АМОРТИЗАТОР ДЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА И УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ТАКОЙ АМОРТИЗАТОР КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА
SHOCK ABSORBER TO ABSORB TORQUE AND DEVICE COMPRISING SUCH TORQUE DAMPER

Настоящее изобретение относится к амортизатору, предназначенному для поглощения крутящего момента, который возникает во время свинчивания друг с другом трубчатых элементов, и к устройству для свинчивания друг с другом трубчатых элементов, содержащему по меньшей мере один такой амортизатор крутящего момента.
При бурении углеводородных скважин необходимо свинчивать друг с другом и развинчивать различные элементы, опускаемые в скважину. Трубчатые элементы, которые свинчивают или развинчивают, могут представлять собой, например, трубчатый элемент, который привинчивают к колонне труб или отвинчивают от колонны труб во время бурения, или другие элементы, которые привинчивают к колонне труб для опускания в скважину. Такое свинчивание осуществляется при помощи машин, которые захватывают два элемента, подлежащих свинчиванию, и свинчивают или развинчивают их. Проблема, которая возникает при свинчивании элементов, например, когда трубчатый элемент привинчивается к колонне труб, заключается в том, что резьбовое соединение может быть повреждено, когда трубчатый элемент полностью навинчивается на колонну труб, т.е., когда достигается «дно» резьбовой части, в то время как для уменьшения крутящего момента, создаваемого приводным устройством, которое вращает трубчатый элемент, требуется определенное время. В течение времени, которое требуется для уменьшения крутящего момента, создаваемого приводным устройством, существует опасность повреждения - или в худшем случае разрушения - резьбового соединения.
Таким образом, главной задачей настоящего изобретения является обеспечение решения, которое обеспечивает поглощение крутящего момента, который возникает, когда один элемент навинчивается на другой элемент.
Задачей настоящего изобретения является также обеспечение решения, которое предотвращает повреждение резьбового соединения при автоматическом свинчивании друг с другом двух элементов.
Еще одна задача изобретения заключается в том, чтобы предотвращать повреждение резьбы, когда какой-либо элемент свинчивается с трубчатым элементом или колонной труб, в частности, когда трубчатый элемент свинчивается с колонной труб.
Эти задачи решены при помощи амортизатора крутящего момента согласно независимому пункту 1 формулы изобретения и устройства согласно независимому пункту 8 формулы изобретения, а также при помощи применения амортизатора крутящего момента и устройства согласно пунктам 21 и 22 формулы изобретения. Дополнительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах 2 - 7 и 9 - 20 формулы изобретения.
Амортизатор крутящего момента содержит по меньшей мере один цилиндр, который имеет круговую форму в продольном направлении, при этом длина цилиндра предпочтительно проходит по дуге, составляющей 180 градусов или менее. В указанном по меньшей мере одном цилиндре установлен поршень, длина которого немного превышает длину цилиндра, поэтому, когда поршень полностью введен в цилиндр, он выступает из противоположного конца цилиндра. При этом цилиндр может быть прикреплен к первой части, в то время как поршень может быть прикреплен ко второй части механизма или устройства, при этом первая часть и вторая часть установлены с возможностью вращения относительно друг друга вокруг данной оси вращения. Дугообразный амортизатор крутящего момента имеет центр, который совпадает с осью вращения, при этом амортизатор крутящего момента может поглощать крутящий момент, направленный вокруг оси вращения и возникающий между первой частью и второй частью. В цилиндре имеется текучая среда, которая может выходить из цилиндра и входить в него, при этом амортизационный эффект может сохраняться, если еще один крутящий момент возникает между первой частью и второй частью.
Один или более таких амортизаторов крутящего момента могут быть установлены в устройстве, которое свинчивает вместе различные элементы, чтобы уменьшить действие удара или крутящего момента, который возникает, когда резьбовые части элементов свинчиваются до упора, с целью предотвращения повреждения или разрушения резьбы на указанных резьбовых частях.
