CN100335736C - 旋转支撑台和提供动力卡瓦的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于钻井系统等的旋转支撑台的旋转密封件组件以将加压流体提供给被设置在旋转支撑台内的旋转卡瓦组件。旋转密封件组件被设计成与用于使钻柱转动的现有的旋转支撑台相连的形式，并且包括动力卡瓦，动力卡瓦被提供动力达到一个接合位置以牢固地接合管段，例如套管段。所述旋转密封件一般包括可膨胀材料带，可膨胀材料带具有与加压流体源流体连通的外表面和与旋转壳体配合的内表面，旋转密封件具有多个能够在所述外表面和内表面之间连通流体的开口，其中外密封表面的表面积大于内表面，从而当加压流体被引导到密封的外表面时，在外表面和内表面之间产生压力差以使密封的内表面膨胀与旋转壳体接合并且形成在加压流体源和旋转壳体之间提供流体连通的环形流体导管。本发明还提供一种利用本发明所涉及的旋转卡瓦组件操作转台和动力卡瓦组件的方法。

Description

旋转支撑台和提供动力卡瓦的方法

相互参考的相关申请

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2001年12月21日提出的、申请号为60/342,998的美国临时申请的优先权。

技术领域

本发明大体涉及旋转支撑台，特别涉及具有改进的磨损和密封性能的卡瓦密封布置的旋转支撑台。

背景技术

在最传统的油气钻探操作中，在钻井平台进行钻井，钻井平台还支撑圆形转台。转台是这样设计的，即，利用标准电动或者液压马达可使其以一种圆形的形式移动。传统的转台具有“方钻杆”，“方钻杆”提供能够使钻柱穿过的中心开口或者孔。方钻杆本身设有套筒或者“方钻杆套筒”，套筒或者“方钻杆套筒”可与转台上的套筒或者“转台套筒”互锁以使转台可驱动方钻杆并且将所需的转动作用力传递到钻柱上以进行钻井。这样的钻井设备是常规的并且是本领域公知的。

为了在钻柱上增加一个管接头或者从钻柱上拆卸一个管接头，被称为“卡瓦”的楔形装置被插入到转台中心开口中以防止钻杆落入井孔中。在许多常规的钻井平台中，由钻井人员人工放置卡瓦。有时，需要操作转台附近的各种机械装置的人员以从井孔中移除整个钻柱。这是一个费时的工序，需要一次一个地移除各段管以完全移除钻柱。这种移除必定需要人员从他们固定钻柱的操作位置重复地拆卸卡瓦或者卡瓦组件，并且当下一段钻管处于从钻柱移除的位置时返回操作位置。因此，在每一次从钻柱移除一段钻管或者增加一段钻管时，需要油井人员以应用大量人工体力劳动移除/更换卡瓦，这是危险的，这是由于需要大的作用力，以及被搬运的大的重量。

为了提高钻井操作的效率和安全性，已经开发了“动力卡瓦”，动力卡瓦被可转动地保持在卡瓦座内以防止卡瓦垂直移动同时卡瓦座围绕钻管随着转台转动。这样的动力卡瓦机构包括被布置在几个基本构造中的主要部件。主要结构是卡瓦座或者主体，卡瓦座或者主体基本上是具有内锥孔的扩大的支撑结构。卡瓦元件被设置在孔内并且当在重力作用下使之下落，楔形装置径向抵靠在套管以防止套管向下滑动。卡瓦和卡瓦座的构造是这样的，即，使卡瓦的外表面以滑动摩擦的形式接触卡瓦座的内表面并且可被自动启动以当一部分钻杆被增加或者移除时抓住和固定钻杆。例如，这样的动力卡瓦布置已经在美国专利US 2,570,039；US 2,641,816；US 2,939,683；US 3,210,821；US 3,270,389；US 3,475,605；US 3,961,399；US 3,999,260；US 4,253,219；和US 4,333,209中被示出。

这样的现有技术动力卡瓦具有两种基本构造。一种是动力卡瓦被永久连接到转台上并随着转台转动，另一种是动力卡瓦当不使用时可与转台分离。

Liljestrand的美国专利US 2,641,816和Boyadjieff的美国专利US 3,961,399是第一种构造的示例。尽管这些动力卡瓦不代表对常规的人工操作卡瓦的改进，但是大部分需要使支柱或者其他结构与在转台旁边的钻台永久相连以使动力卡瓦枢转或者升离钻杆。同样，这些装置永久地占据有价值的钻台空间，在许多钻井时间内这些装置是不使用的并且可能干扰其他钻井操作。

