ITTO981053A1

ITTO981053A1 - Punta per la perforazione del terreno con un gruppo di tenuta di tipo perfezionato di un cuscinetto.

Info

Publication number: ITTO981053A1
Application number: IT001053A
Authority: IT
Inventors: Robert J Costo Jr; Terry R Koltermann; Chih Lin; Scott R Schmidt; Eric C Sullivan
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2000-06-18
Also published as: GB2332461A9; BE1013076A5; US6142249A; ITTO981053A0; GB9827666D0; GB2332461A; US6026917A; IT1303588B1; GB2332461B

Description

DESCRIZIONE

• La presente invenzione si riferisce in generale a punte di perforazione, in particolare a quelle dotate di prese girevoli in cui dei gruppi di tenuta trattengono il lubrificante all'interno delle aree dei cuscinetti ..

Uno dei mezzi di tenuta che si sono rivelati più efficienti usati in punte di pérforàzione del terreno del tipo,a prese girevoli e la tenuta ad Ò-ring come descritto nel brevetto statunitense n.

3397928 a nome Galle. La.tenuta ad 0-ring è efficacie nel confinare il lubrificante nell'area del cuscinetto escludendo contemporaneamente l'accesso di detriti per periodi prolungati prima che si verifichino dei guasti.

Un'evoluzione più recente dei dispositivi di tenuta è la tenuta su faccia metallica rigida; in questo tipo di tenuta, l'interfaccia di tenuta è realizzata tra uno o due anelli di tenuta rigidi, solitamente di acciaio. Uno o due O-ring elastomerici servono per attivare o spingere ‘le facce di tenuta dell'anello o degli anelli rigidi tenendoli in contatto l'uno con l'altro. La tenuta a faccia rigida si è rivelata efficiente quanto la tenuta ad O-ring ed ha una maggiore capacità di compensare fluttuazioni di pressione nel lubrificante della pianta. .

Una configurazione che ha avuto un successo leggermente minore è quella della tenuta Belleville, nella quale degli elementi elastomerici sono, vincolati ad una rondella ò ad un anello metallico rigido, che viene messo in pressione nel premistoppa della tenuta, e dove gli elementi elastomerici costituiscono la parte voluminosa della tenuta.

Tutti questi tre tipi di tenuta sono soggetti alla condizione conosciuta con il termine anglosassone "mud packing" (riempimento di fango). Questa condizione si verifica quando la materia solida nel fluido o nel fango di perforazione viene trasportata all'interno del premistoppa della tenuta, dove essa aderisce alle superfici del premistoppa e/o della tenuta e provoca deformazioni e/o slittamenti dei componenti elastomerici della tenuta. Inoltre, queste particelle possono accelerare l'usura per abrasione di tutti i componenti della tenuta.

Vi è quindi un bisogno di gruppi di tenuta che collaborino con la ténuta principale del cuscinetto per aiutare a prevenire l'ingresso di detriti nello stesso dispositivo di tenuta.

Uno scopo generale della presente invenzione è di realizzare una punta per perforazione del terreno dotata di un dispositivo di tenuta di tipo perfezionato per un cuscine ο che sia più resistente all'usura e che fornisca una migliore efficienza della tenuta per periodi di tempo più lunghi.

Questo ed altri scopi della presente invenzione sono raggiunti mediante la realizzazione di una punta di realizzazione del terreno avente un corpo ed almeno un albero di un cuscinetto che pende verso l'interno e verso il basso dal corpo della punta. Un cuscinetto :è definito tra la fresa e l'àlbero del cuscinetto. L'albero del cuscinetto ha una base dove si congiunge con il corpo della punta. Almeno una fresa è montata in modo girevole sull'albero e collabora con la base dell'albero per formare un premistoppa di tenuta del cuscinetto. Un elemento di tenuta è disposto nel premistoppa di tenuta del cuscinetto. Una tenuta secondaria è disposta nel premistoppa di tenuta adiacente . alla base dell'albero e collabora con l'elemento di tenuta per sigillare almeno parzialmente il premistóppa contro l'ingresso di detriti provenienti dall'esterno della punta.

Secondo la forma di realizzazione preferita della presente invenzione, l'elemento di tenuta è una tenuta a faccia rigida, che comprende almeno un anello di tenuta rigido ed almeno un anello attivatore resiliente che esercita una tenuta contro l'ingresso di detriti nel cuscinetto della punta.

