JP2005515328A

JP2005515328A - 回転支持テーブル

Info

Publication number: JP2005515328A
Application number: JP2003560351A
Authority: JP
Inventors: メイソン，デイビッド; クリイネン，アントン; ムルダー，レネ
Original assignee: バーコアイ／ピー，インコーポレイティド
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2005-05-26
Also published as: EP1458949A2; NO332177B1; CN1606653A; DE60235914D1; NO20042533L; AU2002364191A1; US6896048B2; WO2003060280A2; CN100335736C; EP1458949B1; EP1458949A4; WO2003060280A3; AU2002364191A8; CA2470653C; ATE463654T1; US20030150647A1; CA2470653A1

Abstract

掘削装置及びその他同種のもので使用される、回転支持テーブル内に配設された回転スリップアセンブリに加圧流体を供給する回転支持テーブル用ロータリシールアセンブリが提供される。ロータリシールアセンブリは、ドリルストリングを回転させることに使用される既存の回転支持テーブルに取り付けられるように設計されており、また例えばケーシング部分のようなパイプ部分にしっかり係合するために係合位置へ動かされるパワースリップを含んでいる。ロータリシールアセンブリは、加圧流体源と流体連通している外側表面と、回転ハウジングと協働する内側表面とを有する膨張可能な材料のリボンを通常は具備しており、ロータリシールは、前記外側表面と内側表面との間で流体を連通させることができる複数の開口を有しており、そこでシール外側表面は内側表面より大きい表面積を有して、加圧流体がシールの外側表面に送られたとき外側表面と内側表面との間に差圧が生み出され、そしてシールの内側表面が膨らんで回転ハウジングに係合して加圧流体源と回転ハウジングとの間に流体連通を提供する環状流体ダクトを形作るようになっている。本発明の回転スリップアセンブリを利用する、回転テーブル及びパワースリップアセンブリの運転方法も提供される。

Description

本出願は、合衆国法典３５、§１１９（ｅ）に基づいて、２００１年１２月２１日に出願された米国仮出願特許第６０／３４２，９９８号への優先権を主張する。

本発明は、概ね回転支持テーブルに関するものであり、より詳しくは、改良された磨耗特性と封止特性をもつスリップシール装置を有する回転支持テーブルに関するものである。

最も従来的な、石油又はガス掘削作業では、掘削は掘削プラットフォームで行われ、次に掘削プラットフォームは円形回転テーブルを支持している。回転テーブルは、それが標準的な電気又は油圧モータによって円の様態で動かすことができるように作られている。在来の回転テーブルは、中心の開口又は孔を備える“ケリー”を有しており、ドリルストリングが前記中心の開口又は孔を通り抜ける。ケリーそのものが、ブッシング又は“ケリーブッシング”を使って供給されて、回転テーブルがケリーを駆動してドリルストリングに必要な回転力を与えて掘削を行うことができるように、ケリーは、回転テーブル上のブッシング又は“マスターブッシュ”と連結することができる。そのようなさく井装置は、在来的なものでありまた本技術分野で周知のものである。

接続パイプをドリルストリングに付け加えたり又はドリルストリングから取り外すために、“スリップ”と呼称されるくさび装置が回転テーブル中央開口の中のボウルの中へ挿入されてドリルステムが井戸穴の中に落下するのを防ぐ。多くの在来の掘削プラットフォームでは、スリップの配置は井戸作業員によって手動で行われている。回転テーブルに隣接する様々な機械的装置を操作する作業員は時々、ドリルストリング全体を井戸穴から取り除くことを要求される。これは時間を要する工程であって、前記工程は、ドリルストリングを完全に取り除くために各個の長さのパイプを一つずつ取り外すことが求められる。この取り外しは、複数のスリップ又はスリップアセンブリをドリルストリングを保持するそれらの運転位置から繰り返し外すことを作業員に必ず要求し、また掘り管の次の部分がドリルストリングから取り外されるべき所定の位置にあるときに作動可能位置に戻す。結果として、ある長さの掘り管のドリルストリングからの各々の取り外し又はドリルストリングへの各々の付け加えの際に、油井の作業員は、スリップの取り外し又は再設置のために多大な人的肉体労働力を行使することを要求され、このことは、必要とされる大きな力はもとより、取り扱う重量が非常に重いために危険である。