Амортизатор крутящего момента предназначен для поглощения крутящего момента, который возникает при свинчивании друг с другом трубчатых элементов, и содержит по меньшей мере один цилиндр и по меньшей мере один поршень, установленный с возможностью перемещения в цилиндре. Указанный по меньшей мере один цилиндр имеет дугообразную форму в продольном направлении, при этом указанный по меньшей мере один поршень имеет соответствующую дугообразную форму, таким образом, указанный по меньшей мере один поршень может входить в указанный по меньшей мере один цилиндр и выходить из него.
Указанный по меньшей мере один цилиндр и поршень, установленный в указанном по меньшей мере одном цилиндре, предпочтительно имеют постоянную кривизну, т.е., указанные по меньшей мере один цилиндр и поршень имеют форму дуги круга. Указанный по меньшей мере один цилиндр может также иметь изменяющуюся кривизну. В этом случае поршень предпочтительно изготавливается из гибкого материала, который изменяет и адаптирует свою форму к форме указанного по меньшей мере одного цилиндра, когда поршень возвратно-поступательно перемещается в цилиндре. Другой альтернативой является изготовление поршня, содержащего множество относительно коротких частей, соединенных универсальными шарнирами или т.п., что позволяет соединенным частям поворачиваться относительно друг друга.
Продольное направление указанного по меньшей мере одного цилиндра следует понимать как криволинейное направление центральной оси указанного по меньшей мере одного цилиндра. Аналогично этому продольное направление поршня в цилиндре следует понимать как криволинейное направление центральной оси поршня. Центральная ось указанного по меньшей мере одного цилиндра и центральная ось поршня, разумеется, по существу, совпадают, если поршень установлен в указанном по меньшей мере одном цилиндре.
Продольный размер поршня предпочтительно по меньшей мере равен продольному размеру цилиндра, но может быть также и меньше его. Обычно предпочтительным является, чтобы поршень мог быть полностью введен в указанный по меньшей мере один цилиндр, и при этом достаточно большая часть поршня выступала из противоположного конца указанного по меньшей мере одного цилиндра, таким образом, чтобы поршень можно было прикрепить к наружной части.
Поперечное сечение поршня под прямыми углами к продольному направлению предпочтительно имеет такую же геометрическую форму, как и поперечное сечение цилиндра, перпендикулярное продольному направлению, при этом, как поперечное сечение поршня под прямыми углами к продольному направлению, так и поперечное сечение цилиндра, перпендикулярное продольному направлению, предпочтительно имеют круговую форму. Альтернативно этому указанный по меньшей мере один цилиндр и поршень могут иметь, например, эллиптическую форму. Поршень предпочтительно, имеет, по существу, постоянную форму поперечного сечения в продольном направлении. Один или оба конца поршня могут иметь форму, отличную от остальной части поршня, например, один или оба конца могут иметь немного меньший диаметр, чем остальная часть поршня. Между поршнем и цилиндром в продольном направлении предпочтительно предусмотрен зазор для прохода текучей среды, чтобы обеспечить максимальное отсутствие трения при движении поршня в указанном по меньшей мере одном цилиндре.
Указанный по меньшей мере один дугообразный цилиндр предпочтительно имеет такую длину, чтобы цилиндр имел полукруглую форму, т.е., чтобы указанный по меньшей мере один дугообразный цилиндр проходил по дуге, составляющей 180 градусов. Указанный по меньшей мере один дугообразный цилиндр, разумеется, может иметь дугу, составляющую менее чем 180 градусов, если отсутствует потребность такой длины хода, которую может обеспечить цилиндр с дугой 180 градусов. Поршень имеет длину, предпочтительно превышающую длину цилиндра, чтобы можно было использовать полную длина цилиндра, и при этом конец поршня, выступающий из цилиндра, может быть прикреплен к наружной части устройства, частью которого является амортизатор крутящего момента.
Поршень имеет внутреннюю концевую часть на конце поршня, которая расположена внутри указанного по меньшей мере одного цилиндра. Эта концевая часть предпочтительно содержит главный канал, проходящий в поршень в продольном направлении от торцевой стороны поршня, и по меньшей мере один радиальный канал, проходящий между главным каналом и боковой стороной поршня, чтобы обеспечить проход текучей среды через главный канал и указанный по меньшей мере один радиальный канал.
