Вертлюг Советский патент 1992 года по МПК E21B21/02 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к вертлюгам.

Цель изобретения - повышение : надежности работы и долговечности вертлюга.

На фиг.1 изображен вертлюг, общий вид,1 на фиг.2 - узел I на фиг.1.

Вертлюг содержит корпус 1, размещенный в нем пустотелый ствол 2 с прилиэом 3| который опирается на основную опору 4, выполненную в виде подшипника скольжения жидкостного трения, масляную ванну 5, крышку 6, тумбу 7, наголовник 8, подвод Э, уп- лотнительное устройство напорного патрубка 10, переводник 1.1. В стволе выполнено не менее одного наклонного отверстия 12. Кроме основного подшипника 4 на стволе установлены верхние вспомогательные подшипники

13 и 14, между которыми расположен вкладыш 15, содержащий медь. В зоне выше прилива ствола установлена по крайней мере одна тарельчатая пружина 16, например, между подшипником 14 и тумбой 7i Ниже основной опоры 4 на стволе установлен вспомогательный , подшипник 17 центрирующий ствол 2, В переводнике 11 установлен сменный штуцер 18 (насадка), обеспечивающий необходимое давление для создания гарантированного зазора между основ- опорными поверхностями ствола 2 и корпуса 1. На приливе 3 может быть установлен сменный антифрикционный диск 19 с включениями меди. В корпусе 1 вертлюга ниже основной опоры 4 между внутренним диаметром корпуса и наружным диаметром ствола выполнена кольцевая масляная камера 20, в которой герметично размещен разделитель 1

to

IsD

СО

31

ный узел 21, закрепленный в верхней масти к приливу 3 болтами 22, а в нижней части - к стволу 2 вертлюга болтами 23, Разделительный узел 21 включает жесткий полый разделительный .элемент 2k с отверстиями 25 (с перфорацией), в полости которого к его внутренней вогнутой поверхности, образуя камеру 26 нагнетания, rep- метично установлена эластичная диафрагма .27. Жесткий разделительный элемент 2k ограничивает прогиб и предохраняет эластичную диафрагму 27 от разрушения. Наклонное отверстие 12 в стволе 2 выведено в нижнюю част камеры 28 с эластичной диафрагмой 27

(На боковой поверхности прилива 3 установлено износостойкое съемное кольцо 29, контактирующее своим наружным диаметром с уплотнительным узлом, выполненным в виде установленных в корпусе вертлюга уплотни- тельных манжет 30, которые сверху поджимаются кольцом 31 с помощью болтов. Конструктивно бурт кольца 29 может быть выполнен снизу прилива 3. Нижний уплотнительный узел масляной камеры 20 высокого давления содержит втулку 32, фланец 33, прикрепленный к корпусу 1, уплотнительные элементы 3k t которые поджимаются кольцом 35, и прокладку 36, Для исключения попадания грязи в верхние вспомогательные подшипники 13 и lk в кольце- вом пазу тумбы 7 установлен уплотнительный элемент 37, контактирующий с поверхностью наружного диаметра ствола 2 вер.тлюга.

В зоне кольцевой масляной камеры 20 в корпусе 1 выполнено отверстие (сверление, канал) 38, в котором установлен манометр 39. По показанию манометра 39 определяют наличие жидкостного трения в упорном подшипнике k скольжения, т.е. наличие жидкостного (масляного) зазора kO между подпятником и пятой подшипника скольжения в результате действия подъемной силы от давления бурового раст- вора, попадающего из полости ствола вертлюга через наклонное отверстие 12 в камеру 28 с эластичной диафрагмой 27.

Вертлюг работает следующим об- разом.

Перед началом бурения скважины вертлюг (со штропом или без штропа) с jegyjuen трубой (квадратной штан3

/t

той) подсоединяется к узлу талевой системы, затем к нижнему концу ведущей трубы присоединяется бурильная колонна, несущая на конце буровое долото. Подвод 9 вертлюга соединяют с буровым рукавом от стояка нагнетательной линии буровых насосов.

Перед бурением скважины производят циркуляцию бурового раствора. Для этого буровым(ми) насосом (ами) под давлением нагнетается буровой раствор через буровой рукав, подвод, через полости ствола, вертлюга, квадратной штанги, бурильной колонны и долота в скважину. После этого буровой раствор по затрубному кольцевому пространству между наружной поверхностью бурильной колонны и поверхностью етенки скважины поднимается на дневную поверхность. В это время ротор еще не вращает ствол вертлюга через квадратную штангу, а прилив 3 ствола 2 уже приподнят на гарантированный зазор +0 подъемной силой масла от давления бурового раствора в полости ствола вертлюга, который через наклонное отверстие 12 попадает в камеру 28 с эластичной.диафрагмой 27. Эластичная диафрагма 27, прогибаясь, вытесняет из камеры 26 через отверстия 25 разделительного жесткого элемента 2k масло в масляную камеру 20 под прилив 3, т.е. между пятой и подпятником упорного подшипника скольжения в системе смазки которого имеются элементы с медными включениями.