掘削作業の効率と安全性を改善するために、“パワースリップ”が開発され、それは、スリップボウルが掘り管を中心にして回転テーブルと共に回転する間に、スリップの垂直運動を妨げるようにスリップボウル内で回転可能に保持される。そのようなパワースリップ機構は、いくつかの基本的な構造形で配置された主要な構成要素を含んでいる。主たる構造材は、概ね内部テーパー付き孔を有する拡大される支持構造材であるスリップボウル又は本体である。スリップ要素が孔の中に配設されて重力に基づいて落下可能にされるとき、ケーシングが下方に滑り落ちることを防ぐようにくさびはケーシングに半径方向で接する。スリップ及びボウルは、スリップの外側表面がスリップボウルの内側表面に滑り摩擦で接触して、ドリルステムの一部が付加されるか又は取り除かれるときドリルステムを掴んで保持するために自動的に作動可能であるように構成されている。例えばそのようなパワースリップ装置は、米国特許第２５７００３９号、２６４１８１６号、２９３９６８３号、３２１０８２１号、３２７０３８９号、３４５７６０５号、３９６１３９９号、３９９９２６０号、４２５３２１９号、及び４３３３２０９号に示されている。

そのような先行技術のパワースリップには二つの基本構造形がある。一つは、パワースリップが永久的に取り付けられて回転テーブルと共に回転するものであり、また一つは、パワースリップが不使用時に回転テーブルから外されるものである。

リルジェストランド（Liljestrand）に対する米国特許第２６４１８１６号及びボイアドジエフ（Boyadjieff）に対する米国特許第３９６１３９９号が第一のタイプのものである。これらパワースリップは、在来の手動操作スリップに対する先進性を示す一方で、パワースリップが回動されるか又はドリルステムから持ち上げられることを可能にするために、支持ポスト又は他の構造物を回転テーブルの側で掘削装置床に永久的に取り付けることを最も多く要求する。従って、これらの装置は掘削時間の大部分の間それらが使用されないにもかかわらず貴重な掘削床スペースを永久的に占有し、また他の掘削作業を邪魔することがある。

しかしながら、回転パワースリップの初期の装置の大部分では、機械的リンク機構が、固定流体シリンダーと回転パワースリップハウジングとの間に備えられなければならなかった。初期の在来の装置の多くでは、スリップアセンブリは、その回転の任意の位置で始動されることができないが、固定流体シリンダーと回転ハウジングとの位置合わせが必要である。結果としてアセンブリは掘削装置床の上に突き出て、従って貴重なスペースを占有する。スタッキー（Stuckey）等に対する米国特許第３９９９２６０号及びハースト（Herst）等に対する米国特許第４３３３２０９号で開示される回転パワースリップは、運転の間に回転ハウジングと共に流体ダクトを形作る膨張可能シール手段を固定流体供給源に設けることと、機械的に位置調整されたリンク機構の必要性を除くことと、パワースリップ機構のための貴重な床スペースを使用する必要性を低下させるか又は完全に除くこととによってこの問題を解決する。しかしながら、これら装置の両方で準備される高価なシールは、掘削装置の振動の結果として漏れ及び早期の劣化の傾向があり、効率及びシールの回転ハウジングとの整列に影響を与える。更に、これら先行技術の装置は、泥と岩屑をシールと加圧装置とに導く傾向があって、油圧又は加圧空気装置の損傷を招く。

従って、より長い耐久性とより効果的なシールを有し、またパワースリップ装置に入る泥及び岩屑からの更なる保護を提供する改良されたロータリパワースリップシールを提供する必要性が存在する。

簡単に、概括的な言葉で言うと、本発明は、回転支持テーブル内に配設された回転スリップアセンブリへ加圧流体を供給するために掘削装置及びその他同種のもので使用される、回転支持テーブル用ロータリシールアセンブリに導かれる。ロータリシールアセンブリは、ドリルストリングを回転させるために使用される既存の回転支持テーブルに取り付けられるように設計され、またパワースリップを含むものであり、前記パワースリップは、例えばケーシング部分のようなパイプ部分と確実に係合するための係合位置に動力で動かされるものである。スリップアセンブリが加圧流体装置によって係合位置に動力で動かされるので、回転支持テーブルの回転部分は、本発明のシールアセンブリを使用して外部動力流体装置に正しく連結されなければならない。

一つの例示的実施例における本発明の回転支持テーブルは、回転支持テーブルおよび掘削装置に装着可能なパワースリップに導かれ、また、パイプ部分の受入に適した大きさの中央通路を含むパイプ係合アセンブリを有する回転ハウジングと、パイプ部分を確実に且つ解放可能に掴むために係合位置に動力で動かされる動力係合装置を含む下方パイプ係合アセンブリであって、駆動シャフトと流体連通をしている下方パイプ係合アセンブリとを含んでおり、そこで回転ハウジングアセンブリの作動が下方パイプ係合アセンブリの回転を引き起こす。そのような実施例では、下方パイプ係合アセンブリは、外部加圧流体動力源によって動かされ、前記外部加圧流体動力源は、本発明のロータリシールアセンブリを介して回転ハウジングに接続される。ロータリシールアセンブリは、加圧流体源と流体連通をしている外側表面と、回転ハウジングと協働する内側表面とを有する膨張可能材料のリボンを含み、またロータリシールは、前記外側表面と内側表面との間で流体を連通させることができる複数の開口を有し、そこで、加圧流体がシールの外側表面に導かれたとき、外側表面と内側表面との間に差圧が生み出されて、シールの内側表面が、回転ハウジングに係合するために膨らんで環状流体ダクトを形作って加圧流体源と回転ハウジングとの間に流体連通を提供するように、シール外側表面が内側表面より大きな表面積を有している。差圧がシールの外側と内側との間で生み出されるように、任意の適切な表面差が利用可能であるが、一つの例示的実施例では比率は１：１．０２である。

