ШАРНИРНАЯ МУФТА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

Полезная модель относится к буровой технике и может быть использована в процессе бурения наклонных участков скважин и корректирования направления ствола скважины в качестве шарнирного отклоняющего устройства забойного двигателя.
Известна конструкция шарнирной муфты бурильной колонны, в которую входит полый корпус с профильной поверхностью в нижней части отверстия корпуса, а также нижний и верхний подпятники, установленные в корпусе. Устройство содержит также опорную пяту со сферической частью, контактирующей с внутренней сферической поверхностью, образованной подпятниками, и профильной частью, контактирующей с профильной поверхностью корпуса, призматические шпонки, а также средства герметизации муфты в виде набора шевроновых колец. Со стороны нижнего подпятника на профильной части опорной пяты имеется полумуфта, кулачки которой взаимодействуют с кулачками, выполненными на нижнем конце корпуса, и образуют профильную поверхность. (См. Обзорная информация. Бурение наклонно-направленных скважин с применением шарнирных компоновок. - ВНИИОЭНГ, 1988. - С.49-53).
Недостатками известного устройства можно считать низкую надежность работающих в буровом растворе шпонок и кулачковой полумуфты, которые воспринимают вращающий момент от долота через опорную пяту и корпус на бурильную колонну. Низкую надежность имеют и средства герметизации в виде шевроновых колец, т.к. их необходимо сжать заданным усилием в замкнутом объеме на сферической части пяты.
Прототипом заявляемого устройства можно считать шарнирную муфту бурильной колонны, представленную в патенте UA. №41271, М. кл. 7 Е 21 В 7/08, опуб. 17.09.2001., Бюл. №8.
Известная шарнирная муфта бурильной колонны содержит полый корпус с профильной поверхностью из трех лысок в нижней части его отверстия. Установленные в корпусе нижний и верхний подпятники, последний с наружной проточкой в верхней части, и опорную пяту со сферической и профильной частями. Профильная поверхность профильной части опорной пяты, как и профильная поверхность корпуса, образована тремя лысками. В устройстве используется клин, размещаемый в клиновидной расточке одной из лысок профильной поверхности полого корпуса, а также средства для герметизации муфты. Одно из средств, в виде кольцевого уплотнительного элемента, размещено между корпусом и верхним подпятником. Указанные признаки, являются общими с заявляемой конструкцией.
Дополнительное средство для герметизации муфты, в виде кольцевого уплотнительного элемента, в известной конструкции установлено между верхним подпятником и сферической частью опорной пяты.
Недостатком известного устройства можно считать низкую надежность, обусловленную отсутствием достаточной герметизации муфты, препятствующей уходу бурового раствора из внутренней полости забойного двигателя в затрубное пространство.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования конструкции, в процессе которого за счет применения простых уплотнительных элементов, а также использования амортизирующих свойств одного из них и правильного выбора места установки элементов, исключается возможность проникновения бурового раствора к корпусу, сферической части опорной пяты и подпятникам и, таким образом, обеспечивается необходимая надежность.
Для решения поставленной задачи в шарнирной муфте бурильной колонны, содержащей полый корпус с профильной поверхностью из трех лысок в нижней части его отверстия, верхний подпятник с наружной
проточкой в верхней части, нижний подпятник, опорную пяту со сферической и профильной частями, профильная поверхность которой образована также, как в корпусе, тремя лысками, клин, установленный в клиновидной расточке одной из лысок профильной поверхности полого корпуса, и средства для герметизации муфты, одно из которых, в виде кольцевого уплотнительного элемента, размещено между корпусом и верхним подпятником, согласно полезной модели, средства для герметизации муфты в виде кольцевых уплотнительных элементов, дополнительно установлены между нижним подпятником и корпусом. Кроме того, еще одно средство для герметизации муфты, в виде кольцевого уплотнительного элемента, дополнительно установлено между сферической частью пяты, обращенными друг к другу торцами верхнего и нижнего подпятников и корпусом.
Прим этом, в верхнем подпятнике на его наружной проточке может быть размещен дополнительный кольцевой уплотнительный элемент, установленный с возможностью его сжатия вдоль продольной оси муфты.
Указанное размещение кольцевых уплотнительных элементов позволяет обеспечить надежную герметизацию корпуса относительно сферической части пяты, верхнего и нижнего подпятников, а также последних относительно сферической части пяты. Кроме того, уплотнительный элемент, установленный на наружной проточке верхнего подпятника, дополнительно выполняет функцию амортизатора.