但是，在大多数早期的旋转动力卡瓦的系统中，必须在固定流体缸体和旋转动力卡瓦壳体之间设置机械联接。在许多早期的常规系统中，卡瓦组件不能在其转动中的任何点处被启动但需要固定流体缸体和旋转壳体的定位。因此，组件突出到钻台上方，从而浪费有价值的空间。在Stuckey等的美国专利US 3,999,260和Herst的US 4,333,209中披露的旋转动力卡瓦通过在固定流体供给装置上提供膨胀密封装置以在操作过程中与旋转壳体形成流体导管来解决该问题，从而无需机械定位的联接并且减小或者完全消除动力卡瓦机构利用有价值的钻台空间的需要。但是，已经发现，设置在这些系统中的膨胀密封会因钻机振动而容易泄漏和快速劣化，影响效率和密封与旋转壳体的定位。另外，这些现有技术所涉及的装置易于将泥浆和碎屑导入密封和加压系统中，导致液压或者压缩空气系统受损。

因此，需要提供改进的旋转动力卡瓦密封，这种密封能够经受较长时间的磨损和提供更有效的密封，并且提供附加的保护，不使泥浆和碎屑被导入动力卡瓦系统中。

发明内容

概括地，一般说来，本发明涉及一种用于钻井系统等的旋转支撑台的旋转密封件组件以将加压流体提供给被设置在旋转支撑台内的旋转卡瓦组件。旋转密封件组件被设计成与用于使钻柱转动的现有的旋转支撑台相连的形式，并且包括动力卡瓦，动力卡瓦被提供动力达到一个接合位置以牢固地接合管段，例如套管段。由于利用加压流体系统使卡瓦组件被提供动力达到接合位置，因此旋转支撑台的旋转部分必须利用本发明的密封组件适当地与外部动力流体系统相连。

在一个实施例中，本发明的旋转支撑台涉及一种旋转支撑台和可安装在钻机上的动力卡瓦，并且包括：具有管接合组件的旋转壳体，管接合组件包括尺寸适于接收管段的中心通道；包括动力接合装置的下管接合组件，动力接合装置被提供动力到达接合位置以牢固和可松脱的方式夹持管段，下管接合组件与驱动轴相通，从而旋转壳体组件的动作使下管接合组件转动。在这样一个实施例中，利用外部加压流体动力源为下管接合组件提供动力，外部加压流体动力源通过本发明的旋转密封件组件与旋转壳体相连。旋转密封件组件包括可膨胀材料带，可膨胀材料带具有与加压流体源流体连通的外表面和与旋转壳体配合的内表面，旋转密封件具有多个能够在所述外表面和内表面之间连通流体的开口，其中外密封表面的表面积大于内表面，从而当加压流体被引导到密封的外表面时，在外表面和内表面之间产生压力差以使密封的内表面膨胀与旋转壳体接合并且形成在加压流体源和旋转壳体之间提供流体连通的环形流体导管。尽管任何适合的表面差可被使用以使压力差形成在密封的外侧和内侧之间，在一个实施例中，比例是1∶1.02。

在另一个示例性实施例中，旋转密封件可被构造成这样的形式，即，使密封还包括形成在外密封表面中的外环形沟槽和形成在内密封表面中的内环形沟槽，其中在外环形沟槽和内环形沟槽之间形成多个开口，尽管适于在密封和旋转壳体之间形成流体密封导管的任何形状可被使用。类似地，密封可由任何适于提供适当膨胀的密封件同时提供长时间磨损性能的材料制成。

在另一个示例性实施例中，本发明所涉及的旋转密封件系统包括互锁控制以便当旋转壳体转动时防止加压流体为旋转密封件组件提供能量。

在另一个示例性实施例中，在足以提供从所述至少一个旋转密封件流出的正压流体但不足以使所述旋转密封件膨胀以完全密封接合旋转壳体以防止杂质流入到密封组件和流体管道中的压力条件下通过旋转密封件不断地泵送加压流体。

尽管在本发明的旋转支撑台中可使用任何适合数量的旋转密封件，在一个示例性实施例中，与至少两个分开的第一导管和第二导管流通的至少两个旋转密封件被设置在旋转支撑台中。在这样一个实施例中，一个旋转密封件用作与卡瓦下第二导管流体连通的卡瓦下密封，卡瓦下第二导管是这样布置的，即，使流过卡瓦下第二导管的加压流体启动流体驱动操作装置延伸卡瓦，第二旋转密封件用作与卡瓦上第二导管流体连通的卡瓦上密封，卡瓦上第二导管是这样布置的，即，使流过卡瓦上第二导管的加压流体启动流体驱动操作装置缩回卡瓦。

尽管上述的旋转支撑台具有两个旋转密封件，在另一个示例性实施例中，提供三个旋转密封件，每一个与设置在旋转支撑台内的至少三个分开的第一和第二导管流通。在这样一个实施例中，第三旋转密封件用作卡瓦设置密封并且是这样布置的，即，当流体驱动操作装置已经完全延伸或者缩回时，加压流体被导入卡瓦设置第二导管中，通过卡瓦设置密封被引导到卡瓦设置第一导管，卡瓦设置第一导管与流体检测器流通，流体检测器能够检测卡瓦设置第一导管中的加压流体存在情况并且将存在情况传送给操作装置。