他の例示的実施例では、ロータリシールは、シールがシール外側表面の中に形作られた外側環状溝と、シール内側表面の中に形作られた内側環状溝とを更に含み、そこで複数の開口が外側環状溝と内側環状溝との間に形作られるように構成されているが、シールと回転ハウジングとの間に流体封止ダクトを形作るのに適した任意の形状が利用されてよい。同様に、シールは、長期耐磨耗性を提供する一方で適切に膨張可能なシール部材を提供するのに適した任意の材料から構成されてよい。

他の例示的実施例では、本発明によるロータリシール装置は、回転ハウジングが回転しているとき加圧流体がロータリシールアセンブリを加圧することを防ぐように、インターロック制御を含む。

更に別の例示的実施例では、汚染物質がシールアセンブリ及び流体導管に流れ込むのを防ぐように、前記少なくとも一つのロータリシールから正の流体流れを供給するのに十分な圧力であるが前記ロータリシールを膨らませて回転ハウジングに完全に封止係合させるのには不十分な圧力で、加圧流体がロータリシールをとおして絶え間なく送り込まれる。

ロータリシールの任意の適切な数量が本発明の回転支持テーブルで利用可能であるが、一つの例示的実施例では、少なくとも二つの別個の第一導管及び第二導管と流体連通する少なくとも二つのロータリシールが回転支持テーブル内に配設される。そのような実施例では、一つのロータリシールは、スリップダウン第二導管を通して流れる加圧流体がスリップを拡大させるために流体作動作用素を作動させるように配置構成された、スリップダウン第二導管と流体連通しているスリップダウンシールとして利用され、また第二ロータリシールは、スリップアップ第二導管を通って流れる加圧流体がスリップを収縮させるために流体作動作用素を作動させるように配置構成された、スリップアップ第二導管と流体連通しているスリップアップシールとして利用される。

二つのロータリシールを有する回転支持テーブルが上で説明されたが、他の例示的実施例では、各々が少なくとも別個の三つの第一及び第二導管と流体連通をしている三つのロータリシールが備えられており、前記三つのロータリシールは回転支持テーブル内に配設されている。そのような実施例では、第三ロータリシールはスリップセットシールとして利用され、また流体作動作用素が完全に拡大されるか又は収縮されたとき、加圧流体が、スリップセット第二導管の中に導かれ、スリップセットシールを通して、スリップセット第一導管内の加圧流体の存在を検出してその存在を操作者に伝えることができる流体検出器と流体連通して配置されたスリップセット第一導管に導かれるように配置構成されている。

更に別の例示的実施例では、ロータリシールが、固定ハウジングの中に形作られた環状溝に配置される。そのような実施例では、ロータリシールはＯリングシールによって前記溝に固定的に装着される。

更に別の例示的実施例では、ロータリシールアセンブリは、一つ以上の環状ワイパーシールをさらに含んでおり、前記一つ以上の環状ワイパーシールは、物質がワイパーシールと回転ハウジングとの間を通ることを防ぐように、固定ハウジングの中に、回転ハウジングと協働する封止係合の状態で固定的に装着されている。ワイパーシールの任意の数量が利用されてよいが、一つの例示的実施例では、少なくとも二つの環状ワイパーシールが、利用されて、それらの間にロータリシールが在るように配置される。

さらに別の例示的実施例では、ロータリシールアセンブリは、ロータリシールに隣接して配置された少なくとも一つのドレイン導管をさらに含んでおり、前記少なくとも一つのドレイン導管は、ロータリシールからのどんな漏出流体も加圧流体動力源装置に戻して再利用されるように、流体貯蔵タンクと、少なくとも一つのロータリシールが取り付けられるところの固定ハウジングの表面との間で流体連通をしている。そのような実施例では、再利用流体から汚染物質を濾過するために、流体フィルターがドレイン導管と貯蔵タンクとの間に配置される。