В период циркуляции бурового раствора упорный подшипник k вертлюга гарантированно обеспечен масляным зазором 0 для жидкостного трения. При вращении ствола 2 вертлюга ротором во время бурения, при наличии.давления бурового раствора, упорный подшипник k работает в режиме жидкостного трения как при трогании с мес та вначале вращения (при разгоне), так и во время установившегося вращения.

Для случая, когда по каким-либо причинам масляный зазор временно почти не обеспечивается, то наличие в подшипнике скольжения опорных поверхностей с известной формой и геометрией обеспечивает масляный клин, а медные включения обеспечивают налет меди на поверхностях трения

10

15

20

упорного подшипника, т,е, эффект безызносности,

Лля обеспечения гарантированного зазора 0 определяют требуемое давление бурового раствора по манометру 39 и при необходимости устанавливают сменную насадку 18. Если возникает давление, превышающее требуемое давление бурового раствора, то происходит дополнительный подъем ствола 2и сжатие тарельчатой пружины 16, которая исполняет роль амортизатора,

i .

В процессе бурения скважины при

вращении.ствола вертлюга интервал давлений нагнетаемого бурового раствора через вертлюг в скважину, обеспечивающий жидкостное трение упорного подшипника вертлюга, контролируется по манометру 39.

После бурения производится остановка вращения бурильной колонны и, следовательно, ствола 2 вертлюга, 25 а затем прекращение нагнетания бурового раствора в скважину. При этом происходит снижение давления в по- лрсти ствола 2 до.атмосферного. Под весом бурильной колонны прилив 3 ствола 2 .своей опорной Поверхностью садится на опорную поверхность упорного подшипника. Масло из камеры 26 вытесняет из камеры 2.8 буровой раствор и эластичная диафрагма 27, распрямляясь, занимает свое исходное положение, обхватывая наружную поверхность ствола 2, а буровой раствор из камеры 28 по наклонному отверстию 12 вытесняется в полость ствола 2, а из нее в полость бурильной колонны. При повторном бурении описанные операции повторяются.

2$

30

40

1721213

Ф о

рмула изобретения

0

5

0

5

1. Вертлюг, включающий корпус, установленный в корпусе на вспомогательных подшипниках пустотелый ствол, прилив которого размещен на основной опоре, переводник, связанный со стволом, и размещенную под приливом ствола между наружной поверхностью ствола и внутренней поверхностью корпуса масляную камеру, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы вертлюга и его долговечности, он снабжен узлом уплотнения и установленным в масляной камере разделительным узлом, выполненным в виде связанного со.стволом полого перфорированного разделительного элемента, в полости которого установлена эластичная диафрагма, делящая его полость на камеры нагнетания и жидкостную, связанную с внутренней полостью ствола посредством наклонного канала, выполненного в теле ствола, при этом узел уплотнения выполнен в виде размещенных между наружной боковой поверхностью прилива и внутренней поверхностью корпуса уплотнительных элементов и установленного над последними кольца, закрепленного на верхней торцевой поверхности, прилива, а основная опора выполнена в ви- $ де подшипника скольжения жидкостного трения.

2, Вертлюг поп.1,отлича0

ю щ и и с я тем, что в переводнике установлена сменная насадка,

3. Вертлюг по п,1, от л и ч а ю- щ и и с я тем, что на наружной боковой поверхности прилива установ- .лено износостойкое кольцо.

37

8

Изобретение м.б, использовано в составе.бурового инструмента для бурения скважины с подачей на забой промывочного агента. Цель - повышение надежности в работе вертлюга и его долговечности. Для этого предлагаемый вертлюг включает корпус со стволом, переводник и масляную камеру. Вертлюг имеет узел уплотнения, а в масляной камере размещен разделительный узел, выполненный в виде связанного со стволом полого перфорированного разделительного элемен-4 та, в полости которого установлена эластичная диафрагма, делящая его полость на камеры нагнетания и жидкостную, связанную с внутренней полостью ствола. 2 з.п, .ф-лы, 2 ил,

$М&. /

Фиг. 2

19