在另一个示例性实施例中，旋转密封件被设置在形成于固定壳体中的环形沟槽中。在这样一个实施例中，可利用O形圈密封使得旋转密封件被固定地安装在所述沟槽中。

在另一个示例性实施例中，旋转密封件组件还可包括固定地安装在固定壳体中的一个或者多个环形刮擦密封，并且环形刮擦密封与旋转壳体保持配合密封接合以防止物质在刮擦密封和旋转壳体之间通过。尽管可使用任何数量的刮擦密封，在一个示例性实施例中，使用至少两个环形刮擦密封并且是这样布置的，即，使这样的旋转密封件位于它们之间。

在另一个示例性实施例中，旋转密封件组件还可包括至少一个设置在旋转密封件附近的排出导管，排出导管在流体储放容器和固定壳体中接合有至少一个旋转密封件的表面之间流通以使从旋转密封件泄漏的任何流体再次循环回到加压流体动力源系统。在这样一个实施例中，流体过滤器可被布置在排出导管和流体储放容器之间以从再次循环流体过滤杂质。

在另一个示例性实施例中，本发明所涉及的旋转支撑台还可包括用于调节旋转壳体相对于固定壳体的位置的环形调节环以使旋转密封件完全密封在固定和旋转壳体内的流体导管之间的通道。

在另一个示例性实施例中，本发明包括一种操作动力卡瓦的方法，其中包括利用在上面示例性实施例中所述的旋转支撑台。

从下面参照附图的详细描述中可以明显地看出本发明的其他特征和优点，附图示例性地说明了本发明的特征。

附图说明

参照说明书、权利要求和附图可以更好地理解本发明的这些和其他特征和优点，在附图中：

图1是本发明所涉及的旋转支撑台的透视图；

图2是本发明所涉及的旋转支撑台的顶部剖视图；

图3是本发明所涉及的旋转支撑台的侧剖视图；

图4是本发明所涉及的旋转支撑台的特写侧剖视图；

图5是本发明所涉及的旋转支撑台的侧横截面图；

图6是本发明的所涉及的一组旋转密封件的前视图；

图7是本发明所涉及的液压系统的侧横截面图；以及

图8是本发明所涉及的动力卡瓦液压系统和操作示意图。

具体实施方式

本发明涉及用于在旋转卡瓦座和固定卡瓦环之间提供流体连通的连续被动接合的旋转密封件。

图1示出了本发明的一个示例性实施例的外部透视图，其中包括旋转支撑台10，旋转支撑台10限定了一个中心圆柱形开口或者孔12。中心孔12是这样布置的，即，使管或者钻柱14可被悬垂于其中并且在中心孔12中围绕垂直轴线16转动。旋转支撑台10还包括外固定壳体18，外固定壳体18具有顶盖19和设置在外固定壳体18内的转动卡瓦座(rotary slip bowl)20，转动卡瓦座20与在中心孔12内的钻柱14的垂直轴线16是同轴设置的。本发明所涉及的动力卡瓦系统(未示出)被设置在旋转支撑台10内。

图2示出了旋转支撑台10的顶视图，其中顶盖被移除。如图中所示，旋转支撑台10包括限定圆柱形内表面22的外固定壳体18。卡瓦环(slip ring)24被固定安装在外壳18的内表面22上。卡瓦座20以轴向围绕中心孔12的形式转动地安装在卡瓦环24内以使卡瓦环内表面26与卡瓦座外表面28相邻并且在它们之间形成密封间隙29(如图4中所示)。在操作中，卡瓦系统(未示出)转动地设置在卡瓦座20内。任何适合的卡瓦组件可用于本发明的卡瓦座20中。在最常规的设计中，卡瓦组件包括多个具有锥形外壁的卡瓦，锥形外壁适于接合卡瓦座20的锥形内壁30以防止卡瓦组件在卡瓦座20内横向移动但不阻止其转动。通常，每一个卡瓦沿着其内表面带有一个能够夹紧接合钻柱以防止其落入中心孔12中的接合插件。

参见图2，任何卡瓦座20适于接合卡瓦环24的内表面26并且卡瓦组件的外表面可用于本发明的密封。在一个示例性实施例中，图2中所示的卡瓦座20包括在一对弧形侧部34之间铰接的弧形中心部分32以形成部分封闭的环形体。在这样一个实施例中，每一部分最好是利用CMS 02牌号的钢铸造的，最好是CMS 01牌号的钢，并且包括外表面和向上锥形的内表面30。该部分相对于垂直轴线是对称设置的以形成用于接收卡瓦组件的中心孔36。

在内部，卡瓦座20应该被构造成防止卡瓦组件横向移动同时能够使卡瓦组件克服卡瓦和座之间的摩擦接触在座内转动。在一个示例性实施例中，如图2中所示，卡瓦座20的锥形内表面30是波纹状的以形成多个延伸到中心孔12中的沟槽38。沟槽是由它们的锥形接触表面限定的，它们的锥形接触表面适于接合卡瓦组件的外表面。