さらに別の例示的実施例では、本発明による回転支持テーブルは、ロータリシールが、固定ハウジング内の及び回転ハウジング内の流体導管の間の通路を完全に封止するように、固定ハウジングに対する回転ハウジングの位置を調整するための環状調整リングをさらに含んでいる。

さらに別の例示的実施例では、本発明はパワースリップの動作方法を含んでおり、そこでは例示的実施例において前述された回転支持テーブルを利用する段階が含まれている。

本発明の他の特徴及び利点は、本発明の特徴を例示を目的として図解する添付図面を参照して、次の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明のこれらの及び他の特徴と利点は、本発明が、明細書、特許請求の範囲、及び図面を参照してより良く理解されるとき、理解されるようになるであろう。

本発明は、回転スリップボウルと静止スリップリングとの間の流体連通を提供するための連続的かつ受動的に係合されるロータリシールに関するものである。

図１は、本発明の例示的実施例の外側斜視図であって、中心円筒状開口もしくは孔１２を形成する回転支持テーブル１０を含んでいる。パイプ又はドリルストリング１４が中心孔１２の中に吊り下げられて中心孔１２内の垂直軸線１６を中心にして回転可能であるように中心孔１２が配置されている。回転支持テーブル１０は上蓋１９を有する外側固定ハウジング１８と回転スリップボウル２０とを更に具備しており、前記回転スリップボウル２０は外側固定ハウジング１８内に配設され、また中心孔１２内のドリルストリング１４の垂直軸線１６に対して同心に配置されている。本発明によるパワースリップ装置（非図示）が回転支持テーブル１０内に配設される。

図２は、上蓋を取り外した状態の回転支持テーブル１０の平面図である。図示されるように回転支持テーブル１０は、円筒状内側表面２２を形成する外側固定ハウジング１８を含んでいる。スリップリング２４が外側ハウジング１８の内側表面２２に固定的に取り付けられている。スリップボウル２０が、中心孔１２を中心軸にしてスリップリング２４の中に回転可能に取り付けられて、スリップリング内側表面２６がスリップボウル外側表面２８に隣接してそれらの間にシールギャップ２９を生み出すようになっている（図４に示される）。運転の際には、スリップアセンブリ（非図示）がスリップボウル２０の中に回転可能に配設される。任意の適切なスリップアセンブリが本発明のスリップボウル２０に使用されてもよい。最も在来的な構造では、スリップアセンブリは、スリップボウル２０のテーパー付きの内壁３０と係合するようにされたテーパー付き外壁を有する複数のスリップを含んでおり、スリップアセンブリが、スリップボウル２０内で側方の運動は阻止されるが回転運動は阻止されないようになっている。常套的に、各スリップは、その内側表面に沿って係合インサートを有しており、前記係合インサートは、ドリルストリングが中心孔１２の中に落ちることを防ぐためにドリルストリングにグリップするように係合する。

図２を参照して説明すると、スリップリング２４の内側表面２６及びスリップアセンブリの外側表面と係合するのに適した任意のスリップボウル２０は、創意に富むシールと共に利用可能である。一つの例示的実施例では、図２に示されるスリップボウル２０は、一対の円弧形側方部分３４の間でヒンジ結合された円弧形中心部分３２を含んで、部分的に囲まれた環状本体を形作っている。そのような実施例では、各部分は、好ましくはＣＭＳ０２グレード１５０〜１３５鋼から、又はより好ましくはＣＭＳ０１鋼から、又は最も好ましくはＣＭＳ０２グレード１３５〜１２５鋼から鋳造され、また外側表面と上方にテーパを付けられた内側表面３０とを含んでいる。それら部分は垂直軸線を中心にして対称に配設されて、スリップアセンブリを受容するための中央孔３６を形作っている。

内部で、スリップボウル２０は、スリップとボウルとの間の摩擦接触に対抗してスリップアセンブリがボウル内で回転できるようにする一方で、スリップアセンブリを横方向の動きから保持するように構成されているべきである。一つの例示的実施例では、図２に示されるように、スリップボウル２０のテーパー付き内側表面３０は、波形にされて中心孔１２の中に延在する複数の溝３８を形作っている。溝は、スリップアセンブリの外側表面と係合するように適合させられた溝のテーパー付き接触面によって形成されている。

図２を参照すると、スリップボウル２０の部分３４は、複数の油圧アクチュエータ４０のまわりで、中心部分３３の対向端でヒンジ接合されており、前記複数の油圧アクチュエータ４０はスリップボウル２０を“開放”位置と“閉鎖”位置との間で揺動させる。開放位置で、側方部分３４は、スリップアセンブリを中心孔１２内に受容するために“開放”に揺動される。閉鎖位置で、側方部分３４は、スリップアセンブリをボウルの中心孔１２内に保持するために揺動されて閉鎖される。側方部分３４をそれらの囲われた“閉鎖“位置に保持して、スリップアセンブリを保持する囲われた環状本体を形作るために、円弧形状ドアが、スリップボウル２０の側方部分の開放端の間に取り外し可能に取り付けられる。