Указанный по меньшей мере один цилиндр имеет первую концевую часть, в которой предпочтительно установлена первая торцевая крышка. В первой торцевой крышке предпочтительно предусмотрен сквозной канал торцевой крышки, по которому текучая среда может входить в указанный по меньшей мере в один цилиндр и выходить из него. Первая торцевая крышка предпочтительно предназначена для сообщения по текучей среде с резервуаром для текучей среды таким образом, чтобы текучая среда могла возвратно-поступательно перемещаться между резервуаром для текучей среды и цилиндром. Размеры канала торцевой крышки, частично также главного канала и указанного по меньшей мере одного радиального канала определяют, насколько быстро данная текучая среда может входить в указанный по меньшей мере один цилиндр и выходить из него и, следовательно, амортизационный эффект амортизатора крутящего момента. Для регулирования амортизационного эффекта амортизатора крутящего момента в этих каналах, предпочтительно - в канале торцевой крышки, могут быть предусмотрены один или более управляемых клапанов, которые обеспечивают регулирование входа текучей среды в указанный по меньшей мере один цилиндр и выхода из него.
Указанный по меньшей мере один цилиндр имеет также вторую концевую часть, со стороны которой поршень входит в цилиндр и выходит из него. Во второй концевой части предпочтительно предусмотрены одна или более прокладок и/или уплотнений для предотвращения вытекания из цилиндра текучей среды, находящейся в зазоре между поршнем и цилиндром. Во второй концевой части указанного по меньшей мере одного цилиндра предпочтительно установлена также кольцеобразная вторая торцевая крышка, окружающая поршень. Вторая торцевая крышка может быть предпочтительно снабжена прокладкой, которая служит в качестве уплотнения между поршнем и второй торцевой крышкой.
Согласно изобретению обеспечено также устройство для свинчивания трубчатых элементов, содержащее первую часть и вторую часть, которые установлены с возможностью вращения относительно друг друга вокруг оси вращения. Указанное устройство содержит по меньшей мере один амортизатор крутящего момента, как описано выше, предназначенный для поглощения крутящего момента, который возникает между первой частью и второй частью во время свинчивания трубчатых элементов.
В одном варианте осуществления изобретения, как первая часть, так и вторая часть могут быть установлены в устройстве с возможностью вращения. В других вариантах осуществления изобретения только первая часть или только вторая часть установлена в устройстве с возможностью вращения.
Указанный по меньшей мере один цилиндр амортизатора крутящего момента может быть прикреплен к первой части, в то время как поршень амортизатора крутящего момента может быть прикреплен ко второй части. Альтернативно этому указанный по меньшей мере один цилиндр амортизатора крутящего момента может быть, разумеется, прикреплен ко второй части, в то время как поршень амортизатора крутящего момента может быть прикреплен к первой части.
Если указанный по меньшей мере один цилиндр прикреплен к первой части, первая часть предпочтительно содержит опорное устройство для опоры указанного по меньшей мере одного цилиндра. Такое опорное устройство предпочтительно представляет собой цилиндрический лоток, который имеет криволинейную форму, соответствующую криволинейной форме указанного по меньшей мере одного цилиндра, и который проходит вдоль всей или, по меньшей мере, вдоль части длины указанного по меньшей мере одного цилиндра для того, чтобы силы, которые возникают, когда поршень входит в цилиндр, распределялись по большой поверхности опорного устройства. Поршень указанного по меньшей мере одного цилиндра предпочтительно прикрепляется ко второй части устройства таким образом, чтобы указанный по меньшей мере один амортизатор крутящего момента мог поглощать крутящий момент, который возникает между первой частью и второй частью.
Устройство согласно изобретению предпочтительно содержит приводной узел для вращения первой части. Приводной узел может содержать, например, двигатель, вращающий одно или более зубчатых колес, которые находятся в зацеплении непосредственно - или косвенно через другие зубчатые колеса - с зубчатой рейкой, которая установлена на первой части. Альтернативно этому первая часть может вращаться непосредственно электрическим, гидравлическим или пневматическим двигателем или при помощи другого пригодного приводного узла, который может обеспечивать вращение первой части.