参见图2，卡瓦座20的部分34在中心部分33的相对端部处围绕多个液压致动器40铰接，多个液压致动器40使卡瓦座20的各个部分在“打开”位置和“关闭”位置之间摆动。在打开位置，侧部34摆动“打开”以接收在中心孔12内的卡瓦组件。在关闭位置，侧部34摆动关闭以夹持座的中心孔12内的卡瓦组件。弧形门可以能够拆卸的方式连接在卡瓦座20的侧部的敞开端以它们包围的“关闭”位置夹持侧部34并且形成夹持卡瓦组件的包围环形体。

尽管在本发明中可使用任何常规的卡瓦组件(slip assembly)，最常规的卡瓦组件包括由多个卡瓦形成的环形体。卡瓦通常围绕中心孔12的垂直轴线16(图1)对称设置以形成用于接收钻柱14的孔36(图2)。卡瓦可由任何适合的材料制成，但在一个示例性实施例中，卡瓦是由CMS 02牌号的150-135钢或者CMS 01钢铸造的。卡瓦可被这样铰接，即，使卡瓦组件的相对端部可被多个液压油缸压靠，液压油缸以彼此接近的方式偏压卡瓦的端部。卡瓦组件也可包括与卡瓦组件相连的装置，所述装置使卡瓦锁定接合以“关闭”卡瓦组件或者使卡瓦的端部保持抵靠状态并形成包围的孔以使钻柱14插入其中。

在本发明中可使用任何适于使钻柱14接合和固定在中心孔12内的卡瓦设计，例如，the Varco BJPS 21/30动力卡瓦系统。在一种常规设计中，每一个卡瓦具有由径向内表面和向下锥形外表面限定的拱形主体形状。在任何实施例中，卡瓦的内表面必须适于接收围绕中心孔基本上圆柱形延伸的插件并且支撑管14。插件还可包括确保与管14有效夹持接合的齿。例如，卡瓦的锥形外表面可是波纹状的以形成多个从卡瓦主体向外延伸的指状物。在这样一个实施例中，指状物是由它们的适于接合卡瓦座20的内接触表面30的锥形接触表面限定的。指状物被构造成防止卡瓦相对于卡瓦座20横向移动同时座20能够克服在座20的接触表面30之间产生的滑动摩擦围绕卡瓦转动。无论所采用的卡瓦设计，在正常操作条件下，卡瓦必须能够支撑大约300吨至600吨的横向载荷。由于卡瓦和座20之间的冷焊部分是由于在铸造卡瓦和卡瓦座20时使用类似的钢而导致的，因此希望卡瓦或卡瓦座20是由一种不同于钢的材料铸造的，即，几乎没有或者没有溶入钢的原子结构中的趋势(例如)。但利用不同于钢的材料铸造卡瓦和卡瓦座20需要专用的硬件并且比制造费用比钢高。这样，希望沿着其接触表面利用一种不同的材料对钢卡瓦或者座20进行镀敷，诸如，利用铜、青铜合金(诸如NiAlCu)、碳化钨、安装支架50或者在镍、铝或者青铜系中的其他任何金属。

如图4和5中所示，在示例性实施例中，卡瓦座20的外表面28是由从卡瓦座20的上部向外延伸的圆柱形肩部44限定的。直径较小的外圆柱形卡瓦环接合元件46设置在卡瓦座20的肩部44上。外壳18的内表面22也是由从外壳18的上部向外延伸的圆柱形肩部48限定的。通过调节螺钉52使圆柱形顶部间隙元件50可调节地与固定壳体18的内壁22相连，使圆柱形顶部间隙元件50可相对于卡瓦座20垂直移动。圆柱形顶部间隙元件50包括卡瓦座接合沟槽54，卡瓦座接合沟槽54从外壳18的肩部48向外延伸以使卡瓦座20的外圆柱形卡瓦环接合元件46转动地接合可调节的顶部间隙元件50。顶部间隙元件50还包括被设计成密封接合卡瓦座20的外表面28以防止杂质和碎屑进入在卡瓦环24和卡瓦座20之间的密封间隙29的卡瓦密封56。尽管一种用于密封在卡瓦座20和卡瓦环24之间的间隙29的可能的装置示出在图4中，并且如上所述，任何适合的用于防止泥浆、钻井流体或者其他碎屑进入密封间隙29和污染卡瓦环24或者卡瓦座20的装置可与本发明的卡瓦组件结合使用。