任意の在来のスリップアセンブリが本発明に利用されてよいが、最も在来的なスリップアセンブリは、複数のスリップによって形作られた概ね環状の本体を含んでいる。スリップは、中心孔１２の垂直軸線１６（図１）を中心に概ね対称に配設されて、ドリルストリング１４を受容するためのオリフィス３６（図２）を形作る。スリップは、任意の適切な材料で作られてよいが、一つの例示的実施例では、スリップはＣＭＳ０２グレード１５０〜１３５鋼又はＣＭＳ０１鋼から鋳造される。スリップはヒンジ接合されていて、スリップアセンブリの対向端が、スリップの端を互いの方に付勢する複数の油圧ラムによって当接にもち込まれることができるようになっている。スリップアセンブリは、スリップアセンブリに取り付けられた手段であって、スリップアセンブリを“閉じる”ように、又はスリップの端を当接状態で保持して囲まれたオリフィスを形作ってその中へドリルステム１４を挿入することを可能にするように、スリップを係合状態に固定する手段も含んでいてよい。

例えば、バルコＢＪ（Varco BJ）（登録商標）ＰＳ２１／３１パワースリップシステムのような、中心孔１２内でドリルステム１４と係合して保持するのに適したスリップの構造が本発明で利用されてよい。一つの在来的な設計では、各スリップは、半径方向内部表面と下方に細くテーパ付けされた外部表面とによって形成された弓形本体形状を有している。どの実施例でも、スリップの内部表面は、インサートを受容することに適合しなければならず、前記インサートは、パイプ１４をしっかり掴むために中央オリフィスの周りで基本的に円筒状に延在している。インサートは、パイプ１４との効果的なグリップ係合を保証するために歯を更に含んでいてよい。例えば、スリップのテーパー付き外部表面は、スリップの本体から外側に伸びる複数のフィンガを形作るために波形にされる。そのような実施例では、フィンガはそれらのテーパー付き接触表面によって形成され、前記テーパー付き接触表面はスリップボウル２０の内側接触表面３０と係合するように適合されている。フィンガは、ボウル２０の接触表面３０の間に発生する滑動摩擦に対抗してボウル２０がスリップを中心に回転する間に、ボウル２０に対する横の運動からスリップを保持するように構成されている。利用されるスリップの設計の如何を問わず、通常の運転状態の下では、スリップは、約３００トンから約６００トンの横方向荷重を支持できなければならない。スリップとボウル２０との間の常温圧接が、スリップとスリップボウル２０の鋳造に使用される同種の鋼の使用によってある程度は引き起こされるので、スリップ又はスリップボウル２０のどちらかが鋼とは異なった材料、つまり（例えば）鋼の原子構造の中に溶解する傾向をほとんど又は全くもたない材料から鋳造されることが望ましい。しかし、スリップ又はボウル２０を鋼以外の材料から鋳造することは、特別な機械設備を必要とし、また鋼を生産するよりも費用がかかる。従って、鋼のスリップ又はボウル２０をその接触表面に沿って異なる材料で被覆することが望ましく、前記材料は、例えば、銅、又はニッケルアルミニュウム青銅のような青銅合金、又はタングステンカーバイド、又はマウンティングブラケット５０（Mounting bracket 50）若しくはニッケルの他の金属、又はアルミニュウム、又は青銅系統のようなものである。

図４及び５に示されるように、例示的実施例では、スリップボウル２０の外側表面２８は円筒状ショルダ４４によって形成されており、前記円筒状ショルダ４４はスリップボウル２０の上部から外方に延びている。縮小された直径の外側円筒状スリップリング係合部材４６がスリップボウル２０のショルダ４４に配設されている。外側ハウジング１８の内側表面２２もまた円筒状ショルダ４８によって形成されており、前記円筒状ショルダ４８は外側ハウジング１８の上部から外方に延びている。円筒状上ギャップ要素５０が、固定ハウジング１８の内壁２２に調整ねじ５２によって調整可能に取り付けられており、前記調整ねじ５２は、円筒状上要素５０をスリップボウル２０に対して垂直に移動可能にする。円筒状上ギャップ要素５０は、スリップボウル係合溝５４を含んでおり、前記スリップボウル係合溝５４は、スリップボウル２０の外側円筒状スリップリング係合部材４６が調整可能な上ギャップ要素５０に回転可能に係合するように、外側ハウジング１８のショルダ４８から外方に延びている。上ギャップ要素５０は、汚染物質及び破壊屑が、スリップリング２４とスリップボウル２０との間のシールギャップ２９に入ることを防ぐように、スリップボウル２０の外側表面２８に封止可能に係合するように設計されたスリップボウルシール５６を更に含んでいる。スリップボウル２０とスリップリング２４との間のギャップ２９を封止する一つの可能な手段が、図４に示されまた上で説明されたが、泥、掘穿泥水、又は他の破壊屑が、シールギャップ２９に入ってスリップリング２４又はスリップボウル２０を汚すことを防止する任意の適切な手段が、本発明のスリップアセンブリと共に利用されることができる。

