяемой вставки (1).

12. Буровое промывочное устройство по п. 11, отличающееся тем, что установочное вспомогательное средство содержит первый направляющий кронштейн (110) и второй направляющий кронштейн (111), которые расположены на первом адаптере (108).

13. Буровое промывочное устройство по п. 12, отличающееся тем, что предварительно смонтированная заменяемая вставка (1) содержит окружную канавку (50) для взаимодействия с направляющими кронштейнами (110, 111).

14. Буровое промывочное устройство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что второй регулирующий механизм (6) содержит средство (16) предотвращения вращения для закрепления относительного положения между наружной втулкой (61) и внутренней втулкой (62).

15. Буровое промывочное устройство по п. 14, отличающееся тем, что средство (16) предотвращения вращения содержит резьбовой болт с блокирующим элементом (17), который подпружинен на конце резьбового болта и который в предварительно смонтированном положении фиксируется в первой выемке (67) на наружной втулке (61), а в окончательно смонтированном положении фиксируется во второй выемке (68) на наружной втулке (61).