CN102852473A - 连续循环钻井系统动力钳轴承防护罩 - Google Patents

Abstract

连续循环钻井系统动力钳轴承防护方法及装置，应用于连续循环钻井系统的动力钳轴承保护。包括卡紧套筒轴承防护、旋转套筒轴承防护、传动齿轮轴承防护和底座泄流孔四部分。其中卡紧套筒轴承防护装置由环形上压盖和环形下压盖组成，同时上压盖和下压盖将卡紧套筒及其轴承与卡紧升降盘连为一体，使卡紧套筒可相对与卡紧升降盘转动；旋转套筒轴承则通过环形防护罩进行防护，防护罩不与轴承座接触，且无需密封圈；而传动齿轮轴承则是利用固定在轴承座孔端面的环形防护盖进行防护；底座泄流孔用于排出底座内腔的钻井液等。效果是：改善动力钳轴承工作环境，防止固体或液体异物侵入轴承，减缓轴承内润滑剂失效，提高轴承使用寿命。

Description

连续循环钻井系统动力钳轴承防护罩

技术领域

本发明涉及石油行业中的钻井装备领域，特别涉及连续循环钻井系统动力钳轴承的防护方法和装置。

背景技术

常规旋转钻井在接单根时，必须实施停/开泵操作，这种操作将不可避免地引起井底压力波动和岩屑沉降，极易在复杂地层导致井涌、井漏、气侵、井壁坍塌、卡钻和埋钻等事故。

为了解决上述问题，国外首先提出了连续循环钻井(ContinuousCirculation System)的概念，并申请了相关专利(US6591916B1，US6315051B1，CA2550981A1)。之后国外研制出了连续循环系统样机，并成功实现了商业化应用(SPE102851，SPE102859，SPE90702)，成为一项先进的技术装备。国外连续循环系统主要由主机、分流装置、动力单元以及控制系统组成。主机是连续循环系统的核心，主要包括动力钳(Ironroughneck)、强行起下装置(Snubber)、三联防喷器组(BOP)和底部动力卡瓦(Power slip)等。

目前，中石油钻井院自主研制了国内第一台LXZ型连续循环钻井系统。该系统主机上的动力钳是关键部件之一，主要由卡紧机构总成、上卸扣机构总成、旋扣机构总成和底座总成四大部件组成。具有旋扣、紧扣及卸扣功能，同时还能在强行起下装置的驱动下能够上下移动。动力钳中的卡紧机构主要由卡紧升降盘、卡紧套筒、卡紧连杆和卡紧钳等组成，卡紧套筒与卡紧升降盘之间通过轴承连接，卡紧套筒可随卡紧升降盘上下运动，进而通过连杆驱动卡紧钳分离或合拢，而在旋扣时，卡紧套筒可在传动齿轮和旋转套筒带动下相对卡紧升降盘转动。旋转套筒与传动齿轮安装在动力钳底座的中心孔上，由底座上、下两个轴承支撑，二者通过螺钉连接为一体，可以相对底座转动。动力钳工作环境比较恶劣，如有固体异物(如岩屑等)、液态异物(如钻井液)等外部异物侵入轴承，轴承润滑剂流失，或外力作用而损坏轴承滚动体或保持架等易损件，会影响轴承的寿命，甚至直接影响动力钳的正常工作，所以动力钳内轴承须有密封防尘及防止钻井液侵入等防护装置，但动力钳内部空间有限，某些轴承无法用常规防护方式进行保护。

发明内容

本发明的目的是：提供一种连续循环钻井系统动力钳轴承防护装置，解决动力钳内部轴承防护问题，防止固体或液体异物侵入动力钳内部轴承，避免因外力作用而损坏轴承滚动体或保持架等易损件，同时减缓轴承润滑剂流失，起到提高轴承使用寿命的作用。

本发明采用的技术方案是：一种连续循环钻井系统动力钳轴承防护装置，其特征在于：包括卡紧套筒轴承a的防护装置、旋转套筒轴承b的防护装置、传动齿轮轴承c的防护装置和底座的防护装置四部分。

卡紧套筒轴承a的防护装置由上压盖和下压盖组成，卡紧套筒冷装入轴承a的内圈，轴承a的外圈压入卡紧升降盘的轴承座a上，轴承a的外圈连同卡紧升降盘通过滚珠座于轴承a的内圈和卡紧套筒上，上压盖的承压面压住卡紧升降盘的上端面，上压盖通过螺钉b固定在卡紧升降盘上，下压盖的承压面压住卡紧套筒内壁下端面，上压盖和下压盖利用螺钉c连接起来，将卡紧套筒及其轴承a与卡紧升降盘连为一体，不仅起到保护轴承a的作用，而且使卡紧套筒既可以随卡紧升降盘上下运动，也可以相对卡紧升降盘转动。下压盖是由三个120度夹角的圆弧块组成的圆环形，三块圆弧块沿圆周呈均匀分布安装。