図６及び５に示されるように、回転スリップボウル２０内の油圧アクチュエータ４０はスリップボウル入口６１を通り回転スリップリングシールアセンブリ６２を経由して外側ハウジング１８の外部の固定動力源に接続されており、前記回転スリップリングシールアセンブリ６２はスリップリング２４の内側表面２６の周囲の周りに円筒状に配列されている。図示されるように、スリップリングシールアセンブリ６２は、スリップリング２４とスリップボウル２０との間のシールギャップ２９をほぼうずめている。ロータリシールアセンブリ６２は次には、外側ハウジング１８の本体内に配設された複数の外部配管６４を経由して動力源と流体連通している。図４から６で最もよく示されているように、回転スリップシールアセンブリ６２は、流体動力供給源の出口と流体連通している油圧入口６６ａ、６６ｂ、及び６６ｃと、動力供給源の上に配設されている動力供給源のフィルター貯蔵タンク入口と流体連通している出口６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、及び６８ｄとの複数のセットをもつ円筒環状本体を含んでいる。入口６６の各セットは環状溝７０の中に配列されている。所定のスリップボウル入口６１、６１ｂ、及び６１ｃと封止可能に係合するように配置及び設計されたエラストマスリップリング連通シール７２ａ、７２ｂ、７２ｃが、各環状溝７０の中に受容されている。連通シール７２に加えて、回転スリップシールアセンブリ６２は、複数の環状ワイパーシール７４ａ、７４ｂ、及び７４ｃを含んでいる。

ワイパーシール７４の間に配設された油圧連通シール７２及び入口６６及び出口６８が異物のない状態で維持されるように、ワイピング封止を回転スリップボウル２０の外側表面２８に提供するべく、ワイパーシール７４ａ，７４ｂ，及び７４ｃは作られている。ワイパーシール７４ａ，７４ｂ，及び７４ｃは、回転スリップボウル２０の外側表面２８とスリップリング２４の内側表面２６との間のギャップを横切る流体封止手段を提供するのに適したどんなシール構造も含むことが可能である。例えば、ワイパーシール７４は、スリップボウル２０の外側表面２８に対して連続的で安定した流体封止圧力を加える在来の弾力性ポリマーのＯリングタイプシールを含むことが可能である。三つのワイパーシール７４ａ，７４ｂ，及び７４ｃが図４から７に描かれた例示的実施例に示されているが、連通シール６６を収容するスリップリング２４の領域が異物のほぼ無い状態に維持され、またワイパーシール７４によって境界を付けられる領域内の流体がその領域内にほぼ維持されるように、任意の数量のワイパーシール７４が使用されてもよい。

油圧連通シール７２の一つの例示的実施例が図５に詳細に示されている。図示されるように、油圧連通シール７２は、エラストマー材料のリボンを含んでおり、前記リボンは、シール壁８０の対向する側面に延びる内側環状溝７６及び外側環状溝７８を有している。各シール７２の外側エッジはスリップリング２４の溝７０の中に保持されて溝係合部材８２によって封止されており、また前記溝係合部材８２は、シール７２の外側表面７８に付与される流体が、連通シール入口６６を通って導かれ、同時にシール７２のエッジの周囲から漏出するのを防ぐように、シール７２を溝７０内に弾力的に係合させかつ取り付けている。溝係合部材８２は、シール７２を溝７０内に封止可能に取り付けるのに適したどんな環状部材を含んでもよい。一つの実施例では、例えば、係合部材は、スリップリング２４の周囲の環状溝７０内に取り付いて溝７０内のシール７２を弾力的に押圧するように設計された在来のエラストマーＯリングである。

