ПРИВОД БУРОВОГО РОТОРА (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
DRILLING ROTOR DRIVE (OPTIONS) AND ITS MANUFACTURING METHOD

Область изобретения, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится в целом к буровым установкам и, в частности, к герметизированному приводу бурового ротора.
Уровень техники
Оборудование вращательного бурения, применяемое на нефтепромыслах, испытывает значительный объем неправильной эксплуатации и загрязнения. Такие условия на буровых платформах обуславливают быстрый выход из строя оборудования. В настоящее время привод бурового ротора содержит ряд подшипников, шестерен, двигателей и плит, состыкованных вместе для приведения в действие бурового оборудования или рабочей колонны. Такая конфигурация обеспечивает доступ загрязняющих веществ к упомянутым выше частям. Загрязнение обуславливает частые повреждения, отказы и уменьшенный эксплуатационный ресурс. В свою очередь, постоянная замена данных прецизионных частей является весьма дорогой. Требуется решение, обеспечивающее их повышенную прочность и долговечность. То есть, требуется система и способ решения указанных выше проблем.
Раскрытие изобретения
Изобретение настоящего раскрытия в одном аспекте, содержит привод бурового ротора содержащий верхнюю плиту и нижнюю плиту, взаимодействующие с образованием проходного отверстия, проходящего через обе плиты и смежного с картером редуктора. Переходник вкладыша в проходном отверстии образует проход переходника вкладыша для приема вкладыша, выполненного с возможностью стыковки с сегментом бурильной трубы обеспечивающей передачу вращения на нее. Кольцевой подшипник имеет внутреннее кольцо, жестко прикрепленное к переходнику вкладыша, и образует множество зубьев по периметру. Наружное кольцо подшипника жестко прикреплено к нижней плите. Картер редуктора принимает выходную мощность от двигателя для передачи вращения на переходник вкладыша через зубья на кольцевом подшипнике, и подшипник герметизирован против воздействия на его элементы посредством окружения его со всех сторон комбинацией верхней плиты, нижней плиты и переходника вкладыша.
В некоторых вариантах осуществления переходник вкладыша содержит верхнюю часть, которая вращается по меньшей мере частично над верхней плитой, и нижнюю часть, которая проходит из верхней части вниз через проходное отверстие. Верхняя часть и нижняя часть могут быть единым целым, или верхняя часть и нижняя часть могут быть отдельными компонентами, соединяемые в одно целое во время сборки привода бурового ротора. Множество стопорных пазов могут быть образованы в верхней части переходника вкладыша.
В некоторых вариантах осуществления верхнее основное уплотнение вставлено между переходником вкладыша и верхней плитой, и нижнее основное уплотнение вставлено между внутренним кольцом подшипника и нижней плитой. Средство может содержать двигатель, имеющий выходной вал, прикрепленный к ведущей шестерне внутри картера редуктора. Двигатель может быть уплотнен на нижней плите. В некоторых случаях промежуточную шестерню герметизируют в картере редуктора и вставляют между ведущей шестерней и зубьями внутреннего кольца подшипника для передачи вращательных усилий между ними.
Раскрытое изобретение в другом его аспекте содержит привод бурового ротора с верхней плитой и нижней плитой, взаимодействующими с образованием проходного отверстия и смежного герметизированного картера редуктора. Переходник вкладыша проходит через проходное отверстие, выполненное с возможностью приема вкладыша для стыковки с сегментом полигональной бурильной трубы, обеспечивая передачу вращения на нее. Средство включает в себя кольцевой подшипник, имеющий внутреннее кольцо, жестко прикрепленное к переходнику вкладыша, и наружное кольцо, жестко прикрепленное к нижней плите, а также ведущую шестерню в герметизированном картере редуктора, состыкованную с переходником вкладыша так, что переходник вкладыша вращается при вращении ведущей шестерни. Подшипник герметизирован для исключения воздействия на элементы, посредством окружения со всех сторон комбинацией верхней плиты, нижней плиты и переходника вкладыша.