Вторая часть устройства согласно изобретению предпочтительно содержит также первое захватное устройство, предназначенное для захвата и удержания первого элемента. Конструкция первого захватного устройства, разумеется, зависит от конфигурации первого элемента. При этом специалисты в данной области техники могут спроектировать пригодное захватное устройство или использовать существующее захватное устройство, если известна конфигурация первого элемента. Первое захватное устройство может представлять собой, например, трубные клещи, предназначенные для захвата и удержания трубы или инструмента, который имеет аналогичную цилиндрическую форму, однако, могут использоваться и другие захватные устройства, если этого требует форма первого элемента.
Устройство согласно изобретению предпочтительно содержит также второе захватное устройство, предназначенное для захвата и удержания второго элемента. Конструкция второго захватного устройства, разумеется, также зависит от формы второго элемента. При этом специалисты в данной области техники также могут спроектировать пригодное захватное устройство или использовать существующее захватное устройство, если известна форма второго элемента. Второе захватное устройство может представлять собой, например, трубные клещи, предназначенные для захвата и удержания трубы или инструмента, который имеет аналогичную цилиндрическую форму. Другие захватные устройства, разумеется, также могут быть использованы, если этого требует форма второго элемента.
Первое захватное устройство или второе захватное устройство или, возможно, как первое, так и второе захватное устройство, предпочтительно установлены с возможностью вращения в устройстве согласно изобретению. При этом можно получить относительное вращение между первым элементом, который удерживается первым захватным устройством, и вторым элементом, который удерживается вторым захватным устройством, например, обеспечивая вращение первого захватного устройства, в то время как второе захватное устройство остается без вращения в состоянии покоя, или альтернативно этому обеспечивая вращение первого захватного устройства и второго захватного устройства с различными скоростями вращения.
В одном варианте осуществления изобретения первое захватное устройство предпочтительно представляет собой компонент второй части устройства согласно изобретению и, следовательно, как указано выше, установлено с возможностью вращения таким образом, чтобы первый элемент, который удерживается первым захватным устройством, мог вращаться вокруг оси вращения. Альтернативно этому, если требуется, первое захватное устройство может вращаться отдельным приводным узлом. Такой приводной узел может быть выполнен так же, как первый и второй приводной узел. Второе захватное устройство в этом варианте осуществления предпочтительно устанавливается в устройстве согласно изобретению без возможности вращения. Когда первая часть вращается, амортизаторы крутящего момента действуют на вторую часть, вызывая ее вращение. При этом первое захватное устройство и первый элемент, который удерживается первым захватным устройством, также будут вращаться.
Как указано выше, второе захватное устройство в случае необходимости может быть также установлено с возможностью вращения в устройстве согласно изобретению и, следовательно, может вращаться приводным узлом, который может быть выполнен так же, как другие приводные узлы, описанные выше.
В одном варианте осуществления устройство согласно изобретению предназначено для свинчивания соответствующих резьбовых частей, предусмотренных на первом и втором элементах. Указанные первый и второй элементы могут представлять собой, например, трубчатые элементы. Альтернативно этому первый элемент может представлять собой инструмент, например, скважинный инструмент, который навинчивается на второй элемент, который может представлять собой трубчатый элемент или другой инструмент, например, другой скважинный инструмент.
Для того чтобы указанный по меньшей мере один амортизатор крутящего момента мог передавать крутящий момент от первой части ко второй части без ввода поршня в цилиндр, давление текучей среды в цилиндре предпочтительно регулируется таким образом, чтобы оно превышало силы, необходимые для вращения первого элемента и свинчивания первого элемента и второго элемента, который удерживается вторым захватным устройством. Когда первый элемент и второй элемент полностью свинчиваются друг с другом, происходит удар, поскольку достигается конец резьбовых частей первого и второго элементов. Когда это происходит, быстро возникающий крутящий момент превышает давление текучей среды в цилиндре указанного по меньшей мере одного амортизатора крутящего момента, при этом поршень вталкивается в цилиндр, и крутящий момент поглощается, уменьшая, таким образом, до минимума шансы повреждения или разрушения резьбовых частей первого и/или второго элемента. В течение того времени, которое требуется для вталкивания поршня в цилиндр, движущая сила со стороны приводного узла, который вращает первую часть, уменьшается и предпочтительно полностью исчезает, предотвращая, таким образом, повреждение резьбовых частей свинчиваемых первого и второго элементов. При этом давление в цилиндре можно регулировать таким образом, чтобы обеспечить величину давления, которая позволяет затягивать резьбовое соединение с требуемым усилием.