旋转套筒轴承b是利用防护罩进行防护，旋转套筒轴承b的防护罩分为环形盖和圆管壁两部分，环形盖为一环形平板，其中心圆孔与旋转套筒的外壁圆柱面呈过盈配合，环形盖外圆边沿连接圆管壁，圆管壁圆柱面母线与环形盖平面垂直，圆管壁底端设有内倒角，防护罩套在旋转套筒外壁圆柱面，通过环形盖中心圆孔与旋转套筒外壁圆柱面过盈配合将防护罩和旋转套筒连接为一体，同时利用旋转套筒的台肩对环形盖下端面进行轴向定位，旋转套筒的轴承座b上设有与防护罩的圆管壁底端内倒角配合的外倒角结构，防护罩安装固定后，防护罩内倒角位于轴承座b外倒角正上方，二者之间保留适当的轴向间隙，因此防护罩可随旋转套筒一同相对轴承座b转动，同时形成一个轴承保护腔室，防护罩不与轴承座b接触，且无需密封圈。

传动齿轮轴承c的防护装置是由环形防护盖实施防护。防护盖上设置有与传动齿轮轴承座c的外端面螺纹孔相对应的螺钉孔，利用螺钉d将防护盖固定在轴承座c外端面，并在防护盖和轴承座c的外端面之间加装有密封垫；另外，防护盖上与传动齿轮相对的端面加工有密封槽，并安放了密封圈，用于防止异物从防护盖与传动齿轮之间的空隙侵入轴承c。

底座的防护装置是在底座底部设置有钻井液泄流孔，钻井液泄流孔上固定有丝堵，用于排出流入底座内腔的钻井液。

简述连续循环钻井系统动力钳轴承防护装置的安装。

1)卡紧套筒轴承防护装置安装：在轴承上涂抹足量润滑油，先将卡紧套筒冷装入轴承内圈，再将外圈压入卡紧升降盘的轴承座上，把滚珠放入内圈后，将外圈连同卡紧升降盘放置在滚珠上，而后把上压盖放入卡紧升降盘中心孔内，其承压面压住卡紧升降盘的上端面，并用螺钉将其固定在卡紧升降盘上，防止其转动，而下压盖的承压面则压在卡紧套筒内壁下端面，最后通过螺钉将上压盖和下压盖连接起来，使卡紧套筒、轴承和卡紧升降盘连为一体，另外，为便于安装和拆卸，将下压盖分为三块，三块下压盖沿圆周呈120度夹角均匀分布。

2)旋转套筒轴承防护罩安装：先将涂抹足量润滑剂的轴承压入底座中心孔上端轴承座，再将回转套筒冷装入轴承内圈中，接着通过热装方式，从回转套筒上方把防护罩套在回转套筒外壁，并使防护罩环形盘下端面与回转套筒外壁上的台肩紧密接触，待防护罩冷却后，防护罩与回转套筒结合为一体，由防护罩圆筒壁、轴承座和回转套筒的尺寸公差确保轴承座与防护罩之间保留适当的轴向间隙。

3)传动齿轮轴承防护盖安装：在传动齿轮轴承座外端面沿圆周方向均匀布置若干螺纹孔，在防护盖上也布置相应的螺钉孔，通过螺钉将防护盖固定在轴承座外端面。

本发明的有益效果：本发明连续循环钻井系统动力钳轴承防护装置，有效改善了动力钳轴承的工作环境，能防止固体或液体异物侵入轴承，减缓轴承内润滑剂失效，有助于保护轴承，提高轴承使用寿命。另外，防护装置结构简单，安装拆卸方便，有利于对轴承进行维护和保养。