如图6和图5中所示，在旋转卡瓦座20中的液压致动器40利用围绕卡瓦环24的内表面26的周边圆柱形设置的旋转卡瓦环密封组件62通过卡瓦座入口61与在外壳18外部的固定动力源相连。如图中所示，卡瓦环密封组件62基本上充填卡瓦环24和卡瓦座20之间的密封间隙29。旋转密封件组件62还通过设置在外壳18的主体内的多个外部管线64与动力源流通。如图4至图6中最佳示出的，旋转卡瓦密封组件62包括具有多组液压入口66a、66b和66c和出口68a、68b和68c的圆柱形环形体，多组液压入口66a、66b和66c与流体动力供给的出口流通，出口68a、68b、68c和68d与设置于其上的动力供给的过滤器储放容器入口流通。每一组入口66布置在环形沟槽70内。弹性体卡瓦环连通密封72a、72b、72c被接收在每一个环形沟槽70内，弹性体卡瓦环连通密封72a、72b、72c被布置和设计成密封接合预定的卡瓦座入口61a、61b和61c的形式。除了连通密封72以外，旋转卡瓦密封组件62还包括多个环形刮擦密封74a、74b和74c。

刮擦密封74a、74b和74c被设计成为旋转卡瓦座20的外表面28提供刮擦密封以使设置在刮擦密封74之间的液压连通密封72、入口66和出口68没有外来物质的形式。刮擦密封74a、74b和74c可包括适于提供横过在旋转卡瓦座20和卡瓦环24的内表面26之间的间隙的流体密封装置的任何密封设计。例如，刮擦密封74可包括在卡瓦座20的外表面28上施加连续的和备用的流体密封压力的常规弹性聚合物O形圈密封。尽管在图4至图7中所示的示例性实施例中示出了三个刮擦密封74a、74b和74c，但是可使用任何数量的刮擦密封74以使包含连通密封66的卡瓦环24的区域基本上没有外来杂质并且使由刮擦密封74界定区域内的流体基本上保持在该区域内。

图5中详细示出了液压连通密封72的一个示例性实施例。如图中所示，液压连通密封72包括弹性体材料带，弹性体材料带具有在密封壁80的相对两侧上延伸内环形沟槽76和外环形沟槽78。每一个密封72的外边缘被固定在卡瓦环24的沟槽70内并且被沟槽接合元件82密封，沟槽接合元件82弹性地接合和连接在沟槽70内的密封72以使被提供给密封72的外表面78上的流体被引导通过连通密封入口66并且同时防止密封72边缘周围泄漏。沟槽接合元件82可包括任何适于密封地连接在沟槽70内的密封72的任何环形元件。在一个实施例中，例如，该接合元件是一种被设计成围绕在环形沟槽70内的卡瓦环24的周边安装并且弹性地压迫在沟槽70内的密封72的常规的弹性体O形圈。

如图5中所示，外环形沟槽78的表面积小于内环形沟槽76的表面积，从而当利用来自于液压动力源的液压流体加压时，在密封壁80的内侧和外侧上在液压流体之间建立压力差。该压力差在密封壁80的内侧上产生不同的作用力以使弹性体液压连通密封72的内密封表面接合在卡瓦座28的外壁上。当足够的压力施加在密封78的外表面上时，可利用密封72的内环形沟槽76使流体密封通道形成在密封72和卡瓦座28的外表面之间以使来自于动力源60的液压流体可通过密封入口66进入到内环形沟槽76中接着通过卡瓦座入口61以启动与卡瓦组件机械连通的液压油缸。尽管在内环形沟槽76和外环形沟槽78之间的任何不同尺寸足以产生压力差以将密封72的内表面压靠在卡瓦座28的外表面上，但是在一个示例性实施例中，内密封表面具有186平方英寸的表面积，外密封表面具有190平方英寸的表面积，比率是0.9。在本发明的一个示例性实施例中，内密封表面76的尺寸为3.14×59×1英寸，外密封表面78的尺寸为3.14×59×.5英寸并且入口66包括直径为0.25英寸的孔。尽管用于密封72和入口孔66的特定适合尺寸如上所述，但是应该理解的是，可使用任何尺寸的密封和孔以从密封的外侧到内侧形成压力差，使密封的内表面适当地密封接合在卡瓦座的外表面上。

如图6中所示，液压入口66和出口68布置在内环形沟槽76内的密封72的周边周围以使液压流体可均匀分布在内沟槽76的整个周边内，从而无需使液压入口66和卡瓦座入口61精确对准。

图7和图8示出了本发明所涉及的液压动力供给和控制系统的一个示例性实施例。如图8中所示，液压密封入口66a、66b和66c通过液压管64与一系列控制阀84a、84b和84c相连，控制阀84a、84b和84c又使入口与液压动力源歧管86相连。液压密封出口68a、68b和68c通过液压排出管线88与液压动力源歧管86相连。通过阀动力供给90为控制阀84提供动力并且通过互锁管线92使得控制阀84被液压互锁为旋转支撑台10的系统压力，从而在卡瓦座20的转动过程中使控制阀84不能被打开为液压密封入口66加压。