Устройство согласно изобретению предпочтительно содержит по меньшей мере два амортизатора крутящего момента, положения которых смещены относительно друг друга в окружном направлении вокруг оси вращения, чтобы получить лучшее распределение нагрузки при поглощении крутящего момента, который возникает между первой и второй частью устройства. В одном варианте осуществления устройства согласно изобретению указанное устройство содержит два амортизатора крутящего момента, при этом положение одного амортизатора крутящего момента смещено на 180 градусов в окружном направлении относительно положения другого амортизатора крутящего момента. В случае необходимости большего поглощения, чем это могут обеспечить два амортизатора крутящего момента, могут быть использованы три амортизатора крутящего момента, которые предпочтительно смещены на 120 градусов относительно друг друга в окружном направлении вокруг оси вращения, или более. Амортизаторы крутящего момента могут быть расположены вплотную друг к другу в направление оси вращения или, если требуется, могут быть расположены на расстоянии друг от друга в направление оси вращения.
Одним из вариантов применения амортизатора крутящего момента и устройства согласно изобретению, описанных выше, является амортизация крутящих моментов, которые возникают при свинчивании трубчатых элементов. Другой вариант применения - свинчивание инструмента и трубчатого элемента или свинчивание двух различных инструментов. Амортизатор крутящего момента и устройство согласно изобретению, описанные выше, являются особенно полезными для бурения и эксплуатации углеводородных скважин, когда требуется свинчивать трубчатые элементы с колонной труб и, возможно, скважинный инструмент с колонной труб.
Другие признаки и достоинства изобретения являются очевидными из приведенного ниже описания неограничительного предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показаны:
фиг. 1 - вид в разрезе амортизатора крутящего момента согласно настоящему изобретению по плоскости в продольном направлении амортизатора крутящего момента, выполненного в форме круговой дуги, при этом поршень выведен в наружное положение, и основная часть поршня выведена из цилиндра,
фиг. 2 - вид амортизатора крутящего момента с фиг. 1,
фиг. 3 - вид амортизатора крутящего момента с фиг. 1, но поршень полностью введен в цилиндр,
фиг. 4 - вид в увеличенном масштабе части А, обозначенной на фиг. 3,
фиг. 5 - вид в увеличенном масштабе части В, обозначенной на фиг. 3,
фиг. 6 - устройство, содержащее два амортизатора крутящего момента согласно изобретению.
На фиг. 1-5 показан амортизатор 10 крутящего момента согласно настоящему изобретению. Амортизатор крутящего момента содержит цилиндр 12 и поршень 16, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения в цилиндре 12. Цилиндр имеет первую концевую часть 13, которая является внутренней в цилиндре, и вторую концевая часть 14, в которой поршень входит в цилиндр. Поршень 16 имеет первую концевую часть 17, которая находится в цилиндре, и вторую концевую часть 18, расположенную на противоположном конце поршня. На фиг. 1-2 амортизатор 10 крутящего момента показан с поршнем, полностью выведенным из цилиндра 12, в то время как на фиг. 3-5 амортизатор 10 крутящего момента показан с поршнем 16, полностью введенным в цилиндр 12.
