Патент на изобретение №2347060

(54) ГЕРМЕТИЗАТОР УСТЬЕВОЙ РОТОРНЫЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к горной промышленности, к оборудованию для герметизации устья нефтяных и газовых скважин при осуществлении работ, связанных с вращением ведущей бурильной трубы и колонны бурильных труб ротором. Устройство содержит полый цилиндрический корпус с крышкой, внутри которого установлена кольцевая самоуплотняющая манжета со сквозным отверстием и упорным подшипником над ней, узел радиального подшипника скольжения, муфту герметизатора, муфту ведущей бурильной трубы и центратор, диаметр проходного отверстия которого меньше диаметра проходного отверстия в муфте герметизатора. Муфта ведущей бурильной трубы и муфта герметизатора взаимосвязаны. Упорный подшипник выполнен из антифрикционного материала в виде подшипника скольжения и установлен между крышкой и муфтой герметизатора. Самоуплотняющая манжета имеет размер и форму, позволяющие пропускать через нее муфты замков спускаемых труб. Узел радиального подшипника скольжения выполнен из износостойкого материала в виде одного и более разрезных колец и уплотнительного кольца, установленного под верхнее разрезное кольцо, которое для взаимодействия с ним имеет основание, срезанное под углом к оси герметизатора. Повышается работоспособность и упрощается конструкция герметизатора. 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, к оборудованию для герметизации устья нефтяных и газовых скважин при осуществлении работ, связанных с вращением ведущей бурильной трубы и колонны бурильных труб ротором.

Для герметизации вращающейся ведущей бурильной трубы применяют устройства, в которых она проходит через герметизирующий элемент, вращающийся вместе с ней. Проворот ведущей бурильной трубы в герметизирующем элементе вследствие их несинхронного вращения приводит к потере герметичности или разрушению герметизирующего элемента. Поэтому в этих устройствах необходим механизм, обеспечивающий синхронное вращение ведущей бурильной трубы и герметизирующего элемента.

Известно устройство для герметизации устья скважины (патент №2142552, МКИ Е21В 33/03), содержащее герметизирующую вставку с уплотнительным элементом, выполненную в виде ротора и статора с возможностью взаимного вращения. Устройством, передающим вращение от ведущей бурильной трубы герметизирующему элементу, служит разъемное кольцо с квадратным отверстием в центре. Кольцо жестко соединено с корпусом вставки, что не позволяет квадрату провернуться в герметизирующем элементе. Вставка постоянно находится на квадрате и при каждом наращивании трубы извлекается через ротор буровой установки, а затем также устанавливается в корпус устройства. Ввиду несоосности кронблока и устья скважины протолкнуть вставку через ротор буровой установки трудно и в некоторых случаях невозможно без центрирования колонны труб, так как диаметр прохода ротора и диаметр вставки близки по размеру. Кроме этого, для замены герметизирующего элемента необходимо каждый раз частично разбирать вставку на ведущей бурильной трубе, т.е. демонтировать разъемное кольцо, снимать корпус и герметизирующий элемент с ведущей бурильной трубы, надевать другой герметизирующий элемент на ведущую бурильную трубу и собирать вставку в обратном порядке непосредственно на ведущей бурильной трубе. Эта операция является небезопасной, трудоемкой и неудобной, так как проводится вручную.

Наиболее близким к предлагаемому является герметизатор устья скважины (патент РФ №2014432, МКИ Е21В 33/03), содержащий полый цилиндрический корпус с фланцами и крышкой, внутри которого установлена кольцевая самоуплотняющая манжета со сквозным отверстием, установленным над манжетой упорным подшипником и дополнительным упорным подшипником, расположенным в корпусе под манжетой с возможностью их взаимодействия, причем вращение от ведущей бурильной трубы манжете передается за счет выполнения ее верхней части в виде приводной муфты.

Данное устройство имеет сложную и недолговечную конструкцию, так как в процессе роторного бурения происходит быстрый износ наружной части манжеты, контактирующей с внутренней стороной корпуса. При появлении пропусков требуется дополнительная подтяжка манжеты с помощью гайки. При работе в агрессивной среде происходит коррозия и быстрый износ подшипниковых узлов, а изготовление коррозионностойких подшипниковых узлов данной конструкции приведет к значительным затратам.

Задачей изобретения является повышение работоспособности и упрощение конструкции герметизатора.