Привод бурового ротора может дополнительно содержать герметизированный двигатель, который уплотнен на нижней плите, с выходным валом, состыкованным с ведущей шестерней. Подшипник может иметь множество зубьев шестерни на внутреннем кольце, через которые вращение передается на переходник вкладыша. Промежуточная шестерня может быть вставлена между зубьями ведущей шестерни и шестерни внутреннего кольца.
В некоторых вариантах осуществления множество стопорных пазов выполнено в верхней части переходника вкладыша, выше верхней плиты. Верхнее основное уплотнение может быть вставлено между верхней частью переходника вкладыша и верхней плитой. Нижнее основное уплотнение может быть вставлено между внутренним кольцом подшипника и нижней плитой.
Раскрытое изобретение, в другом его аспекте содержит способ, в котором обеспечивают верхнюю и нижнюю плиту образующие картер редуктора и смежное проходное отверстие, обеспечивают переходник вкладыша, проходящий через проходное отверстие набегающий на кольцевом подшипнике, размещенном между верхней и нижней плитой, и приводят во вращение переходник вкладыша посредством ведущей шестерни, содержащейся в картере редуктора и прикрепленной к герметизированному двигателю снаружи картера редуктора.
Способ может содержать привод переходника вкладыша посредством промежуточной шестерни, вставленной между ведущей шестерней и множеством зубьев выполненных на внутреннем кольце подшипника, которое жестко прикреплено к переходнику вкладыша. Способ может содержать создание множества стопорных пазов в верхней части переходника вкладыша которая вращается через плоскость выше верхней плиты. Верхняя часть переходника вкладыша может быть герметизирована на месте, где стыкуется в упор с верхней плитой.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан упрощенный вид сбоку обычной буровой установки.
На фиг. 2 показан вид разобранного привода бурового ротора.
На фиг. 3 показан в изометрии привод бурового ротора настоящего изобретения.
На фиг. 4 показан вид сбоку с сечением привода бурового ротора фиг. 3.
На фиг. 5 показан вид разобранного привода бурового ротора фиг. 3.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
На фиг. 1, показан упрощенный вид сбоку обычной буровой установки 100. На фиг. 1 упрощение состоит в том, что показаны не все возможные части или компоненты на площадке буровой установки. Показанная как пример, буровая установка 100 может содержать вышку 102, применяемую для несения рабочих компонентов, подвешиваемых над земной поверхностью и в стволе скважины. Буровая установка 100 может содержать крановую систему или систему 104 полиспаста для производства манипуляций с рабочей колонной 110. Рабочая колонна 110 может содержать различные части в виде бурильной трубы 112, долота 114 и/или различных других инструментов и компонентов. Вышка 102 может содержать буровой пол 116 или платформу в которой смонтирован привод 120 бурового ротора. Привод 120 бурового ротора выполнен с возможностью передачи вращения на бурильную трубу 112 и/или рабочую колонну 110.
На фиг. 2 показан разобранный привод 120 бурового ротора. Здесь можно видеть в изометрии участок бурового пола 116, ограничивающий отверстие или апертуру 117 в которой может быть смонтирован привод 120 бурового ротора. Обычный привод 120 бурового ротора может содержать множество приводных двигателей 202, взаимодействующих с остальными частями привода 120 бурового ротора через одну или несколько ведущих шестерен 204.
Привод 120 бурового ротора содержит основной подшипник или монтажную плиту 206, которая может быть жестко прикреплена к буровому полу 116. Подшипник 206 обеспечивает вращение переходника 212 вкладыша относительно бурового пола 116 и остальных частей вышки 102. Переходник 212 вкладыша также выполнен с возможностью приема вкладыша (не показано), который точно прилегает к наружному контуру смежной части бурильной колонны для ее вращения с вкладышем. Бурильная труба 112 может быть шлицованной или иметь полигональную наружную поверхность, стыкуемую с внутренней поверхностью вкладыша для обеспечения вращения трубы буровой установкой 100. Такое устройство известно в технике, как "вкладыш для вращения ведущей трубы".
Мощность привода переходнику 212 вкладыша обеспечивают приводные двигатели 202, прикрепленные к ведущим шестерням 204. Ведущие шестерни 204 входят в зацепление с кольцевой шестерней 208, которая жестко прикреплена к переходнику 212 вкладыша. Также в состав, как часть привода 120 бурового ротора, может быть включена плита 214 с пазами, которая жестко прикреплена к переходнику 212 вкладыша, так что ее можно применять как стопорящее или удерживающее средство для привода 120 бурового ротора.