Как наглядно показано на чертежах, цилиндр 12 имеет форму дуги, которая предпочтительно является дугой круга. Продольное направление цилиндра обозначено центральной осью Т цилиндра, которая имеет такую же форму дуги круга, как и сам цилиндр. Поршень 16 имеет форму соответствующей дуги круга, поэтому он может совершать в цилиндре возвратно-поступательные движения. Как показано на чертежах, цилиндр охватывает дугу L, составляющую примерно 180 градусов, т.е., цилиндр имеет, по существу, полукруглую форму. Поршень 16 предпочтительно имеет немого большую длину, чем цилиндр 12, поэтому, когда он полностью введен в цилиндр, вторая концевая часть 18 поршня несколько выступает из цилиндра. Если требуется меньшая длина хода поршня, цилиндр может иметь дугу, составляющую менее 180 градусов, например, 90 градусов.
На фиг. 4 показана часть А с фиг. 3, при этом хорошо видны первая концевая часть 13 цилиндра 12 и первая концевая часть 17 поршня 16. Первая концевая часть 17 поршня имеет торцевую сторону 21 в передней части поршня и боковую сторону 23, обращенную к стенке 24 цилиндра. Поршень 16 содержит по меньшей мере один главный канал 20, частично проходящий от торцевой стороны 21 в поршень 16, и по меньшей мере один радиальный канал 22, но предпочтительно - множество радиальных каналов 22, соединяющих главный канал 20 и боковую сторону 23 поршня для прохода текучей среды через главный канал и радиальные каналы, чтобы обеспечить распределение текучей среды вокруг поршня и заполнение текучей средой зазора 25 между боковой стороной 23 поршня и стенкой 24 цилиндра.
На первой концевой части 13 цилиндра 12 установлена первая торцевая крышка 28. Первая концевая часть 13 и первая торцевая крышка 28 предпочтительно имеют соответствующие резьбовые части, чтобы первая торцевая крышка 28 могла быть завинчена в первую концевую часть 13 цилиндра, как показано на чертежах.
Первая торцевая крышка 28 снабжена также сквозным каналом 29 для прохода текучей среды. Для регулирования потока текучей среды в канале 29 торцевой крышки может быть предусмотрено клапанное устройство 30.
Первая торцевая крышка 28 предпочтительно выполнена таким образом, чтобы трубу, шланг или аналогичное средство можно было присоединить к каналу 29 торцевой крышки и резервуару для текучей среды и обеспечить перекачивание текучей среды из цилиндра 12 в резервуар для текучей среды, когда поршень 16 вводится в цилиндр. Когда поршень 16 выводится из цилиндра 12, текучая среда снова поступает в цилиндр. Альтернативой применения трубы, шланга или т.п. для соединения канала 29 торцевой крышки с резервуаром для текучей среды может являться резервуар для текучей среды, окружающий первую концевую часть 13 цилиндра таким образом, чтобы первая концевая часть 13 и, следовательно, канал 29 торцевой крышки, были погружены в текучую среду, находящуюся в резервуаре. Указанная текучая среда предпочтительно представляет собой масло для гидравлических систем или другую пригодную текучую среду, которая обладает смазочными свойствами.
Для предотвращения вытекания текучей среды из цилиндра 16 предпочтительно предусмотреть на концевой части 17 поршня уплотнение или прокладку 26, которые плотно прижимаются между концевой частью 17 поршня и стенкой 24 цилиндра и не пропускают поток текучей среды.
На фиг. 5 в увеличенном масштабе показана часть В с фиг. 3. На этом чертеже показана вторая концевая часть 14 цилиндра 12 и часть поршня 16. Поршень 16 выходит из цилиндра 12, и, чтобы предотвратить вытекание из цилиндра текучей среды, находящейся в зазоре 25 между поршнем 16 и стенкой 24 цилиндра, вторая концевая часть 14 снабжена второй торцевой крышкой 32. Вторая торцевая крышка 32 имеет сквозное отверстие для прохода поршня 12. Вторая торцевая крышка 32 и вторая концевая часть 14 цилиндра предпочтительно имеют соответствующие резьбовые части, чтобы вторую торцевую крышку 32 можно было ввинтить во вторую концевую часть 14. Между второй торцевой крышкой 32 и поршнем 16 расположены прокладки 33, которые предотвращают вытекание текучей среды. Для дополнительной герметизации необходимое количество уплотнений 34 может быть предусмотрено между цилиндром 12 и поршнем 16, как показано на фиг. 5.