Secondo la forma di realizzazione preferita della presente invenzione, . l'elemento di tenuta secondario è un anello elastomerico continuo disposto alla base dell'albero del cuscinetto.

Secondo la forma di realizzazione preferita della presente invenzione, il corpo della punta comprende una superficie lavorata a macchina adiacente alla base dell'albero del cuscinetto. L'elemento di tenuta secondario può essere assicurato mediante adesivo alla superficie lavorata a macchina e/o all'anello di tenuta rigido.

Secondo la forma di realizzazione preferita della presente invenzione, l'anello di tenuta secondario è un anello resiliente in contatto con una porzione dell'elemento di tenuta

La figura 1 è una vista in sezione longitudinale di una sezione del corpo di una punta di perforazione del terreno secondo la presente invenzione;

la figura 2 è una vista frammentària in sezione longitudinale e in scala ingrandita dell'albero del cuscinetto e del dispositivo di tenuta secondo la presente invenzioné;

la figura 3 è una vista frammentaria in sezione e in scala ingrandita del dispositivo di tenuta di figura 2; è

la figura 4 è una vista in sezione trasversale e in scala ingrandita dell'anello di tenuta statico e secondario di figura 3 di una condizione di rilascio.

Il numero di riferimento 11 nella figura 1 dei disegni indica una punta di perforazione del terreno avénte una porzione superiore filettata 13 per il collegamento ad un elemento (non illustrato) di una batteria di aste. Un passaggio 15 per fluido dirige il fluido di perforazione ad un ugello (non illustrato) che manda il fluido o i fanghi di perforazione contro il fondo dèi foro di scavo per riportare i detriti in superficie.

Un sistema di lubrificazione 17 per la compensazione della pressione è contenuto all'interno di ciascuna sezione del corpo, che solitamente sono previste in numero di tre e che sono salda tre insieme per formare il corpo composito. Il sistema di lubrificazione è preferibilmente simile a quello illustrato nel brevetto statunitense n. 4727942 a nome Galle .

In ciascuna sezione del corpo, un passaggio 19 per lubrificante si estende verso il basso da ciascun conpensatore 17 fino ad intersecare un altro passaggio 21 per lubrificante nel quale un tappo a sfera 23 è vincolato al corpo mediante una saldatura 25. Dei passaggi 27 per lubrificante portano il lubrificante ad una superficie cilindrica di cuscinetto definita tra un inserto cilindrico 29 (fissato ad interferenza nella fresa 33) ed una superficie cilindrica corrispondente sull'albero 30 del cuscinetto, che è montato a sbalzo verso il basso e verso l'interno da una regione inferiore ed esterna del corpo della punta, comunemente nota come coda (shirttail) .

Il tappo a sfera 23 trattiene una serie di cuscinetti a sfera 31che vincolano in modo girevole la fresa 33 all'albero 30. Nella fresa è dispersa una pluralità di file di denti 35 o elementi taglienti disintegratori del terreno che possono essere fatti in carburo di tungsteno sinterizzato bloccati per interferenza in fòri coniugati nella fresa 33. Un dispositivo di tenuta 37, comprensivo di una tenuta secondaria secondo la presente invenzione, è disposto adiacente alla base dell'albero 30 e trattiene ermèticamente il lubrificante all'interno del cuscinetto impedendo l'accesso di detriti all'interno di questo.

Le figure 2 e 3 sono viste in scala ingrandita del gruppo di tenuta e del cuscinetto della punta di perforazione del .terreno secondo la présente invenzione. Una coppia di superflci assiali 39, 41 formate nella fresa 33 e nella superficie 43 lavorata a macchina della porzione di coda del corpo della punta collabora con una coppia di. superiici radiali 45, 47 per definire un premistoppa di tenuta del cuscinetto posto generalmente alla base dell'albero 30. Un dispositivo di tenuta 37 a faccia metallica o ad anello singolo rigido è disposto nel premistoppa della tenuta e comprende un anello di tenuta rigido 49 ed un attivatore 51 ad O-ring, che spinge una faccia 53 di tenuta sull'anello 49 impegnandosi ermeticamente con una corrispondente faccia di tenuta 41 su un inserto 29 nella fresa 33. Questa tenuta a faccia rigida è realizzata secondo il brevetto statunitense n. 4753304 a nome Kelly, che è qui incorporato mediante questo riferimento.