Заявляемая конструкция иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез шарнирной муфты, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.
Шарнирная муфта бурильной колонны состоит из полого корпуса 1, в отверстии которого между нижним 2 и верхним 3 подпятниками установлена опорная пята 4, которая имеет сферическую и профильную части. Со стороны верхнего подпятника 3 к корпусу 1 на резьбе присоединен переходник 5, а между ним и верхним подпятником 3
установлена регулировочная шайба 6. Переходник 5 неподвижно соединен с бурильной колонной (не показано).
1
На профильной части опорной пяты 4 имеется профильная поверхность 7 с тремя лысками. Две из них 8 и 9 параллельны плоскости искривления OO, а третья 10 - ей перпендикулярна. В нижней части отверстия корпуса 1 имеется профильная поверхность, повторяющая форму профильной поверхности 7 опорной пяты 4.
Смежно с лыской 10 на профильной поверхности 7 в нижней части отверстия корпуса 1 выполнена клиновидная расточка, в которую устанавливается клин 11 переменной формы. Величина зазора 12, образованного между клином 11 и лыской 10, определяет заданный угол искривления. Для каждого конкретного угла искривления используется свой клин, а угловой зазор между тремя лысками на корпусе 1 и пяте 4 определяется из условия обеспечения всего интервала заданных углов искривления.
Для уплотнения соединений муфты используются средства герметизации в виде уплотнительных кольцевых элементов 13, 14, 15 и 16 круглого и прямоугольного сечения. Уплотнительные элементы 13 и 16 установлены в канавках, выполненных на наружной цилиндрической поверхности верхнего 3 и нижнего 2 подпятников. Уплотнительный элемент 14 установлен в канавке, выполненной на сферической части пяты 4 - в плоскости, перпендикулярной ее продольной оси. Уплотнительный элемент 15 располагается на сферической части пяты 4 в плоскости, перпендикулярной ее продольной оси, и установлен между сферической частью пяты 4, обращенными друг к другу торцами верхнего 3 и нижнего 2 подпятников и корпусом 1. На наружной поверхности верхней части подпятника 3 выполнена проточка, в которой размешен упругий уплотнительный элемент 17. Наружная поверхность элемента 17 выполнена, например, убывающей по диаметру от подпятника 3. Благодаря резьбовому соединению переходника 5 и корпуса 1, уплотнительный
1
элемент 17 может быть сжат вдоль продольной оси муфты с помощью шайбы 18, в которую упирается выступающий торец переходника 5. При таком выполнении уплотнительному элементу 17 дополнительно обеспечиваются амортизирующие свойства. Для подачи в забойный агрегат бурового раствора через шарнирную муфту имеется осевой канал 19. Сферическая часть пяты 4 обеспечивает ее шарнирное соединение с корпусом 1 через подпятники 2 и 3. Поворот оси опорной пяты 4 относительно корпуса 1 может быть осуществлен лишь в плоскости OO, которую задают с помощью лысок 8 и 9. При спуске забойного агрегата его ось совпадает с осями бурильной колонны и шарнирной муфты.
1
В процессе работы устройства под воздействием усилий, сжимающих шарнирную муфту, опорная пята 4 поворачивается относительно корпуса 1 на величину зазора 12 в плоскости OO. При этом происходит отклонение продольной оси опорной пяты 4 относительно оси корпуса 1 и переходника 5. Крутящий момент от переходника 5 на профильную часть пяты 4 передается через профильную поверхность 7 в нижней части отверстия корпуса 1. Под воздействием осевых нагрузок в процессе бурения положение элементов 1, 2, 3, 4, относительно друг друга может меняться. При этом буровой раствор стремится попасть между корпусом 1 и переходником 5 или между корпусом 1 и нижним подпятником 2. Этого не происходит, т.к. уплотнительные элементы 13, 14, 15 и 16 надежно герметизируют корпус 1 относительно верхнего 3 и нижнего 2 подпятников. Уплотнительные элементы 14 и 15 дополнительно обеспечивают герметизацию сферической части пяты 4 относительно подпятников 2 и 3. При этом уплотнительный элемент 17 дополнительно обеспечивает герметизацию корпуса 1 относительно переходника 5 и верхнего подпятника 3 за счет сжатия в замкнутом объеме, образованном шайбой 18, подпятником 3 и корпусом 1. Кроме того, благодаря амортизирующим свойствам, элемент 17 дополнительно
производит компенсацию перемещений элементов 1, 3, 5 и 18 из-за зазоров, которые могут возникнуть в процессе работы устройства.