Вторая концевая часть 18 поршня 12 и цилиндр предпочтительно снабжены соответствующими крепежными средствами (не показанными на чертежах), поэтому они могут быть прикреплены к устройствам или к двум частям устройства, которые вращаются относительно друг друга и, таким образом, принимать на себя крутящий момент или удар, которые могут возникать. Такие крепежные средства могут представлять собой один или более болтов или других пригодных крепежных элементов.
На фиг. 6 показано устройство 36, содержащее два амортизатора крутящего момента, как раскрыто выше. Устройство содержит первую часть 37 и вторую часть 38, при этом первая и вторая части установлены с возможностью вращения вокруг оси V, проходящей через устройство.
Как показано на фиг. 6, первая часть 37 содержит по меньшей мере один цилиндрический элемент 48, множество соединительных элементы 49, например, четыре соединительных элемента, как показано на фиг. 6, и одно или более опорных устройств 40, при этом все компоненты жестко соединены друг с другом соответствующими крепежными средствами, в частности, болтами или сваркой.
Устройство согласно изобретению содержит приводной узел 45, как схематически показано на фиг. 6, предназначенный для вращения первой части 37. Приводной узел 45, как поясняется в общей части описания, может иметь различные типы и представлять собой, например, двигатель, который вращает первую часть 37 при помощи механической передачи, в частности, при помощи одного или более зубчатых колес и, возможно, зубчатой рейки. Приводной узел, предназначенный для вращения первой части 37, может представлять собой гидравлическую или пневматическую систему или другое устройство, способное вращать первую часть 37.
Первая часть 37 предпочтительно содержит два амортизатора 10 крутящего момента, как раскрыто выше. Указанные два амортизатора крутящего момента расположены друг над другом в осевом направление вдоль оси V вращения и смещены на 180 градусов относительно друг друга в окружном направлении вокруг оси V вращения, чтобы получить более равномерную нагрузку вокруг оси вращения, когда крутящий момент поглощается двумя амортизаторами 10. При этом следует отметить, что устройство согласно изобретению может содержать более двух амортизаторов 10 крутящего момента, например, четыре амортизатора крутящего момента, которые смещены на 90 градусов относительно друг друга в окружном направлении вокруг оси V вращения.
Первая часть 37 содержит, как указано выше, по меньшей мере одно опорное устройство 40, которое проходит на 360 градусов вокруг оси V вращения и на которое опираются цилиндры 12 амортизаторов 10 крутящего момента. Альтернативно этому первая часть 37 снабжена отдельными опорными устройствами 40 для каждого цилиндра и поэтому предпочтительно имеет, по существу, такую же длину, что и цилиндр, который опирается на каждое опорное устройство 40. Цилиндры 12 могут быть прикреплены к опорному устройству 40 болтами или другими пригодными крепежными элементами. Одно или более опорных устройств 40 имеют форму лотка и вращаются вместе с остальной первой частью 37.
Когда приводной узел 45 прикладывает крутящий момент к цилиндрическому элементу 48, это приводит к вращению всей первой части 37, включая одно или более опорных устройств 40, на которых установлены цилиндры 12 амортизаторов крутящего момента. Таким образом, цилиндры 12 можно также рассматривать как компоненты первой части 37.
Вторая часть 38 содержит опорный элемент 50 и корпус 41, которые соединены друг с другом. Опорный элемент 50 опирается на цилиндрический элемент 48 и установлен с возможностью вращения относительно цилиндрического элемента 48, поэтому вторая часть 38 может вращаться, как относительно первой части 37, так и относительно остальной части устройства 36. Вторая часть содержит также первое захватное устройство 42, которое установлено в корпусе 41 и приспособлено для захвата и удержания первого элемента (не показанного на чертежах), в частности, трубчатого элемента, компоновки нижней части бурильной колонны (КНБК) или скважинного инструмента.