附图说明

图1是本发明连续循环钻井系统动力钳轴承防护原理示意图。

图2是图1中局部放大图Ⅰ，表示卡紧套筒轴承防护结构图。

图3a是上压盖剖视结构图，图3b是下压盖结构图。

图4是图1中局部放大图Ⅱ，表示旋转套筒轴承防护结构图。

图5是防护罩剖视结构图。

图6是图1中局部放大图Ⅲ，表示传动齿轮轴承防护结构图。

图7是防护盖剖视结构图。

图8是动力钳底座剖视结构图。

图中，1-卡紧升降盘，2-卡紧套筒，3-卡紧套筒轴承a，4-上压盖，5-下压盖，6-连杆，7-卡紧钳，8-旋转套筒，9-旋转套筒轴承b，10-防护罩，11-动力钳底座，12-传动齿轮，13-防护盖，14-传动齿轮轴承c，15-螺钉a，16-轴承a内圈，17-轴承a外圈，18-卡紧升降盘轴承座a，19-卡紧升降盘的上端面，20-螺钉b，21-卡紧套筒内壁下端面，22-螺钉c，23-上压盖承压面，24-下压盖承压面，25-轴承b内圈，26-轴承b外圈，27-底座中心孔上端轴承座b，28-轴承座b外倒角，29-旋转套筒台肩，30-旋转套筒外壁圆柱面，31-防护罩环形盖，32-防护罩圆筒壁，33-圆筒壁内倒角，34-防护罩中心孔，35-轴承c内圈，36-轴承c外圈，37-底座中心孔下端轴承座c，38-轴承座c外端面，39-螺纹孔，40-螺钉孔，41-螺钉d，42-密封垫，43-密封圈，44-密封圈槽，45-底座泄流孔，46-丝堵，47-卡紧套筒轴承座a’，48-旋转套筒轴承座b’，49-传动齿轮轴承座c’，50-底座内腔。

具体实施方式

实施例1：参阅图1，动力钳中的卡紧旋转机构主要由卡紧升降盘1、卡紧套筒2、轴承a3、卡紧连杆6、卡紧钳7、旋转套筒8、轴承b9、传动齿轮12和轴承c14等组成，卡紧套筒2与卡紧升降盘1之间通过轴承a3连接，卡紧套筒2可随卡紧升降盘1上下运动，进而通过连杆6驱动卡紧钳7分离或合拢，而在旋扣时，卡紧套筒2可在传动齿轮12和旋转套筒8带动下相对卡紧升降盘1转动。旋转套筒8与传动齿轮12安装在动力钳底座11的中心孔上，由底座上的轴承b9和轴承c 14支撑，二者通过M12螺钉a15连接为一体，可以相对底座11转动。

连续循环钻井系统动力钳轴承防护装置，包括卡紧套筒轴承a3的防护装置、旋转套筒轴承b9的防护装置、传动齿轮轴承c 14的防护装置和底座11的防护装置四部分；其中：卡紧套筒轴承a3安装在卡紧升降盘1轴承座a’47与卡紧套筒2轴承座a18之间，轴承a3的内圈16装入卡紧套筒1的轴承座a’47上，轴承a3的外圈17装入卡紧升降盘1的轴承座a18上；旋转套筒轴承b9安装在旋转套筒8轴承座b’48与底座11中心孔上端轴承座b27之间，轴承b9的内圈25装入旋转套筒8的轴承座b’48上，轴承b9的外圈26装入底座11中心孔上端轴承座b27上；传动齿轮轴承c14安装在底座11中心孔下端轴承座c37和传动齿轮轴承座c’49之间，轴承c 14的内圈35装入传动齿轮轴承座c’49上，轴承c14的外圈36装入底座11中心孔下端轴承座c37上。

参阅图1、图2和图3，卡紧套筒轴承a3的防护装置由上压盖4和下压盖5组成，轴承a3涂抹足量润滑油，先将卡紧套筒2冷装入轴承a3的内圈16，再将轴承a3的外圈17压入卡紧升降盘1的轴承座a18上，把滚珠放入轴承a3的内圈后，将轴承a3的外圈17连同卡紧升降盘1放置在滚珠上，而后把上压盖4放入卡紧升降盘1中心孔内，其承压面23压住卡紧升降盘1的上端面19，并用螺钉b20将其固定在卡紧升降盘1上，防止其转动，而下压盖5的承压面24则压在卡紧套筒2内壁下端面21，最后通过M10螺钉c22将上压盖4和下压盖5连接起来，使卡紧套筒2、轴承a3和卡紧升降盘1连为一体，不仅起到保护轴承a3的作用，而且使卡紧套筒2既可以随卡紧升降盘1上下运动，也可以相对卡紧升降盘1转动。另外，为便于安装和拆卸，下压盖5是由三个120度夹角的圆弧块组成的圆环形，三块圆弧块沿圆周呈均匀分布安装。

参阅图1、图4和图5，旋转套筒轴承b9的防护罩10分为环形盖31和圆管壁32两部分，环形盖31为一环形平板，厚度10mm，中心孔直径615mm，外径750mm，其中心内孔30与旋转套筒8外壁圆柱面30呈过盈配合，环形盖31外圆边沿连接圆管壁32，圆管壁32圆柱面母线与环形盖31平面垂直，圆管壁厚10mm，高度70mm，圆管壁32底端设有45度内倒角33，安装时先将涂抹足量润滑剂的轴承b9的外圈26压入底座中心孔上端轴承座b27上，再将旋转套筒8冷装入轴承b的内圈25中，接着通过热装方式，从旋转套筒8上方把防护罩10套在旋转套筒8的外壁圆柱面30上，并使防护罩10的环形盖31下端面与旋转套筒8外壁上的台肩29紧密接触进行轴向定位，待防护罩10冷却后，防护罩10与旋转套筒8结合为一体，轴承座b27上设有与防护罩10圆管壁32底端内倒角33配合的45度外倒角28结构，防护罩10安装固定后，防护罩10内倒角33位于轴承座外倒角28正上方，二者之间保留适当的轴向间隙约1mm，这样防护罩10可随旋转套筒8一同相对轴承座b27转动，同时形成一个轴承保护腔室，防护罩10不与轴承座b27接触，且无需密封圈。