Поставленная задача решается за счет того, что герметизатор устьевой роторный, содержащий

– полый цилиндрический корпус с фланцами и крышкой,

– внутри которого установлена кольцевая самоуплотняющая манжета со сквозным отверстием

– и упорным подшипником над ней,

согласно изобретению

– снабжен центратором, узлом радиального подшипника скольжения, муфтой герметизатора и муфтой ведущей бурильной трубы, установленной на нее и взаимодействующей с муфтой герметизатора,

– упорный подшипник выполнен из антифрикционного материала в виде подшипника скольжения, установленного между крышкой и муфтой герметизатора,

– самоуплотняющая манжета имеет размер и форму, позволяющие пропускать муфты замков спускаемых труб через отверстие в ней,

– центратор имеет диаметр проходного отверстия меньше диаметра отверстия муфты герметизатора,

– узел радиального подшипника скольжения выполнен из износостойкого материала в виде одного и более разрезных колец и уплотнительного кольца, установленного под верхним разрезным кольцом,

– причем верхнее разрезное кольцо для взаимодействия с ним имеет основание, срезанное под углом к оси герметизатора, тангенс которого определяется соотношением: tgD/R, где

D – внутренний диаметр кольца узла радиального подшипника,

R – радиус сечения уплотнительного кольца.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид герметизатора устьевого роторного, на фиг.2 – узел радиального подшипника скольжения.

Герметизатор устьевой роторный содержит муфту ведущей бурильной трубы 1, установленную на нее и взаимодействующую при работе с муфтой герметизатора 2, передающей крутящий момент самоуплотняющей манжете 3, тем самым обеспечивающей синхронное вращение ведущей бурильной трубы с самоуплотняющей манжетой 3. Упорный подшипник скольжения 4 из износостойкого материала установлен между муфтой герметизатора 2 и крышкой 5. Поверхность муфты герметизатора 2, контактирующая с упорным подшипником скольжения 4, имеет смазывающе-охлаждающие каналы (на чертеже не указаны). В нижней части муфты герметизатора 2 имеется упорный выступ 6, входящий в кольцевую выточку самоуплотняющей манжеты 3, обеспечивающий ей более высокую прочность. В полость крышки 5 установлен узел радиального подшипника скольжения, выполненный из износостойкого материала в виде одного и более разрезных колец 7 и верхнего разрезного кольца 8, под которым находится уплотнительное кольцо 9. Причем верхнее разрезное кольцо 8 для взаимодействия с уплотнительным кольцом 9 имеет основание, срезанное под углом к оси герметизатора, тангенс которого определяется соотношением:

tgD/R, где D – внутренний диаметр кольца узла радиального подшипника,

R – радиус сечения уплотнительного кольца. Самоуплотняющая манжета 3 имеет размер и форму, позволяющие ей пропускать муфты замков спускаемых труб через отверстие в ней, не извлекая ее из корпуса герметизатора. Наружный диаметр самоуплотняющей манжеты 3 позволяет ей свободно перемещаться в корпусе 10 в горизонтальной плоскости, не задевая его внутренней стороны при плохом центрировании бурильной колонны, что исключает износ по наружной поверхности самоуплотняющей манжеты 3. Снизу самоуплотняющая манжета 3 опирается в центратор 11 и обеспечивает начальную герметичность при малой величине давления в корпусе 10 герметизатора за счет поджатия губы 12 самоуплотняющей манжеты 3. При повышении давления самоуплотняющая манжета 3 приподнимается над центратором 11, образуя зазор при работе, вследствие чего отсутствует износ и на нижней части самоуплотняющей манжеты 3. Между крышкой 5 и корпусом 10 установлено уплотнительное кольцо 13.

Муфта ведущей бурильной трубы 1 обеспечивает зацепление с муфтой герметизатора 2 при вращении ведущей бурильной трубы в любом направлении с возможным одновременным осевым перемещением ее вверх или вниз, а также свободное расцепление от муфты герметизатора 2 в момент выхода муфты замка ведущей бурильной трубы из герметизатора при подъеме ведущей бурильной трубы без вращения.

Герметизатор работает следующим образом. Его устанавливают на устье скважины так, чтобы муфта замка верхней бурильной трубы оказалась над герметизатором. Затем на бурильную колонну навинчивают ведущую бурильную трубу, снабженную муфтой ведущей бурильной трубы 1, и производят спуск колонны.

