弹簧预加载的轴承组件以及包括其的钻井设备制造技术

一种钻头，其包括外罩和轴承组件。外罩具有界定中心钻孔的侧壁结构。轴承组件包括外部套筒、内部套筒、轴承单元以及预加载力施加构件。外部套筒具有中心钻孔，并且内部套筒被可移除地安置在外罩中心钻孔内。轴承单元被耦合在套筒之间，以便提供套筒的共心对准，并允许其间的旋转。轴承单元中的第一个轴承单元被构造成承载径向地施加在套筒之间的载荷，而轴承单元中的第二个轴承单元被构造成承载纵向地施加在套筒之间的载荷。预加载力施加构件将力保持在承载纵向载荷的轴承单元以及所述套筒上，从而预加载承载纵向载荷的轴承单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】弹簧预加载的轴承组件以及包括其的钻井设备 公开领域 本文的公开内容大致上涉及有关钻井的设备、系统以及装置，并且更具体地，涉及 方定转控制头(rotating control head)、方定转防喷器(rotatingblowout preventor)以及类 似物。 背景 油井、气井、水井、地热井以及类似物一般使用连接到中空钻柱(drillstring)的 钻头钻成，而该中空钻柱被插入到用水泥接合在井钻孔中的井筒中。钻头被连接到井筒、井 头，或连接到关联的防喷器设备，用于从表面密封井钻孔的内部，并在钻探时促进钻探流体 被迫循环穿过井，或将钻探流体从井分流开去。钻探流体包括但不限于水、蒸汽、钻探泥浆、 空气以及其它流体(即液体、气体等)。 在向前循环的钻探技术(forward circulation drilling technique)中，钻探流 体被向下泵送穿过中空钻柱的钻孔，离开中空钻柱的底部，并随后向上穿过由钻柱和井筒 或井钻孔的内部界定的环形区域，并随后通过井头上方的侧出口穿出。在逆向循环中，泵推 进钻探流体穿过端口，沿着钻柱和井筒或井钻孔之间的环形区域向下，然后向上穿过中空 钻柱的钻孔并穿出井。 钻头一般包括固定的主体，该固定的主体经常被称为辊筒(bowl)，该辊筒承载 可旋转的心轴，而该可旋转的心轴通常被称为轴承组件，该轴承组件通过传动钻柱装置 (kelly即paratus)或顶部驱动单元(top drive unit)来旋转。经常被称为密封包装机 (stripper packer)或密封橡胶组件(stripperrubber assembly)的一个或多个密封件或 包装元件由心轴来承载，以便密封传动钻柱的周边或驱动管道或钻探管道的部分，无论哪 一个都可以穿过心轴和密封橡胶组件，并且因此限制或分流井中的核心压力，以防止钻探 流体从旋转的心轴和钻柱之间逃离。 由于现代井钻得比以前更深，或者进入某些地质构造中，钻头可能会遇到高温和 压力。这些严酷的钻探条件对钻塔工作人员造成关于被蒸汽、热水以及热的、腐蚀性井流体 意外灼伤、烫伤或沾染的增加的风险。当使用重工具将密封橡胶组件连接到钻头时，对于钻 塔工人存在有严重伤害的危险。因此，应快速地形成此种连接并达到紧密的流体密封。 通过轴承组件来促进旋转控制头、旋转防喷器或其它类型的旋转控制装置的相应 的旋转部件的旋转，钻柱通过该轴承组件相对于固定的辊筒或外罩旋转，而轴承组件被密 封在固定的辊筒或外罩中。旋转控制头、旋转防喷器以及其它类型的旋转控制装置在本文 中一般称为钻井头。 一般地，橡胶0形环形密封件或类似的密封件被布置在密封橡胶组件 和轴承组件之间，以改进密封橡胶组件和轴承组件之间的流体紧密连接。通过连接到轴承 组件并压縮地啮合在钻柱周围的一种或多种密封橡胶组件来达到压力控制。至少一个密封 橡胶组件和钻柱一起旋转。密封橡胶组件的主体(即密封橡胶主体) 一般有向下的锥度， 并且包括橡胶或其它有弹力的衬底，以便井下压力(downhole pressure)向上推在密封橡 胶主体上，贴靠着钻柱压密封橡胶主体，以达到流体紧密密封。密封橡胶组件还经常包括金 属插入物，该金属插入物对螺栓或其它连接装置提供支撑，并且该金属插入物也提供一种3支撑结构，以最小化由井下压力作用在密封橡胶主体上而引起的橡胶的变形。 密封橡胶组件被连接到钻头设备或适合于钻头设备，以建立并保持围绕钻柱(即井下管状)的压力控制密封。本领域技术人员应理解，可使用多种方法将密封橡胶组件连接到关联的钻头装备。上述连接方法包括从顶部进行螺栓连接、从底部进行螺栓连接、经由密封橡胶组件的顶部上和设备的底部的配合的带螺纹的部分、夹具以及其它方法将密封橡胶组件直接拧紧到设备上。 应理解，根据钻头所使用的具体设备，在一个井，密封橡胶组件可能被连接到专用 于该并的设备，而在另一个井，密封橡胶组件则被连接到不同的设备。例如，在一个并，密封 橡胶组件可以被连接到轴承组件，而在另一个井，密封橡胶组件可以被连接到内部套筒或 钻头的配件。因此，密封橡胶组件并非必须被限制为连接到旋转控制头、旋转防喷器或类似 物的具体部件。 通常，使用重的扳手和大锤(sledge hammer)来紧固连接用的螺栓或螺丝。