Может быть понятно, что хотя система привода ведущей бурильной трубы, описанная в данном документе, является эффективной для приведения в действие или вращения рабочей колонны 110, сложное устройство и вертикальный монтаж частей увеличивают стоимость материалов и конструкции. Открытость внешнему воздействию подвижных компонентов, таких как подшипники, двигатели и зубчатая передача, способствуют увеличенному и быстрому износу в тяжелых условиях окружающей среды буровой установки. Поломки являются обычными, что приводит не только к дополнительным расходам на ремонт или замену привода 120 бурового ротора, но также к простою самой буровой установки 100.
На фиг. 3 показан в изометрии привод 300 бурового ротора настоящего изобретения. Привод 300 бурового ротора, в различных вариантах осуществления является заменой для привода 120 бурового ротора (фиг. 2). Привод 300 бурового ротора можно конфигурировать, как замену в виде "вставляемого блока", для которого не требуется существенной переделки или переработки соответствующей вышки или буровой установки. В дополнение к обеспечению функциональности и работы одинаковой с приводом 120 бурового ротора, привод 300 бурового ротора работает с меньшим набором более прочных компонентов. Зубчатая передача, подшипники и другие компоненты привода 300 бурового ротора также герметизированы для исключения загрязнения и износа под воздействием окружающей среды буровой установки 100.
Привод 300 бурового ротора можно лучше всего понять дополнительно, рассматривая фиг. 4, где показан вид сбоку с сечением привода 300 бурового ротора, и фиг. 5, где показан вид разобранного привода. Привод 300 бурового ротора содержит переходник 302 вкладыша, который может принимать вкладыш (не показано), имеющий форму, взаимодействующую с рабочей колонной 110 или бурильной трубой 112, для обеспечения передачи вращения на нее. В этом отношении, привод 300 бурового ротора может также образовывать часть системы привода ведущей бурильной трубы.
Переходник 302 вкладыша образует проходное отверстие 304, которое принимает вкладыш под ведущую бурильную трубу и обеспечивает проход рабочей колонны 110, содержащей текущую часть бурильной трубы 112 и долото 114, когда необходимо. Переходник 302 вкладыша может содержать одну, выполненную как единое целое деталь, которой могут ковкой или станочной обработкой придавать нужную форма. В других вариантах осуществления переходник 302 вкладыша может содержать верхнюю часть 303A, состыкованную с нижней частью 303B. В некоторых случаях переходник вкладыша, обеспечиваемый в верхнем и нижнем компонентах 303A и 303B, соответственно, может обеспечивать более простую сборку комплектного привода 300 бурового ротора.
,
Переходник 302 вкладыша может содержать множество отнесенных друг от друга по окружности стопорных пазов 306, образованных в верхней части 303A. Стопорные пазы 306 исключают необходимость отдельной плиты 214 с пазами, описанной выше. Поскольку функция стопорения привода 300 бурового ротора может быть обеспечена компонентами снаружи самого привода 300 бурового ротора, стопорные пазы 306 остаются в наличии снаружи привода 300 бурового ротора. Стопорные пазы 306 образованные переходником 302 вкладыша остаются сверху верхней плиты 308, которая в соединении с нижней плитой 310, обеспечивает герметизированную полость для некоторых критических компонентов привода 300 бурового ротора.
Верхняя плита 308 и нижняя плита 310 образуют проход 312 переходника вкладыша, через который переходник вкладыша проходит, как ясно показано на фиг. 3 и 4. Смежно с проходом 312 переходника вкладыша расположен картер 314 редуктора, образованный как полость между верхней плитой 308 и нижней плитой 310. Понятно, что на месте, где верхняя плита 308 встречает нижнюю плиту 310, можно использовать уплотнения, уплотнительные прокладки или другие, не пропускающие грязь и текучую среду средства.