При спуске ведущей бурильной трубы через герметизатор муфта ведущей бурильной трубы 1 входит в зацепление с муфтой герметизатора 2. После прохода муфты замка ведущей бурильной трубы через герметизатор самоуплотняющая манжета 3 плотно обжимает граненую часть ведущей трубы. При появлении давления в корпусе герметизатора самоуплотняющая манжета 3 приподнимается над центратором 11, поджимается к муфте герметизатора 2 и обеспечивает герметизацию контакта с ней и с граненой частью ведущей бурильной трубы.

При включении вращения крутящий момент через муфту ведущей бурильной трубы 1 передается от ведущей бурильной трубы муфте герметизатора 2, а от нее самоуплотняющей манжете 3. При этом самоуплотняющая манжета 3 не контактирует с внутренней стенкой корпуса 10, а при появлении давления исчезает контакт нижней части самоуплотняющей манжеты 3 с центратором 11. При вращении под давлением возникает осевая нагрузка, передаваемая от самоуплотняющей манжеты 3 муфте герметизатора 2, упорному подшипнику скольжения 4 и крышке 5. За счет скольжения трущихся поверхностей крышки 5 или муфты герметизатора 2 по поверхности упорного подшипника скольжения 4 крутящий момент передается от муфты герметизатора 2 самоуплотняющей манжете 3, синхронизируя вращение самоуплотняющей манжеты 3 и ведущей бурильной трубы. Возникающие радиальные нагрузки, вызванные плохим центрированием ведущей бурильной трубы, воспринимают центратор 11 и узел радиального подшипника скольжения, состоящий из разрезных колец 7 и верхнего разрезного кольца 8, основание которого срезано под углом к оси герметизатора. При этом герметичность обеспечивается уплотнительным кольцом 9, установленным между кольцами 7 и верхним кольцом 8. В процессе работы уплотнительное кольцо 9 поджимается к кольцу 8. Кроме того, кососрезанное основание кольца 8 обеспечивает смазку в зоне трения поверхностей уплотнительного кольца 9 и цилиндрической поверхности муфты герметизатора 2, что увеличивает ресурс работы уплотнительного кольца 9.

Герметичность между крышкой 5 и корпусом 10 достигается за счет уплотнительного кольца 13.

Во время спуска или подъема ведущей бурильной трубы, как с вращением ее, так и без вращения при давлении на устье самоуплотняющая манжета 3 своей верхней поверхностью герметично прилегает к муфте герметизатора 2 и имеет износ только по поверхности отверстия, то есть в месте контакта самоуплотняющей манжеты 3 с ведущей бурильной трубой.

Для наращивания бурильной трубы останавливают вращение, снижают давление на устье до нуля и производят подъем ведущей бурильной трубы через герметизатор, не демонтируя его с устья скважины так, чтобы верхняя муфта замка бурильной трубы оказалась выше герметизатора, при этом муфта ведущей бурильной трубы 1 автоматически расцепляется с муфтой герметизатора 2. Затем отвинчивают ведущую бурильную трубу, наращивают бурильную колонну, навинчивают ведущую бурильную трубу, причем муфта ведущей бурильной трубы 1 постоянно находится на ней и не демонтируется. Спуск бурильной колонны и дальнейшая работа герметизатора происходит в вышеописанном порядке.

Формула изобретения

Герметизатор устьевой роторный, содержащий полый цилиндрический корпус с фланцами и крышкой, внутри которого установлена кольцевая самоуплотняющая манжета со сквозным отверстием и упорным подшипником над ней, отличающийся тем, что он снабжен центратором, узлом радиального подшипника скольжения, муфтой герметизатора и муфтой ведущей бурильной трубы, взаимодействующей с муфтой герметизатора, упорный подшипник выполнен из антифрикционного материала в виде подшипника скольжения и установлен между крышкой и муфтой герметизатора, самоуплотняющая манжета имеет размер и форму, позволяющие пропускать муфты замков спускаемых труб через отверстие в ней, диаметр проходного отверстия центратора меньше диаметра проходного отверстия в муфте герметизатора, а узел радиального подшипника скольжения выполнен из износостойкого материала в виде одного и более разрезных колец и уплотнительного кольца, установленного под верхнее разрезное кольцо, причем верхнее разрезное кольцо для взаимодействия с уплотнительным кольцом имеет основание, срезанное под углом к оси герметизатора, тангенс которого определяется соотношением:

tgD/R,

где D – внутренний диаметр кольца узла радиального подшипника;

R – радиус сечения уплотнительного кольца.

РИСУНКИ