図５に示されるように、外側環状溝７８の表面積は、内側環状溝７６の表面積より小さく作られていて、油圧動力源からの油圧油によって加圧されたとき、シール壁８０の、内側表面の油圧油と外側表面の油圧油との間に差圧が生み出されるようになっている。エラストマー油圧連通シール７２のシール内側表面がスリップボウルの外側壁２８に接して係合されるように、差圧は、シール壁８０の内側表面に差のある力を生み出す。十分な圧力がシールの外側表面７８に加えられたとき、動力供給源６０からの油圧油がシール入口６６を通って内側環状溝７６に流れ込み、次にスリップボウル入口６１をとおってスリップアセンブリと機械的に連通している流体ラムを作動させるように、流体封止通路が、シール７２の内側環状溝７６によってシール７２とスリップボウル外側表面２８との間に形作られることが可能である。シール７２の内側表面をスリップボウル外側表面２８に対して押し付ける差圧を生み出すのに十分な、内側環状溝７６と外側環状溝７８との間のサイズ差であるが、一つの例示的実施例では、シール内側表面は１２００ｃｍ²（１８６ｉｎ²）の表面積を有し、またシール外側表面は１２２６ｃｍ²（１９０ｉｎ²）の表面積を有し、比率については０．９である。本発明の一つの例示的実施例では、シール内側表面７６は、３．１４ｘ１４９９ｘ２５．４ｍｍ（３．１４ｘ５９ｘ１ｉｎ）の面積を有し、シール外側表面７８は、３．１４ｘ１４９９ｘ１２．７ｍｍ（３．１４ｘ５９ｘ０．５ｉｎ）の面積を有しており、また入口６６は６．３５ｍｍ（０．２５ｉｎ）の直径を有する穴を含んでいる。シール７２と入口穴６６の両方に関する特定の適切な寸法が上に記載されたが、差圧がシールの外側から内側に生み出されて、シールの内側表面がスリップボウルの外側表面に対して適切に密封可能に係合されるように寸法決めされた任意のシール及び穴が利用されてよいことが理解されるべきである。

図６に示されるように、油圧油が内側環状溝７６の周囲全体のなかで均等に分配され得るように、また油圧入口６６とスリップボウル入口６１との正確な位置合わせが不要であるように、油圧入口６６及び出口６８は、内側環状溝７６内でシール７２の周囲に配置されている。

図７及び８は、本発明による油圧動力供給源及び制御装置の一つの例示的実施例の概略図を示している。図８に示されるように、油圧シール入口６６ａ，６６ｂ、及び６６ｃが一連の制御弁８４ａ、８４ｂ、及び８４ｃに油圧管６４をとおして接続されており、前記一連の制御弁８４ａ、８４ｂ、及び８４ｃは次に入口を油圧動力源マニホールド８６に接続している。油圧シール出口６８ａ、６８ｂ、及び６８ｃが、油圧ドレイン管８８を介して油圧動力源マニホールド８６に接続されている。制御弁８４は、弁動力供給源９０によって駆動され、またインターロックライン９２を介して回転支持テーブル１０の装置圧力に油圧的にインターロックされて、制御弁８４が、スリップボウル２０の回転中に開放されて油圧シール入口６６を加圧することができないようになっている。

図７に示されるように、スリップボウル２０は、スリップボウル内部導管９４を経由してこの外部流体供給源６０に接続されており、前記スリップボウル内部導管９４はスリップボウルの中に配設されて、スリップボウル入口６１とアクチュエータ４０（ここでは概略的に示されている）との間で流体連通している。

一つの実施例では、図８に示されるように、油圧装置はシャトル弁９６を更に含んでおり、前記シャトル弁９６は、スリップアップ弁８４ａ又はスリップダウン弁８４ｃのいずれかが開放されているとき、スリップセット制御弁８４ｂが自動的に作動されるように、油圧供給源６０をスリップセット制御弁８４ｂに接続している。この実施例では、油圧動力装置は感圧スリップセット逆止め弁９８（図７）を更に含んでおり、前記感圧スリップセット逆止め弁９８は、スリップボウル２０内に配設されて全てのスリップボウル導管９４と流体連通をしており、アクチュエータラムによるスリップのドリルステムへの完全な係合又は解放の際、及びアクチュエータラムがその行程を完了すると加圧流体が導管９４内で増加し続けたとき生じるその後の圧力上昇の際、逆止め弁９８が開いて加圧流体がスリップセット導管９４ｂを通ってスリップセット制御弁８４ｂ内のセンサーへ流れ出て、ラムの解放又は係合を示す信号が操作者に伝えられるようになっている。加圧流体を収容するのに適した任意の油圧管又は制御弁が本発明で利用されてよい。

運転の間に、例えば空気又は油圧油のような加圧流体が、動力供給源によって制御弁８４の各入口に絶え間なく供給される。回転スリップボウルの回転中は制御弁が開くことができないように、回転テーブル装置の圧力を示すインターロック信号もインターロック信号ライン９２をとおして制御弁８４に供給される。回転中には係合圧力はインターロックのため許容されないが、回転中に、一定のタンク圧力が配管をとおして油圧シール入口６６に加えられて、流体がシール入口６６から絶え間なく流れてスリップボウル外側表面２８に接してシール７２とスリップボウル２０との間に潤滑を提供し、また汚染物質が入口６６を通って油圧配管及び制御弁８４に流れ戻ることができないように、入口６６からの正の流れ圧力を提供するようになっている。過剰な流体は、流体が出口６８を通ってドレイン配管８８に流れて、濾過され、次に動力供給マニホールドタンク８６に導かれて戻るように、ワイパーシール７４によってロータリシールマニホールド６２の中に補足される。