К нижней плите 310 может быть прикреплен подшипник 316, а также переходник 302 вкладыша, поэтому обеспечено вращение между данными двумя компонентами. В некоторых вариантах осуществления подшипник 316 относится к типу с поворотным кольцом. Внутреннее кольцо 317A может быть жестко прикреплено к переходнику 302 вкладыша, а наружное кольцо 317B жестко прикреплено к нижней плите 310. Подшипник 316 интегрирует планшайбу 318 с зубчатым венцом на внутреннем кольце 317A, так что отдельная кольцевая шестерня 218 не требуется. Планшайба 318 с зубчатым венцом может выполняться станочной обработкой или формоваться в поверхности подшипника 316 и может содержать множество обращенных наружу зубьев на периметре или вблизи периметра подшипника 316 или внутреннего кольца 317А подшипника 316. Поскольку подшипник 316 жестко прикреплен к переходнику 302 вкладыша, вращение можно передавать на переходник 302 вкладыша через интегрированную планшайбу 318 с зубчатым венцом.
,
На месте, где переходник 302 вкладыша посажен на или стыкуется с верхней плитой 308, может быть обеспечено верхнее основное уплотнение 320. На месте, где подшипник 316 прикреплен к нижней плите 310 или стыкуется с ней, может быть обеспечено нижнее основное уплотнение 322. Таким путем подшипник 316, который может быть подвержен преждевременному износу и отказу от попадания грязи или текучей среды, является полностью герметизированным в приводе 300 бурового ротора. Подшипник 31 таким образом сопрягается только с нижней плитой 310, верхней плитой 308 и участком переходника 302 вкладыша, расположенным между верхней плитой 308 и нижней плитой 310.
Один приводной двигатель 324 может быть жестко прикреплен к нижней плите 310 вблизи картера 314 редуктора. Приводной двигатель 324 может иметь герметизированную конструкцию для дополнительной изоляции его от засорения, загрязнения и преждевременного отказа. Приводной двигатель 324 может быть гидравлическим или электрическим. Выходной вал двигателя 324 может быть присоединен к ведущей шестерне 326, которая полностью герметизирована в картере 314 редуктора. В варианте осуществления промежуточная шестерня 328 может также быть смонтирована на подшипниках внутри картера 314 редуктора и обеспечивать монтаж приводного двигателя 324 на нижней плите 310 с подходящим зазором для вращения переходника 302 вкладыша и рабочей колонны 110. Ведущая шестерня 326 взаимодействует с и приводит в действие промежуточную шестерню 328, которая сопрягается с и приводит в действие интегрированную планшайбу 318 с зубчатым венцом подшипника 316. В других вариантах осуществления промежуточная шестерня может отсутствовать, при этом двигатель 324 приводит в действие планшайбу 318 с зубчатым венцом напрямую, но такая конфигурация уменьшает зазор между двигателем 234 и рабочей колонной, занимающей проходное отверстие 304. Понятно, что можно использовать различные подшипники и уплотнения в картере 314 редуктора, где это целесообразно. Например, уплотнение может быть обеспечено на месте, где двигатель 324 прикреплен к нижней плите и ведущая шестерня 326 и/или промежуточная шестерня 328 могут опираться на подшипники в картере 314 редуктора.
На верхней плите 308 и/или нижней плите 310 могут быть предусмотрены различные элементы, которые обеспечивают приводу 300 бурового ротора надлежащий монтаж на буровом полу 116 или другом участке вышки 102 без ущерба для целостности герметизированных частей привода 300 бурового ротора. Здесь некоторое число монтажных опор 330 обеспечено вблизи параметра прохода 312 переходника вкладыша на верхней плите 308. Монтажные опоры 330 могут быть расположены отнесенными друг от друга примерно на одинаковые интервалы по окружности вблизи прохода 312 переходника вкладыша. В других вариантах осуществления можно использовать больше или меньше монтажных опор 330. Крепежные пластины 332 могут быть обеспечены для каждой из монтажных опор 330 для распределения сил, действующих от крепежных элементов (не показано) применяемых для монтажа привода бурового ротора на нужном месте.
Понятно, что термины "включающий в себя", "содержащий", "состоящий из" и их грамматические варианты не исключают добавления одного или нескольких компонентов, элементов, этапов или их целых чисел или групп и что термины следует толковать, как определяющие компоненты, элементы, этапы или целые числа.