Il gruppo di tenuta 37 può essere considerato come Una tenuta primaria poiché esso è progettato per chiudere ermèticamente il cuscinetto contro l'ingresso di materiali o detriti estranei e per compensare fluttuazioni di pressione nel lubrificante. La tenuta 37 è anche una tenuta dinamica poiché essa chiude ermeticamente l'interfaccia mobile o dinamica tra ciascuna fresa e il proprio albero di cuscinetto e il movimento di rotazione relativo tra questi.

In aggiunta alla tenuta dinamica 37, un anello tenuta secondario 55 ,è disposto nel premistoppa di tenuta opposto tra il gruppo di tenuta. 37 e la superficie 43 lavorata a macchina per sigillare il premistoppa e il gruppo di tenuta 37 nei confronti dell'ingresso di detriti, in particolare particelle dei fanghi di perforazione, provenienti dall'esterno della punta 11. Per accogliere l'anello di tenuta 55 e la;tenuta 37, la superficie assiale 39 si trova in una gola lavorata a macchina e ottenuta nella superficie 43 per una profondità variabile da circa un terzo ad un mezzo dello spessore assiale nominale dell 'anello 55; tuttavia si ritiene che nessuna gola sia necessaria e che la superficie assiale 39 potrebbe essere a livello della superficie lavorata a macchina 47.

La figura 4 è una vista in sezione in scala ingrandita dell 'anello 55 secondo la présente invenzione. Preferibilmente l'anello di tenuta.secondario 55 è un anello continuo fatto di matèriale elastomerico di mitrile di durezza al durometro di circa 40-45 (Shore A) e con modulo elastico di circa 100-200 psi/in/in. Secondo, la forma di realizzazione preferita, non viene usato alcun adesivo per bloccare l'anello 55 . nel premistoppa. In. alternativa, l'anello di. tenuta secondario 55 potrebbe essere attaccato o vincolato mediante adesivi alla superficie 39 del premistoppa di tenuta assiale (o alla superficie lavorata a macchina 43) e all'anello di tenuta rigido 49 per esaltarne le proprietà di tenuta. Poiché l'anello di tenuta secondario 55 rimane stazionario con la superficie lavorata a macchina 47 e non esercita tenuta per moto rotatorio relativo, esso è una tenuta statica, contrariamente alla tenuta 37, che è una tenuta dinamica.

Secondo la forma di realizzazione preferita della presente invenzione, per una punta da 8-1/2 l'anello di tenuta secondario 55 ha un diametro esterno D di circa 2,48 pollici ed una larghezza radiale W di circa 0,211 pollici. Il diametro esterno di D è scelto per essere più largo di circa 0,040-0,060 pollici rispetto al diametro esterno dell'anello rigido 49. Il diametro interno e l'estremità 57 dell'anello di tenuta sécondario 55 sono configurati per essere simili è per conformarsi alla superficie radiale 55 e alla superficie assiale 39 del premistoppa di tenuta. Un raggio R1 di circa 0,085 pollici ed un raggio di punta R di circa 0,015 pollici sono previsti all'estremità interna dell'anello di tenuta secondario 55.

L'anello 55 comprende anche due nervatura in rilievo 57 che sono larghe da circa 0,25 pollici a circa 0,30 pollici e che sono alte da circa 0,010 pollici a circa 0,014 pollici. Lo scopo delle nervature è di formare delle aree di sforzo elevato che impediscano al fluido e/o ai detriti di entrare nel premistoppa di tenuta quando l'anello di tenuta secondario 55 sia portato in contatto forzato con la superficie 39.

L'anello 55 ha uno spessore assiale t di circa 0,095 pollici {nella condizioné rilasciata o non compressa) che è maggiore dell'intercapedine individuata tra la superficie assiale 39 e l'éstremità dell'anéllo di tenuta 49. L'intenzione è di realizzare uno "schiacciamento" sufficiente sull'anello di tenuta secondario 55 tra la superficie assiale 39 e l'anello di tenuta 49. La. forma di realizzazione preferita, questo schiacciamento è circa il 20-25% dello spessore radiale non compresso o rilasciato t dell'anello 55 utilizzando valori nominali e con la fresa spinta verso 1'esterno sull'albero del cuscinetto. Un faggio R3 di circa 0,125 pollici è previsto per permettere, una deformazione dell'anello attivatore 51 e per conformarsi strettamente ad esso; la larghezza rimanente w dell'anello 55 è di circa o,104 pollici. Nella configurazione assemblata, l'area nel premistoppa di tenuta confinata dalle superfici 39 e 45, comprendente gli anelli 49, 51, e 55, è intesa ad essere assemblata in modo tale da ridurre al minimo o escludere l'aria. All'atto del montaggio, un anello continuo di Olio minerale pesante viene applicato almeno alla superficie assiale 39, poi l'anello di tenuta secondario 55 viene posto nel premistoppa di tenuta e si installa-no l'attivatore 51 e l'anello di tenuta 49. Questo procedimento di assemblaggio aiuta ad assicurare che siano eliminate o ridotte al minimo aree di vuoto nell'area sopra citata del premistoppa di tenuta.