如图7中所示，卡瓦座20通过设置在卡瓦座内的内部卡瓦座导管94与该外部流体动力供给60相连并且在卡瓦座入口61和致动器40之间流通(这里示意性示出)。

在一个实施例中，如图8中所示，液压系统还包括梭阀96，梭阀96连接流体动力供给60和卡瓦设置控制阀84b以便当卡瓦上阀84a或者卡瓦下阀84b被打开是使卡瓦设置控制阀84b被自动启动。在该实施例中，液压动力系统还包括设置在卡瓦座20内的压力敏感卡瓦设置止回阀98(图7)，压力敏感卡瓦设置止回阀98与所有卡瓦座导管94流通，从而在致动油缸已经完成其行程后利用致动油缸使卡瓦与钻柱完全接合或者脱开并且随后由于加压流体持续在导管94内累积而导致压力升高时，止回阀98打开使加压流体通过卡瓦设置导管94b流出到在卡瓦设置控制阀84b中的传感器上以使指示油缸脱开或者接合的信号被输送到操作装置。任何适于包含加压流体的液压管线和控制阀可用于本发明中。

在操作过程中，加压流体，例如，空气或者液压流体通过动力供给被不断地提供给每一个控制阀84的入口。表示转台系统压力的互锁信号也通过互锁信号线92被提供给控制阀84以使控制阀在旋转卡瓦座转动过程中不能打开。尽管在转动过程中由于互锁而使得接合压力不被允许，但是在转动过程中恒定的容器压力通过管线被供给到液压密封入口66以使流体不断从密封入口66流出并且流到卡瓦座外表面28上，在密封72和卡瓦座20之间提供润滑和提供来自于入口66的正流动压力以使杂质不能通过入口66流回到液压管线和控制阀84。多余的流体被刮擦密封74留在旋转密封件歧管62以使流体流过出口68进入排出管线88，被过滤接着被引导回到动力供给歧管容器86中。

参见图7和图8，对于装载或者卸载工序，在操作油缸40以使钻柱接合和固定在转台的中心孔中的过程中，首先利用操作装置停止卡瓦座的转动。在停止后，互锁管线92自动地指示转台已经停止于控制阀84。接着操作装置可启动卡瓦下控制阀84c。接着，加压流体通过卡瓦下控制阀84c并且流入卡瓦下液压密封72的外沟槽78中以在密封壁80的外表面和内表面之间形成压力差，从而为密封72c提供能量以向内朝向卡瓦座弹性膨胀接合卡瓦座的外表面。接着流体流过在密封72c的周边周围的多个密封入口66c并且进入到设置在卡瓦座的外周边周围的卡瓦座卡瓦下入口61c中。接着流体通过卡瓦座卡瓦下导管94c，如图8中所示，并且进入致动油缸以使致动器将一组卡瓦向内推动以接合钻柱14。

在钻柱操作完成并且持续钻井后，操作装置关闭卡瓦下控制阀84c并且打开卡瓦上控制阀84a。来自于动力供给歧管86的加压流体接着通过卡瓦上管线64a流到卡瓦上密封72a中的外密封沟槽78，从而为密封72提供能量以压靠在卡瓦座的外表面上以使卡瓦上密封72a的内沟槽76在卡瓦上密封入口66a和卡瓦座卡瓦上入口61a之间的流体管道。接着，加压流体通过卡瓦座卡瓦上导管94a并且进入致动油缸以使致动油缸被向外推动以脱开钻柱。

如图7中所示，卡瓦上管线64a和卡瓦下管线64c通过梭阀96与卡瓦设置管线64b相连，从而当加压流体通过其中一个管线时，梭阀96打开以使加压流体也为卡瓦设置密封72b提供能量以使卡瓦设置密封72b也接合卡瓦座28的外表面以使流体通道形成在卡瓦座卡瓦设置入口61b和卡瓦设置密封入口66b之间。当致动油缸已经到达其完全上或者下行程并且卡瓦相对于钻柱被完全调节或者与钻柱完全脱开时，在卡瓦座导管94内的流体压力升高并且触发卡瓦设置止回阀98以打开使流体从卡瓦座卡瓦上导管94a或者卡瓦座卡瓦下导管94c移动进入卡瓦座卡瓦设置导管94b，其中卡瓦设置止回阀98与卡瓦上导管94a和卡瓦下导管94c流通。流体向外流过与卡瓦座卡瓦设置导管94b流通的卡瓦座卡瓦设置入口61b并且进入卡瓦设置密封72b中。接着流体通过卡瓦设置密封入口66b和卡瓦设置密封64b以使流体与卡瓦设置控制阀84b相互作用，卡瓦设置控制阀84b指示油缸40已经完全接合或者脱开，从而指示相关卡瓦完全接合钻柱或者与钻柱脱开，即，指示卡瓦处于“设定”位置。在油缸99被“设定”在上位置或者与钻柱完全脱开后，操作装置可再次启动旋转卡瓦座的转动，操作装置还将自动为互锁管线92加压防止控制阀84启动以接合油缸99。

