Вертлюги І БУРОВІ РУКАВА
ПРИЗНАЧЕННЯ І СХЕМИ
Вертлюг - проміжна ланка між поступально переміщається талевого блоком з гаком, бурових рукавом і обертається бурильної колоною, яка за допомогою замкової різьблення з'єднується через провідну трубу зі стовбуром вертлюга. Для забезпечення подачі бурового розчину або газу переміщається вертлюг з'єднаний з напірної лінією за допомогою гнучкого бурового рукави, один кінець якого кріпиться до відведення вертлюга, а другий - до стояка на висоті, дещо більшою половини його довжини.
На рис. VIII. 1 показана схема розташування вертлюга в бурової при бурінні.
Вертлюг забезпечує можливість вільного обертання бурильної колони при невращающихся корпусі і талевого системі. Він підвішений на її гаку і виконує функції сальника для подачі всередину обертається колони бурового розчину, що закачується насосами за гнучким рукаву.
На рис. VIII.2 показана принципова схема вертлюга для буріння глибоких свердловин. Основна обертається його деталь - порожнистий стовбур 1, що сприймає вага бурильної колони. Стовбур, змонтований в корпусі 3 на радіальних 4 і 7 і наполегливих 5 і 6 підшипниках, забезпечений фланцем, передає вага колони через головну опору 5 на корпус 3, підвішений до гака на штропах 12. Опори стовбура фіксують його положення в корпусі, перешкоджають осьовим, вертикальним і радіальним переміщенням і забезпечують стійке положення і легкість обертання.
Вага корпусу вертлюга зі шлангом, осьові поштовхи і удари колони знизу вгору сприймаються допоміжної опорою 6. Стовбур вертлюга - ведений елемент системи. При прийнятому в бурінні нормальному напрямку обертання бурильної колони (за годинниковою стрілкою, якщо дивитися зверху на ротор) ствол і всі деталі, пов'язані з ним, щоб уникнути самовідгвинчування мають ліві різьблення. Штроп 12 кріпиться до корпусу на осях 16, змонтованих в припливах корпусу. Припливи мають форму кишень, які обмежують кут повороту штропа (- 40 °) для установки його в положення, зручне для захоплення гаком, коли вертлюг з провідною трубою знаходиться в шурф.
До кришки корпуса 15 прикріплений відвід 13, до якого приєднується бурової рукав 14. Буровий розчин надходить з рукава через відведення в приєднаної до нього напірну трубу 9, з якої він потрапляє у внутрішній канал ствола вертлюга. Зазор між корпусом напірного сальника 10 та напірної трубою 9 ущільнений сальником 11, що забезпечує герметичність при великих робочих тисках бурового розчину.
Напірний сальник 11 під час роторного буріння експлуатується в тяжких умовах, термін його служби (50-100 ч) у багато разів менше, ніж інших деталей вертлюга, тому він виконується швидкозмінним. У верхній і нижній частинах корпусу вертлюга для ущільнення зазору між корпусом і обертовим стволом встановлюють самоуплотняющіеся манжетні сальники 2 і 8, які оберігають від витікання масла з корпусу і попадання в нього зовні вологи і бруду.
У вертлюгах є пристрої для заливки, спуску масла і контролю його рівня, а також сапун для врівноваження з атмосферним тиском пари всередині корпусу, що створюється при нагріванні в процесі роботи. Це пристрій не пропускає масло при транспортуванні вертлюга в горизонтальному положенні.
Типорозмір вертлюга визначається динамічним навантаженням, яку він може сприймати в процесі обертання бурильної колони, допустимої статичним навантаженням і частотою обертання, граничним робочим тиском прокачується бурового розчину, масою і габаритними розмірами. Кожен вертлюг має стандартну ліву конічну замкову різьбу для приєднання до провідної трубі двох-трьох розмірів. Корпус вертлюга виконується обтічної форми для того, щоб він не чіплявся за деталі вежі при переміщеннях. Вертлюги пристосовані до транспортування будь-якими транспортними засобами без упаковки.
За конструкцією вертлюги для буріння глибоких свердловин, що виготовляються вітчизняними заводами, відрізняються мало. Розглянемо конструкцію вертлюга УВ-250мА (рис. VIII.3) .Він складається з литого сталевого корпусу 5 з двома кишенями для приєднання до нього штропа 11 за допомогою пальців. Внутрішня порожнина корпусу розділена по висоті горизонтальної перемичкою, що служить опорною поверхнею основної опори стовбура, посиленою для жорсткості вертикальними ребрами. Ця перемичка має кільцеву площадку, на яку встановлюється основний опорний підшипник 4.
Над основною опорою в корпусі знаходяться допоміжний завзятий підшипник 6, сприймає зусилля, які виникають уздовж осі від ротора до вертлюг, і верхній радіальний підшипник 7. Другий радіальний підшипник 3, центруючі стовбур вертлюга 1, розташований в нижній частині корпусу. Стовбур вертлюга / с обертаються елементами підшипників 3, 4, 6 і 7 і верхнім напірним сальником 9 складають групу обертових деталей вертлюга.
Зверху корпус вертлюга має круглий отвір. Цей отвір закривається кришкою з кронштейном 8, до якого кріпиться підведення 10. У кришці 8 встановлено верхнє сальникове ущільнення корпусу, а нижнє ущільнення 2 кріпиться до нижньої частини корпусу. Цей сальник служить для попередження витоку масла з корпусу вертлюга в процесі роботи.