L'invenzione è stata descritta con riferimento a delle sue forme di realizzazione preferite; essa non è tuttavia limitata da queste, ma suscettibile di variazioni e modifiche senza esulare dallo scopo dell'invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Punta per .la perforazione del terreno avente un gruppo di tenuta di cuscinetto perfezionato, la punta di perforazione del terreno comprendendo: un corpo della punta; almeno un albero di cuscinetto pèndente verso l'interno e verso il basso dal corpo della punta, l'albero di cuscinetto avendo una base dove si corigiunge con il corpo della punta; una fresa montata in modo girevole su ciascun albero di. cuscinetto, la fresa comprendendo un premistoppa di tenuta del cuscinetto che coopera con la base dell'alberò del cuscinetto per definire un premistoppa di tenuta del cuscinetto; un elemento di tenuta disposto nel premistoppa di tenuta; e un .elemento di . tenuta statico-secondario formato di materiale resiliente e disposto nel premistoppa di tenuta, in cui l'elemento di tenuta secondario e 1'elemento di tenuta collaborano per chiudere ermeticamente almeno parzialmente il premistoppa contro l'ingresso di materiale.
2. Punta di perforazione del terreno secondo la rivendicazione 1, in cui l'elemento di témita comprende : un anello attivatore resiliente; un anello di tenuta rigido avente una superfi-cie di tenuta che coopera con una superficie di tenuta sulla fresa per sigillare ermeticamente il cuscinetto impedendo l'ingresso di detriti. .
3. Punta per la perforazione del terreno secondo la rivendicazione .2, in cui l'elemento di tenuta secondario contatta ed esercita una tenuta contro almeno l'anello di tenuta rigido.
4 . Punta per la perforazione del terreno secondo la , rivendicazione 1, in cui l'elemento di tenuta secondario è un anello elastomerico continuo vincolato al corpo della punta alla base dell'albero del cuscinetto.
5. Punta per la perforazione del terreno secondo la rivendicazione 1, in cui il corpo della punta comprende una superficie lavorata a macchina adiacente alla base dell'albero del cuscinetto e l'elemento di tenuta secondario è collocato adiacènte alla superficie lavorata a macchina.
6. . Punta per la perforazione del terreno secondo la rivendicazione 1, in cui l'elemento di tenuta secondario comprende almeno un materiale elastomerico. . -
7. Punta per la perforazione dei terreno secondo la rivendicazióne 1, in cui l'elemento di tenuta secondario è un anello resiliente vincolato ad una porzione dell'elemento di tenuta.
8 . Punta per la perforazione del terreno secondo la rivendicazione 1, in cui un olio minerale è disposto tra la superficie lavorata a macchina e l'elemento di tenuta secondario. .
9 . Punta per la perforazione del terreno avente un gruppo di tenuta perfezionata per un cuscinetto, la punta di perforazione del terreno comprendendo : un corpo della punta; almeno un albero di cuscinetto pendente vèrso l'interno e verso il basso dal corpo della punta, l'albero del cuscinetto avendo una base dove si congiunge al corpo della punta; una fresa montata in modo girevole su ciascun albero di cuscinetto, la frèsa comprendendo superfici di tenuta che cooperano con la base dell'albero di cuscinetto per definire un premistoppa di tenuta del cuscinetto; . un elemento di tenuta disposto nel premistoppa di tenuta, l'elemento di tenuta comprendendo un elemento di tenuta rigido ed un elemento resiliente che spinge l'elemento rigido in contatto di tenuta con lina superficie di tenuta; e un elemento di tenuta secondario resiliente disposto nel premistoppa di tenuta, in cui l'elemento di tenuta secondario e l'elemento di tenuta collaboraiio per sigillare almeno parzialmente il premistoppa contro l'ingresso di detriti nel premistoppa di detriti.
10 . Punta per la perforazione del terreno secondo la rivendicazione 9, in cui l'elemento di tenuta comprende : un anello attivatore resiliente un anello di tenuta rigido avente ima superficie di tenuta che coopera con una superficie di tenuta assiale sulla fresa per sigillare ermeticamente il cuscinetto contro 1'ingresso di detriti.