尽管已经示出和描述了本发明的几种形式，对于本领域技术人员来说，显然可在不脱离本发明的精神和保护范围的基础上进行各种改进和变型。因此，这不是对本发明的限定，本发明是由附属的权利要求限定的。

Claims (30)

1.一种旋转支撑台包括：

固定壳体，所述固定壳体具有至少一个用于输送加压流体的第一导管装置；

同轴地安装在所述固定壳体内的旋转壳体并且随着所述固定壳体转动，所述旋转壳体具有至少一个用于输送加压流体的第二导管装置；

固定地安装在所述固定壳体中的至少一个旋转密封件，所述旋转密封件包括可膨胀材料带，所述可膨胀材料带具有外密封表面和内密封表面，其中内密封表面和外密封表面具有不同的表面积以便当加压流体被引导通过密封时，产生压力差使密封膨胀与旋转壳体接合并且形成在第一和第二导管之间提供流体连通的环形流体管道。

2.如权利要求1所述的旋转支撑台，其特征在于，还包括互锁控制，所述互锁控制与用于控制通过第一导管装置的流体流的至少一个阀信号连通以便当所述旋转壳体处于动态时防止所述阀被打开。

3.如权利要求2所述的旋转支撑台，其特征在于，在足以提供从所述至少一个旋转密封件流出的正流体但不足以使所述旋转密封件膨胀以完全密封接合旋转壳体的压力下通过所述至少一个旋转密封件不断地泵送加压流体。

4.如权利要求1所述的旋转支撑台，其特征在于，与至少两个分开的第一导管和第二导管流体连通的至少两个旋转密封件被设置在旋转支撑台中。

5.如权利要求4所述的旋转支撑台，其特征在于，所述两个旋转密封件包括：

与卡瓦下第二导管流体连通的卡瓦下密封，卡瓦下第二导管是这样布置的，即，使流过卡瓦下第二导管的加压流体启动至少一个流体驱动操作装置以延伸所述至少一个流体驱动操作装置；以及

与卡瓦上第二导管流体连通的卡瓦上密封，卡瓦上第二导管是这样布置的，即，使流过卡瓦上第二导管的加压流体启动至少一个流体驱动操作装置以缩回所述至少一个流体驱动操作装置。

6.如权利要求1所述的旋转支撑台，其特征在于，与至少三个分开的第一导管和第二导管流体连通的至少三个旋转密封件被设置在旋转支撑台中。

7.如权利要求6所述的旋转支撑台，其特征在于，所述三个旋转密封件包括：

与卡瓦下第二导管流体连通的卡瓦下密封，卡瓦下第二导管是这样布置的，即，使流过卡瓦下第二导管的加压流体启动至少一个流体驱动操作装置以延伸所述至少一个流体驱动操作装置；

与卡瓦上第二导管流体连通的卡瓦上密封，卡瓦上第二导管是这样布置的，即，使流过卡瓦上第二导管的加压流体启动至少一个流体驱动操作装置以缩回所述至少一个流体驱动操作装置；以及

与卡瓦设置第二导管流体连通的卡瓦设置密封，卡瓦设置第二导管是这样布置的，即，当至少一个流体驱动操作装置已经完全延伸或者缩回时，加压流体被导入卡瓦设置第二导管中，通过卡瓦设置密封被引导到卡瓦设置第一导管，卡瓦设置第一导管与流体检测器流体连通，流体检测器能够检测卡瓦设置第一导管中的加压流体存在情况并且将存在情况传送给操作装置。

8.如权利要求1所述的旋转支撑台，其特征在于，所述固定壳体还包括与所述至少一个第一导管流体连通的至少一个环形沟槽，所述至少一个环形沟槽被设计成能够使所述至少一个旋转密封件设置在其中的形式。

9.如权利要求7所述的旋转支撑台，其特征在于，利用O形圈密封使得至少一个旋转密封件被固定地安装在所述沟槽中。

10.如权利要求1所述的旋转支撑台，其特征在于，还包括固定地安装在固定壳体中的一个或者多个环形刮擦密封，并且环形刮擦密封与旋转壳体保持配合密封接合以防止物质在刮擦密封和旋转壳体之间通过。

11.如权利要求9所述的旋转支撑台，其特征在于，包括至少两个环形刮擦密封，所述至少两个环形刮擦密封是这样布置的，即，使所述至少一个旋转密封件位于它们之间。

12.如权利要求1所述的旋转支撑台，其特征在于，还包括至少一个设置在至少一个旋转密封件附近的排出导管，排出导管在流体储放容器和固定壳体的表面间流体连通，其中所述至少一个旋转密封件接合在所述表面上。