使用 重工具紧固螺栓，例如，可能会对螺纹或螺栓头变得滑丝的点引起过度紧固。过度紧固的结 果包括头部滑丝或者螺纹滑丝，在头部滑丝的情况下，螺栓或螺丝不能被移除，在螺纹滑丝 的情况下，螺栓或螺丝没有夹持力，并且连接失效。这两种结果都是不理想的。更糟的是， 振动和其它钻探应力可能引起螺栓或螺丝本身工作时变松并掉出。如果一个或多个掉在井 下，结果将可能是灾难性的。钻头可能被毁掉。整个钻柱可能不得不被剥离出去，并且相当 大的部分需要被替换，包括钻头。如果井钻孔已经有外壳，则外壳可能被损坏并且不得不修 理。 钻头组件需要周期性地拆装，以更换密封橡胶组件或其它零件、润滑运动的元件 以及实施其它推荐的维护。在一些情况中，滑丝的或过度紧固的螺栓或螺丝使得将密封橡 胶组件从钻头组件分离以实施推荐的维护或零件更换即使不是不可能的也是非常困难的。 —种在油田业中被广泛地应用的现有技术的旋转控制头的构造为授予John R. Williams的美国专利No. 5， 662， 181 (即Williams的181专利)的主题。Williams的 181专利涉及用于油井和气井的钻头和防喷器，并且更加具体地，涉及安装在井头上或安装 在螺栓连接到井头的主防喷器上的旋转防喷器，以便压力密封井筒的内部，并在钻探操作 过程中允许钻探流体穿过井的强迫循环。Williams的181专利的旋转防喷器包括设计成接 收防喷器轴承组件的外罩以及液压缸操作的夹持机构，以便将轴承组件可移除地固定在外 罩中，并提供通向轴承组件以及设置在轴承组件中的双密封橡胶组件的部件的准备好的通 道。常规的钻柱被插入或剌入穿过防喷器轴承组件，包括可旋转地安装在防喷器轴承组 件中的两个基部密封橡胶组件，以便密封钻柱。该装置被设计成使得冷却的水和/或防冻 剂可以通过防喷器轴承组件中的顶部压力密封包装盒循环，并且润滑剂被引导进入顶部压 力密封包装盒，以便润滑顶部压力密封件和底部压力密封件，以及堆叠的轴向轴承和止推 轴承。 Williams的181专利的旋转防喷器的主要特征包括冷却水和/或防冻剂进入顶 部密封盒的循环，以及使用液压地操作的夹具将防喷器轴承组件固定在固定的外罩中，以 便冷却压力密封件，并提供分别通向间隔开的旋转的密封橡胶组件以及内部轴承组件元件 的通道。夹具可以被用于促进旋转防喷器的快速组装和拆卸。另一主要特征是将防喷器 轴承组件中的双密封橡胶组件安装在固定的外罩上，以在钻探或其它井操作的过程中促进密封橡胶组件在传动钻柱上或钻柱上的优良的密封。另一重要特征为相应的密封装置和 轴承的润滑，以及通过在压力下将润滑剂引入轴承组件顶部压力密封包装盒来抵消关键轴 杆压力密封件上的井压力。 依据Williams的181专利的旋转防喷器的对象包括安置在固定的外罩中的外罩 衬垫上的防喷器轴承组件、安装在固定的外罩上并与安装的构造中的轴承组件啮合的液压 地操作的夹持机构，其中外罩被连接到井筒、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钻井头的轴承组件，该轴承组件包括：外部套筒，其具有中心钻孔；内部套筒，其至少部分地布置在所述外部套筒的所述中心钻孔内；轴承单元，其耦合在所述套筒之间，以便提供所述套筒的共心对准，并允许所述套筒之间的旋转，其中，所述轴承单元中的第一个轴承单元被构造成承载径向地施加在所述套筒之间的载荷，并且所述轴承单元中的第二个轴承单元被构造成承载纵向地施加在所述套筒之间的载荷；预加载力施加构件，其布置在所述套筒之间，其中，所述预加载力施加构件将力保持在所述承载纵向载荷的轴承单元以及所述套筒上，从而预加载所述承载纵向载荷的轴承单元；以及密封橡胶连接结构，其与所述内部套筒的下端部部分形成整体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-8-27 60/966,280;US 2008-2-7 12/069,103一种用于钻井头的轴承组件，该轴承组件包括外部套筒，其具有中心钻孔；内部套筒，其至少部分地布置在所述外部套筒的所述中心钻孔内；轴承单元，其耦合在所述套筒之间，以便提供所述套筒的共心对准，并允许所述套筒之间的旋转，其中，所述轴承单元中的第一个轴承单元被构造成承载径向地施加在所述套筒之间的载荷，并且所述轴承单元中的第二个轴承单元被构造成承载纵向地施加在所述套筒之间的载荷；预加载力施加构件，其布置在所述套筒之间，其中，所述预加载力施加构件将力保持在所述承载纵向载荷的轴承单元以及所述套筒上，从而预加载所述承载纵向载荷的轴承单元；以及密封橡胶连接结构，其与所述内部套筒的下端部部分形成整体。2. 如权利要求1所述的轴承组件，其中所述承载纵向载荷的轴承单元包括间隔开的座圈，在所述座圈之间布置有多个滚子...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰R威廉斯，
申请(专利权)人：特丽萨J威廉斯，
类型：发明
国别省市：US[美国]