11. Punta per la perforazione del terreno secondo la rivendicazione 9, in cui l'elemento di tenuta secondario contatta :ed esercita ima tenuta contro entrambe le porzioni rigide e rèsilienti dell'elemento di tenuta.
12. Pianta per la perforazione dei terreno secondo la rivendicazione 9, in cui l'elemento di tenuta secondario è un anello elastomerico continuo vincolato al corpo della punta alla base dell'albero del cuscinetto.
13. Punta per la perforazione del terreno secondo la rivendicazione 9, in cui il corpo della punta comprende una superficie lavorata a macchina adiacente alla base dell'albero del cuscinetto e 1'elemento di tenuta secondario è collocato adiacente alla superficie lavorata a macchina.
14. Punta per la perforazione del terreno secondo la rivendicazione 9, in cui l'elemento di tenuta secondario comprende almeno un elemento elastomerico.
15. Punta per la perforazione del terreno secondo la rivendicazione 9, ih cui l'elemento di tenuta secondario è un anello resiliente vincolato alla porzione rigida dell'elemento di tenuta.
16. Punta per la perforazione del terreno secondo la rivendicazione 13, in cui un olio minerale è disposto tra la superficie lavorata a macchina e 1 'elemento di tenuta secondario.
17. Punta per la perforazione del terreno avente un gruppo di tenuta perfezionata per un cuscinetto, la punta di perforazione del terreno comprendendo; corpo della punta, almeno un albero di cuscinetto pendente verso l'interno e verso il basso dal corpo della punta, l'albero del cuscinetto avendo una base dove si congiunge al corpo della punta; una fresa montata in modo girevole su ciascun albero di cuscinetto, la fresa comprendendo superiici di tenuta radiali e assiali che cooperano con la base dell'albero del cuscinetto .per definire un premistoppa di tenuta del cuscinetto; un elemento di tenuta primario disposto nel premistoppa, l'elemento di tenuta comprendendo almeno un anello di tenuta rigido e almeno un elemento resiliente che spinge l'anello di tenuta, portandolo ad impegnarsi a tenuta con una superficie di tenuta; e un elemento di tenuta secondario resiliente disposto nel premistoppa di tenuta opposto alla superficie assiale della fresa, in cui l'elemento di tenuta secondario e l'elemento di tenuta cooperano per sigillare almeno parzialmente il premistoppa contro l'ingresso di detriti.
18. Punta per la perforazione del terreno secondo la rivendicazione 17, in cui l'elemento di tenuta comprende inoltre: un anello attivatore resiliente; un anello di tenuta rigido avente una superficie di tenuta che coopera con la superficie di tenuta assiale sulla fresa per sigillare il cuscinetto impedendo l'ingresso di detriti..
19. Punta per la perforazione del terreno secondo la rivendicazione 17, in cui l'elemento di tenuta secondario contatta ed esercita tenuta contro entrambe le porzioni rigide e resilienti dell'elemento di tenuta.
20. Punta per la perforazione del terreno secondo la rivendicazione 17, in cui l'elemento di tenuta secondario, è un anello elastomerico continuo vincolato al corpo,della punta alla base dell'alberò del cuscinetto.
21. Punta per la perforazione del terreno secondo la rivendicazione 17, in cui il corpo della punta comprende una superficie lavorata a macchina adiacente alla base dell'albero del cuscinetto e in cui l' elemento di tenuta secondario è vincolato alla superficie lavorata a macchina.
22. Punta per la perforazione del terreno secondo la rivendicazione 17, in cui l'elemento, di tenuta secondario comprende almeno un materiale elastomerico.
23. Punta per la perforazione del terreno secondo la rivendicazione 17 in cui l'elemento di tenuta secondario è un anello resiliente vincolato alla porzione rigida dell'elemento di tenuta.
24 Punta per là perforazione del terreno secondo la rivendicazione 21, .in cui un olio minerale è disposto tra la superficie lavorata macchina e l'elemento di tenuta secondario.