13.如权利要求12所述的旋转支撑台，其特征在于，流体过滤器被布置在排出导管和流体储放容器之间以从流体过滤杂质。

14.如权利要求12所述的旋转支撑台，其特征在于，所述至少一个阀与流体储放容器流体连通。

15.如权利要求1所述的旋转支撑台，其特征在于，还包括用于调节旋转壳体相对于固定壳体的位置的环形调节环。

16.如权利要求1所述的旋转支撑台，其特征在于，所述至少一个旋转密封件是由一种弹性体材料制成的。

17.如权利要求1所述的旋转支撑台，其特征在于，所述旋转壳体是由镀铬钢制成的。

18.如权利要求1所述的旋转支撑台，其特征在于，所述加压流体是液压流体或者空气。

19.如权利要求10所述的旋转支撑台，其特征在于，所述至少一个刮擦密封是由一种弹性体材料制成的。

20.如权利要求1所述的旋转支撑台，其特征在于，所述至少一个旋转密封件的外密封表面与内密封表面之间的比率大于1∶1。

21.如权利要求1所述的旋转支撑台，其特征在于，所述至少一个旋转密封件还包括形成在外密封表面中的外环形沟槽和形成在内密封表面中的内环形沟槽，其中在外环形沟槽和内环形沟槽之间形成多个开口。

22.一种旋转支撑台包括：

固定壳体，所述固定壳体具有贯通其的第一环形开口并且具有围绕所述环形开口的周边布置的至少一个环形沟槽，所述固定壳体具有至少一个用于将加压流体输送到所述沟槽的第一导管装置以及至少一个用于将所述加压流体从所述环形开口送出的排出导管；

旋转壳体，所述旋转壳体具有贯通其的第二环形开口以接收穿过其进入井孔的钻柱，所述第二开口适于同轴地安装在所述固定壳体中的所述第一开口中并且可随着所述固定壳体转动，所述旋转壳体具有至少一个用于输送加压流体的第二导管装置；

与所述旋转壳体相连的流体驱动操作装置，所述流体驱动操作装置随着旋转壳体转动并且使至少一个卡瓦径向延伸和缩回，所述流体驱动操作装置与所述第二导管流体连通；

固定地安装在所述固定壳体中的所述至少一个环形沟槽中的至少一个旋转密封件，所述至少一个旋转密封件包括可膨胀材料带，可膨胀材料带具有与固定壳体配合并与至少一个第一导管流体连通的外密封表面和与旋转壳体配合的内密封表面，所述至少一个旋转密封件具有多个能够在所述外密封表面和内密封表面之间连通流体的开口，其中外密封表面的表面积大于内密封表面，从而当加压流体通过所述至少一个第一导管被引导到所述至少一个密封的外密封表面时，在外密封表面和内密封表面之间产生压力差以使所述至少一个密封的内密封表面膨胀与旋转壳体接合并且形成在所述至少一个第一和第二导管之间提供流体连通的环形流体管道；

固定安装在所述固定壳体中的至少一个环形刮擦密封，所述至少一个刮擦密封具有与所述固定壳体固定相连的外部和与所述旋转壳体流体配合密封接合的内密封表面以使流体阻挡层形成在所述刮擦密封和所述旋转壳体之间；以及

用于控制通过第一导管装置的流体流的至少一个阀。

23.一种旋转密封件包括：

可膨胀材料带，所述材料带具有外密封表面和内密封表面并且具有多个开口，在加压密封和不加压密封时保持全部打开，并能够在所述外密封表面和内密封表面之间连通流体，其中内密封表面和外密封表面具有不同的表面积以便当加压流体被引导通过密封时，由内密封表面和外密封表面产生压力差使密封膨胀形成环形流体管道。

24.如权利要求23所述的旋转密封件，其特征在于，在足以提供从所述旋转密封件流出正流体但不足以使所述旋转密封件膨胀以完全密封接合的压力条件下通过所述旋转密封件不断地泵送加压流体。

25.如权利要求23所述的旋转密封件，其特征在于，所述旋转密封件是由一种弹性体材料制成的。

26.如权利要求23所述的旋转密封件，其特征在于，所述加压流体是液压流体或者空气。

27.如权利要求23所述的旋转密封件，其特征在于，所述旋转密封件的外密封表面与内密封表面之间的比率大于1∶1。

28.如权利要求23所述的旋转密封件，其特征在于，所述旋转密封件还包括形成在外密封表面中的外环形沟槽和形成在内密封表面中的内环形沟槽，其中在外环形沟槽和内环形沟槽之间形成多个开口。

29.一种提供动力卡瓦的方法，包括利用如权利要求1所述的旋转支撑台。

30.如权利要求29所述的方法，包括：

提供如权利要求1所述的旋转支撑台；

所述旋转壳体停止转动；

将一种加压流体提供到至少一个第一导管以使加压流体流到所述至少一个旋转密封件的外密封表面上以使至少一个密封膨胀以形成流体管道，所述流体管道密封地接合在所述旋转壳体中的至少一个第二导管以使加压流体流过第一和第二管道；

操作流体驱动操作装置；

关闭至少一个阀以使密封减压；以及

重新启动旋转壳体的转动。

Images