参阅图1、图6和图7，传动齿轮轴承c 14的防护装置是由环形防护盖13实施防护。在传动齿轮12的轴承座c37的外端面38沿圆周方向均匀布置若干M10螺纹孔39，并在防护盖13上也布置相应的螺钉孔40，在防护盖13和轴承座c37的外端面38之间加装一密封垫42，利用M10螺钉d41将防护盖13固定在轴承座外端面38；而后将传动齿轮轴承c14的外圈36压入轴承座c37上，在防护盖13的密封圈槽44内放入663mm×7mm的密封圈43后，将传动齿轮12冷装入轴承c的内圈35，并通过螺钉a15将传动齿轮12与旋转套筒8连接为一体。

参阅图8，在底座11底部据中心400mm处设置若干泄流孔45和配套丝堵46，泄流孔45螺纹规格NPT1/2〞，丝堵46可防止粉尘进入底座内腔50，卸开丝堵46后，可通过泄流孔45排出流入底座内腔50的钻井液。

Claims (1)

1.一种连续循环钻井系统动力钳轴承防护装置，其特征在于：包括卡紧套筒轴承a(3)的防护装置、旋转套筒轴承b(9)的防护装置、传动齿轮轴承c(14)的防护装置和底座(11)的防护装置四部分；

卡紧套筒轴承a(3)的防护装置由上压盖(4)和下压盖(5)组成，卡紧套筒(2)冷装入轴承a(3)的内圈(16)，轴承a(3)的外圈(17)压入卡紧升降盘(1)的轴承座a(18)上，轴承a(3)的外圈(17)连同卡紧升降盘(1)通过滚珠座于轴承a(3)的内圈(16)和卡紧套筒(2)上，上压盖(4)的承压面(23)压住卡紧升降盘的上端面(19)，上压盖(4)通过螺钉b(20)固定在卡紧升降盘(1)上，下压盖(5)的承压面(24)压住卡紧套筒内壁下端面(21)，上压盖(4)和下压盖(5)利用螺钉c(22)连接起来，将卡紧套筒(2)及其轴承a(3)与卡紧升降盘(1)连为一体；下压盖(5)是由三个120度夹角的圆弧块组成的圆环形，三块圆弧块沿圆周呈均匀分布安装；

旋转套筒轴承b(9)是利用防护罩(10)进行防护，旋转套筒轴承b(9)的防护罩(10)分为环形盖(31)和圆管壁(32)两部分，环形盖(31)为一环形平板，其中心圆孔(34)与旋转套筒(8)的外壁圆柱面(30)呈过盈配合，环形盖(31)外圆边沿连接圆管壁(32)，圆管壁(32)圆柱面母线与环形盖(31)平面垂直，圆管壁(32)底端设有内倒角(33)，防护罩(10)套在旋转套筒外壁圆柱面(30)，通过环形盖中心圆孔(34)与旋转套筒外壁圆柱面(30)过盈配合将防护罩(10)和旋转套筒(8)连接为一体，同时利用旋转套筒(8)的台肩(29)对环形盖(31)下端面进行轴向定位，旋转套筒(8)的轴承座b(27)上设有与防护罩(10)的圆管壁(32)底端内倒角(33)配合的外倒角(28)结构，防护罩(10)安装固定后，防护罩内倒角(32)位于轴承座b(27)外倒角(28)正上方，二者之间保留轴向间隙，防护罩(10)随旋转套筒(8)一同相对轴承座b(27)转动，同时形成一个轴承保护腔室，防护罩(10)不与轴承座b(27)接触；

传动齿轮轴承c(14)的防护装置是由环形防护盖(13)实施防护；防护盖(13)上设置有与传动齿轮轴承座c(37)的外端面(38)螺纹孔(39)相对应的螺钉孔(40)，利用螺钉d(41)将防护盖(13)固定在轴承座c外端面(38)，并在防护盖(13)和轴承座c的外端面(38)之间加装有密封垫(42)；另外，防护盖(13)上与传动齿轮(12)相对的端面加工有密封槽(44)，并安放了密封圈(43)；

底座(11)的防护装置是在底座(11)底部设置有钻井液泄流孔(45)，钻井液泄流孔(45)上固定有丝堵(46)。

Images