Вторая концевая часть 18 поршня 16 амортизатора крутящего момента предпочтительно присоединена при помощи болтов или другого пригодного крепежного средства (не показано на чертеже) ко второй части 38 устройства согласно изобретению. Поэтому поршни 16 можно рассматривать в качестве компонентов второй части 38. При этом первая часть 37 и вторая часть 38 соединяются через амортизаторы 10 крутящего момента.
Устройство 36 согласно изобретению содержит также второе захватное устройство 43, которое предпочтительно приспособлено для захвата и удержания трубчатого элемента, колонны труб или, возможно, оборудования нижней части бурильной колонны или скважинного инструмента (не показаны на чертежах). Второе захватное устройство 43 может быть, но не обязательно, установлено в устройстве 36 с возможностью вращения.
Когда первая часть 37 вращается приводным узлом 45, цилиндры 12 амортизаторов крутящего момента будут совершать то же самое приложенное к ним вращательное движение. Если настроить давление текучей среды в амортизаторах 10 крутящего момента таким образом, чтобы усилие, необходимое для ввода поршней 16 амортизаторов крутящего момента в соответствующие цилиндры 12, превышало усилие, необходимое для навинчивания первого элемента, который удерживается первым захватным устройством 42, на второй элемент, который удерживается вторым захватным устройством 43, вторая часть 38 будет вращаться вместе с первой частью 37 без введения поршней 16 в цилиндры 12. Далее, давление текучей среды в цилиндрах 12 предпочтительно регулируется таким образом, чтобы, при возникновении крутящего момента в виде удара, когда первый элемент, который удерживается первым захватным устройством 42, полностью навинчивается на второй элемент, который удерживается вторым захватным устройством 43, поршни 16 срабатывали и входили в соответствующие цилиндры 12, при этом указанный крутящий момент будет поглощаться одним или более амортизаторами 10 крутящего момента. Таким образом, давление текучей среды в цилиндрах 12 настраивается так, чтобы его величина была достаточно большой для обеспечения навинчивания первого элемента на второй элемент, однако, меньшей, чем величина критического давления. Величина критического давления должна быть меньше, чем величина, которая создает опасность повреждения резьбовых частей первого элемента и/или второго элемента при возникновении крутящего момента. Кроме того, что давление в цилиндрах 12 должно лежать между двумя указанными значениями, в результате чего поршни не вводятся в цилиндры, когда происходит свинчивание, и в то же время они срабатывают перед тем, как начнут разрушаться резьбовые части при полном свинчивании друг с другом, давление предпочтительно регулируется таким образом, чтобы резьбовые части свинчиваемых элементов были затянуты с требуемой силой.
Для регулирования давления текучей среды в цилиндрах 12 устройство 36 согласно изобретению предпочтительно снабжено гидравлической системой, которая содержит по меньшей мере один или более датчиков давления, фиксирующих величину давления текучей среды, насосное устройство, способное увеличивать давление текучей среды до требуемого уровня, и одно или более клапанных устройств, которыми можно управлять для уменьшения давления текучей среды. Таким образом, образуется технически очевидная гидравлическая система, которая не описывается более подробно.
Изобретение раскрыто выше со ссылками на неограничительный пример. Однако для специалистов в данной области техники очевидно, что раскрытый выше и иллюстрированный чертежами пример осуществления изобретения может быть видоизменен, и эти изменения могут быть внесены в пределах объема изобретения, который определяется формулой изобретения. Так, например, положение цилиндров 12 и поршней 16 в устройстве 36 согласно изобретению может быть изменено таким образом, чтобы цилиндры 12 опирались на вторую часть 38, а поршни 16 прикреплялись соответствующим образом к первой части 37. Следует также указать, что приведенный выше пример описывает устройство 36, предназначенное для свинчивания двух элементов в виде двух трубчатых элементов или трубчатого элемента и скважинного инструмента, или, возможно, двух скважинных инструментов, при этом амортизаторы 10 крутящего момента устройства предназначены для поглощения крутящего момента, который возникает, когда два указанных элемента полностью свинчиваются друг с другом. Однако очевидно, что вышеописанный амортизатор 10 крутящего момента можно использовать в других типах механизмов и устройств, где требуется поглощение крутящего момента.