Верхній радіальний 7 і наполеглива 6 підшипники малонагружени і змащуються консистентним мастилом, для чого в кришці передбачена прес-маслянка. Головна опора і нижній радіальний підшипник змащуються рідким мастилом, якої наповнена масляна ванна корпусу. Рідке масло служить не тільки для змащення, але і для відводу тепла, що виділяється в підшипниках. Треба мати на увазі, що при прокачуванні через вертлюг бурового розчину з високою температурою масло у ванні вертлюга нагрівається і додаткове тепло тертя призводить до підвищення температури вище допустимої (іноді понад 100 ° С).
Застосування швидкоз'ємного напірного сальника значно спростило і прискорило його заміну, а конструкція ствола стала простіше і меншої довжини. Практика експлуатації показує, що застосування великої кількості манжет в сальнику не збільшує термін служби ущільнення вертлюга, так як відбувається перегрів манжет і їх руйнування внаслідок поганого відводу тепла. Оптимальним є використання двох-трьох робочих манжет. Залежно від конструкції ущільнення здійснюється або першої, або останньої манжетою, при виході з ладу якої починає працювати друга манжета і т. Д.
Швидкознімне напірне ущільнення (рис. VIII.4), що застосовується в вертлюге УВ-250мА, забезпечує подачу в стовбур вертлюга бурового розчину під тиском до 25 МПа. Розчин від підведення 4 вертлюга надходить через напірну трубу 9, розташовану в стовбурі 15 вертлюга. Ця труба жорстко не закріплена і є як би плаваючою. На її верхньому кінці встановлена шпонка, що входить в паз кільця 7, нерухомо прикріпленого верхній нажімной гайкою 3 до втулки 5.
Зазори між підведенням 4, кільцем 7 і трубою 9 ущільнені торцевої 6 і радіальної 8 манжетами. Необхідна натискання на ущільнення створюється верхній нажімной гайкою 3 загвинчування її на втулку 5. Нижня обертається ущільнююче пристрій складається зі склянки 2, притиснутого нижньої натискної гайкою / до торця стовбура 15 вертлюга. У склянці розміщені чотири самоуплотняющіеся манжети 10, розділені між собою кільцями 12, що створюють камери, що обмежують деформацію манжет під тиском прокачується розчину.
Для зменшення тертя і зносу труби 9 і манжет 10 в манжетні камери періодично закачують ручним насосом через прес-маслянку 11 консистентне мастило. Верхня манжета служить для утримання мастила при закачуванні, а нижні три манжети ущільнюють зазори між трубою 9, кільцями 12 і грундбуксой 13, нижній торець якої ущільнений торцевої манжетою 14. Необхідна натискання на елементи сальника здійснюється нижньої натискної гайкою /.
Ущільнювальні манжети сальника виготовляють з мастилостійких гум або резіноасбестових композицій, або пластмас поліуретанової групи. Напірні труби виготовляють з низьколегованих цементуемих сталей марок 12ХН2А, 20ХНЗА і ін. Зовнішня поверхня труб піддається термохімічних обробці для створення шару товщиною 1,5-3 мм твердістю 56-62 HRC. Зовнішня поверхня піддається високоточної механічної обробки, полірується або виглажівается роликом для зменшення шорсткості.
Ріс.VIII.5. Нижня ущільнення масляної ванни вертлюга
Нижня ущільнення масляної ванни вертлюга (рис. VIII.5) служить для запобігання витоку мастила при обертанні вертикально розташованого ствола вертлюга. Ущільнене пристрій складається з двох манжет 4, змонтованих в нижній частині
кришки 9 корпусу вертлюга. Кільце 8 за допомогою болтів 7 натискає на манжети 4, які прилягають до зовнішньої поверхні втулки 3, одягненою на стовбур 5 вертлюга. Втулка 3, що упирається в кільце підшипника 1, кріпиться на стовбурі 5 гайкою 6 і ущільнюється гумовим кільцем 2. У порожнину між манжетами 4 подається через прес-маслянку 10 мастило, що оберігає витікання масла з ванни. Втулка 3 захищає від зносу поверхня стовбура, а при зносі її змінюють.
У нижній кришці корпусу передбачена отстойная зона, куди через отвори в корпусі потрапляють з маслом продукти зносу. З боку в нижній частині кришки передбачено зливний отвір, що закривається пробкою, через яку періодично спускають масло з ванни вертлюга.
Стовбур вертлюга - найбільш навантажена деталь. На нього діють розтягуються сила від ваги бурильної колони, що вигинає момент і внутрішній тиск розчину. Нижній кінець стовбура має ліву внутрішню замкову різьбу по ГОСТ 5286-75, що служить для з'єднання через запобіжний переводник з провідною трубою. Стовбури виготовляють з конструкційних низьколегованих сталей марок 40Х, 40ХН, 38ХГН і ін. Стовбур піддається загартуванню з відпусткою до твердості 280-320 НВ.
На опори стовбура вертлюга діють в основному осьові навантаження: головна опора сприймає вага бурильної колони, а радіальні підшипники центрують підвішений на гаку вертлюг і сприймають навантаження, створювані його вагою і частиною ваги прикріпленого до нього гнучкого шланга.
В якості головної опори в вертлюгах застосовують наполегливі або радіально-наполегливі підшипники. У важко навантажених вертлюгах для буріння глибоких свердловин використовують роликопідшипники з конічними, бочкоподібними і циліндричними роликами. Ці підшипники застосовують при частоті обертання не більше 100 об / хв, так як циліндричні ролики працюють з прослизанням, що призводить до їх зносу.
У вертлюгах для геологорозвідувального буріння свердловин невеликої глибини і при легких бурильних колонах використовують радіально-наполегливі або радіальні шарикопідшипники, для допоміжних опор вертлюгов зазвичай - завзяті кулькові або конічні роликопідшипники стандартних серій.