Если в спецификации или формуле изобретения указан "дополнительный" элемент, это не исключает наличия нескольких дополнительных элементов.
Следует понимать, что в случае, если в формуле изобретения или спецификации указаны артикли "a" или "an" перед элементом, такое указание не следует толковать, как наличие только одного такого элемента.
Следует понимать, что в случае, если в спецификации указано, что компонент, элемент, конструкция или характеристика "может", "мог бы", "могут" или "могли бы" быть включена в состав, частный компонент, элемент, конструкция, или характеристика не требует включения в состав.
В случае применения диаграмм состояния, блок-схем последовательности операций или того и другого для описания вариантов осуществления изобретение не ограничено такими схемами или соответствующими описаниями. Например, операции последовательности не должны проходить через каждый показанный блок или состояние или строго следовать показанному и описанному порядку.
Способы настоящего изобретения могут быть реализованы с ручным управлением, автоматическим или комбинированным управлением, выбранными этапами или задачами.
Термин "способ" может относиться к конфигурациям, средствам, методикам и процедурам для выполнения данной задачи, содержащим, но без ограничения этим, такие конфигурации, средства, методики и процедуры, как известные, или только разработанные по известным конфигурациям, средствам, методикам и процедурам практикующими специалистами данной области техники, к которой изобретение принадлежит.
Термин "по меньшей мере", за которым следует число, применяется в данном документе для указания начала диапазона, как указанного числа (который может быть диапазоном с верхним пределом или без верхнего предела, в зависимости от заданной переменной). Например, "по меньшей мере 1" означает 1 или больше 1. Термин "самое большее", за которым следует число, применяется в данном документе для указания конца диапазона, завершающегося таким числом (который может быть диапазоном с нижним пределом 1 или 0, или диапазоном без нижнего предела, в зависимости от заданной переменной). Например, "самое большее 4" означает 4 или меньше 4, и "самое большее 40%" означает 40% или меньше 40%.
Когда в данном документе диапазон дан, как от "(первое число) до (второе число)" или "(первое число) - (второе число)", данное означает диапазон, нижним пределом которого является первое число, и верхним пределом которого является второе число. Например, 25-100 следует интерпретировать, как диапазон с нижним пределом 25 и верхним пределом 100. Дополнительно, следует отметить что если дан диапазон, каждый возможный поддиапазон или интервал в таком диапазоне также конкретно предложен, если контекст не указывает иного. Например, если спецификация указывает диапазон 25-100 такой диапазон также содержит поддиапазоны, такие как 26-100, 27-100 и т.д., 25-99, 25-98 и т.д., а также любые другие возможные комбинации нижних и верхних величин в заявленном диапазоне, например, 33-47, 60-97, 41-45, 28-96, и т.д. Отмечается, что величины целых чисел диапазона применены здесь только для примера и десятичные и дробные величины (например, 46,7-91,3) также возможны для указания концевых точек поддиапазонов, если специально не исключены.
Следует отметить, что если делается ссылка в данном документе на способ, содержащий два или больше заданных этапов, этапы можно выполнять в любом порядке или одновременно (кроме случаев, когда контекст исключает такую возможность), и способ может также содержать один или несколько других этапов, которые выполняют до любого из заданных этапов, между двумя из заданных этапов или после всех заданных этапов (кроме случаев, когда контекст исключает такую возможность).
Дополнительно, следует отметить что термины аппроксимации (например, "около", "по существу", "приблизительно" и т.д.) следует интерпретировать в их обычных и принятых значениях для применения в соответствующей технике, если иное не оговорено данном документе. Без специального определения в данном раскрытии, и при отсутствии ординарного и принятого использования в связанной технике, такие термины следует интерпретировать отличающимися на плюс или минус 10% от базовой величины.
Таким образом, настоящее изобретение хорошо адаптировано к выполнению задач и достижению целей и преимуществ, упомянутых выше, а также связанных с ними. Хотя патентоспособное средство описано и проиллюстрировано на чертежах в данном документе в виде некоторых предпочтительных вариантов осуществления, различные изменения и дополнительные модификации, кроме показанных или предложенных в данном документе, могут быть произведены специалистами в данной области техники без отхода от сущности объема изобретения, которое определено следующей формулой изобретения.