Буровой вертлюг. Назначение, конструкция и классификация.

Вертлюг является промежуточным звеном между поступательно перемещающимся талевым блоком с крюком, буровым рука­вом и вращающейся бурильной колонной, которая при помощи замковой резьбы соединена со стволом вертлюга. Для обеспе­чения возможности перемещения вертлюга буровой раствор подводится к нему при помощи гибкого бурового рукава, один конец которого крепится к корпусу вертлюга, а второй — к сто­яку на высоте, несколько меньшей его длины. На рис. 7 пока­зана схема расположения в буровой вертлюга при бурении.

Рис. 7. Схема расположения оборудования для вращения бурильной ко­лонны:

1- пол буровой; 2 - ротор; 3 - ведущая труба; 4 - гибкий рукав; 5 - вращатель веду­щей трубы; 6 — вертлюг; 7 — стояк; 8 — крюкоблок.

Вертлюг предназначен для подвода бурового раствора во вращающуюся бурильную колонну. В процессе бурения вертлюг подвешивается к автоматическому элеватору либо к крюку талевого механизма и посредством гибкого шланга соединяется со стояком напорного трубопровода буровых насосов. Во время спускоподъёмных операций вертлюг с ведущей трубой и гибким шлангом отводится в шурф и отсоединяется от талевого блока. При бурении забойными двигателями вертлюг используется для периодических поворачиваний бурильной колонны с целью предотвращения прихватов.

Конструкция вертлюгов.

Вертлюги, применяемые в бурении эксплуатационных и глубоких разведочных скважин, имеют общую конструктивную схему и различаются в основном по допускаемой осевой нагрузке. Конструктивные отличия некоторых узлов и деталей отечественных и зарубежных вертлюгов обусловлены требованиями изготовления и сборки, разрабатываемой с учетом производственных возможностей заводов-изготовителей, а также периодической модернизацией вертлюгов с целью повышения их надежности и долговечности.

Рис. 8. Вертлюг УВ-250.

Вертлюг УВ-250 (рис. 8) состоит из литого стального корпуса 5 с двумя карманами для присоединения к нему штропа 11 при помощи пальцев. Эти детали вертлюга с крышкой 8, напорной трубой, отводом 10 составляют группу невращающихся частей.

Во внутренней (нижней) части полости корпуса имеется кольцевая площадка, на которую устанавливается основной опорный подшипник 4.

Над основной опорой в корпусе установ­лены опорный подшипник 7, воспринимающий усилия, которые возникают вдоль оси от ротора к вертлюгу и радиальные роли­коподшипники 3 и 6, цёнтрирующие ствол. Ствол вертлюга 1 с опорами 3, 4, 6 и 7, верхний напорный сальник 9, верхний масляный сальник 2 и переводник составляют группу вращаю­щихся частей вертлюга.

Корпус вертлюга сверху закрыт крышкой. К нижнему его торцу прикреплена коробка масляного сальника, при помощи которого предупреждается утечка масла из корпуса вертлюга.

На крышке корпуса на болтах установлен отвод для присо­единения к вертлюгу бурового рукава. Верхний радиальный под­шипник имеет изолированную камеру с консистентной смазкой, а главная опора и нижний радиальный подшипник работают в масляной ванне корпуса, заполняемой жидкой смазкой. Вслед­ствие применения быстросъемного сальника ствол вертлюга более прост по конструкции и короче. Опорный подшипник главной опоры с цилиндрическими роликами допускает частоту вращения до 100 об/мин.

Практика эксплуатации показывает, что при применении большого числа манжет не увеличивается срок службы уплот­нения вертлюга, так как происходит перегрев вследствие пло­хого теплоотвода. Оптимальным является использование двух­трех рабочих манжет. В зависимости от конструкции уплотне­ние осуществляется либо первой, либо последней манжетой, при выходе из строя ко­торой начинает работать вторая манжета и т. д.

Манжеты напорных сальников изготовляют из теплостойких матери­алов, асбеста с графитом, теплостойких резин и т. д.

Рис. 9. Быстросъемное саль­никовое уплотнение верт­люга.

Сальниковое уст­ройство, состоящее из нескольких У-образных манжет, поджимаемых пружиной при высоких давлениях, имеет не­большой срок службы.

Быстросъемное саль­никовое уплотнение верт­люга (рис. 9) состоит из трех самоуплотняю­щихся манжет 9, распо­ложенных во вращающемся корпусе 10 с лег­косменяемой напорной трубой 8. Последняя крепится быстросъемным резьбовым сое­динением 2, 4 и 6 к подводу 1 и уплотняется сальником 5. Корпус сальника крепится гайкой 11 к стволу 12 вертлюга. Перемещение гаек 2 к 11 вдоль напорной трубы 8 ограничи­вается пружинным кольцом 7. Уплотнение осуществляется ре­зиновыми кольцами 3 круглого сечения.

Для предотвращения утечки масла из масляной ванны вертлюга в нижней крышке его корпуса установлены две манжеты 4, как показано на рисунке 3. Манжеты прилегают к втулке 3, служащей для фиксации внутренней обоймы радиального подшипника 1 ствола вертлюга. Воротник манжеты прижимается к втулке с помощью кольцевой цилиндрической пружины, надетой на манжету.

Во избежание проворота в крышке и для обеспечения герметичности манжета сажается в расточку крышки с натягом. Самоуплотняющиеся манжеты в данном случае неприемлемы из-за недостаточного давления в уплотняемой полости. В осевом направлении манжета фиксируется шайбой 6, которая крепится к крышке болтами 5. Уплотнительное круглое кольцо 2 предотвращает просачивание масла между стволом вертлюга и втулкой. Для уменьшения трения в местах сопряжения со втулкой манжеты смазываются пластичным маслом через масленку 7. При заметном износе втулка заменяется новой. Аналогичные манжеты установлены между стволом и верхней крышкой корпуса вертлюга.

Плоские стыки между корпусом вертлюга и его крышками уплотняются листовыми прокладками из картона.

Рис. 10 - Уплотнение масляной ванны

1 - радиальный подшипник; 2 - кольцо уплотнительное; 3 - втулка; 4 - манжеты; 5 - болт; 6 - шайба; 7 - масленка

Прокладка верхней крышки корпуса одновременно используется для регулирования осевого натяга вспомогательного упорного подшипника.

В осевом направлении манжета фиксируется шайбой 6, которая крепится к крышке болтами 5. Уплотнительное круглое кольцо 2 предотвращает просачивание масла между стволом вертлюга и втулкой. Для уменьшения трения в местах сопряжения со втулкой манжеты смазываются пластичным маслом через масленку 7. При заметном износе втулка заменяется новой. Аналогичные манжеты установлены между стволом и верхней крышкой корпуса вертлюга.

Плоские стыки между корпусом вертлюга и его крышками уплотняются листовыми прокладками из картона. Прокладка верхней крышки корпуса одновременно используется для регулирования осевого натяга вспомогательного упорного подшипника.

Прокладка между крышкой и отводом вертлюга, работающая под давлением промывочной жидкости, изготовляется из прорезиненной ткани. Прокладки затягиваются болтами, используемыми для крепления стыкуемых деталей вертлюга.

Вертлюг подвешивается к талевому механизму с помощью штропов, соединяющих переходную скобу с автоматическим элеватором, установленным на талевом блоке. Для предохранения штропов от выпадения проушины автоматического элеватора и переходной скобы крепятся болтами. При установке вертлюга в шурф штропы вытаскивают и автоматический элеватор освобождается для выполнения спуско-подъемных операций.

На рис. 11. Подвеска вертлюга