図７及び８を参照して説明すると、ラム４０の作動の間に、装填又は取り外し手順のいずれかに関して、ドリルステムを回転テーブルの中央孔に係合して保持するために、スリップボウルの回転が操作者によって最初に停止される。停止の後、インターロックライン９２は、回転テーブルの回転が停止されたことを制御弁８４に自動的に知らせる。次に操作者はスリップダウン制御弁８４ｃを作動することができる。次に加圧流体は、差圧がシール壁８０の外側表面と内側表面との間に生み出され、そのことが、シール７２ｃを加圧してスリップボウルの方に向かって内側に弾力的に膨らませてスリップボウルの外側表面に係合させるように、スリップダウン制御弁８４ｃを通ってスリップダウン油圧シール７２ｃの外側溝７８の中に流れ込む。そのとき流体は複数のシール入口６６ｃを通ってシール７２ｃの周囲に流れ、そしてスリップボウルの外周囲に配設されたスリップボウルスリップダウン入口６２ｃの中に流れ込む。アクチュエータが、スリップのセットを内方に押してドリルステム１４に係合させるように、流体は次に、図８に示されるスリップボウルスリップダウン導管９４ｃを通過してアクチュエータラムに流れ込む。

ドリルステム作業が終了後に掘削は継続されなければならず、操作者はスリップダウン制御弁８４ｃを閉じてスリップアップ制御弁８４ａを開ける。動力供給マニホールド８６からの加圧流体はそのときスリップアップ配管６４ａを通ってスリップアップシール７２ａのシール外側溝７８に流れて、そのことが、スリップアップシール７２ａの内側溝７６がスリップアップシール入口６６ａとスリップボウルスリップアップ入口６１ａとの間に流体導管を形作るように、シール７２ａを加圧してスリップボウルの外側表面に押し付ける。加圧流体は次に、アクチュエータラムが外方に押されてドリルステムを解放するように、スリップボウルスリップアップ導管９４ａを通過してアクチュエータラムに流れ込む。

図７に示されるように、スリップアップ配管６４ａ及びスリップダウン配管６４ｂはシャトル弁９６を介してスリップセット配管６４ｂに接続されて、加圧流体が配管の一つを通過するときシャトル弁９６が開放されて加圧流体がスリップセットシール７２ｂを加圧可能にして、流体通路がスリップボウルスリップセット入口６１ｂとスリップセットシール入口６６ｂとの間に形成されるようになっている。アクチュエータラムがその全アップストローク又はダウンストロークに達して、スリップがドリルステムに対して完全に設置されるか又はドリルステムから完全に解放されるとき、スリップボウル導管９４の内部の流体の圧力は上昇して、スリップアップ導管９４ａ及びスリップダウン導管９４ｃの両方と流体連通をしているスリップセット逆止め弁９８を開けるように作動させて、開いて流体がスリップボウルスリップダウン導管９４ａまたはアップ導管９４ｃからスリップボウルスリップセット導管９４ｂの中に移動することを可能にする。流体は、スリップボウルスリップセット導管９４ｂと流体連通しているスリップボウルスリップセット入口６１ｂを通って外方に流れ、スリップセットシール７２ｂの中に流れ込む。次に流体は、スリップセットシール入口６６ｂを通過してスリップセット配管６４ｂに流れ込み、流体がスリップセット制御弁８４ｂと相互作動して、ラム４０が完全に係合されたか又は解放されたかの信号、従って関連するスリップがドリルステムに完全に係合又は解放されたかの信号、即ちスリップが“セット”位置にあることの信号を発するようになっている。ラム９９がアップ位置に“セット”されると、またはドリルステムから完全に解放されると、操作者は回転スリップボウルの回転を再び開始でき、このことは次にインターロック配管９２を自動的に加圧してラム９９を作動させる制御弁８４の始動を防ぐ。

本発明のいくつかの形態が図示されて説明されたが、様々な変更形態及び改良形態が本発明の精神と範囲から逸脱することなしに実現し得ることが本技術分野に知識を有するものには明らかであろう。従って、特許請求の範囲によって限定される場合を除いて、本発明は限定されることを意図されていない。

本発明による回転支持テーブルの斜視図である。本発明による回転支持テーブルの平面切取り図である。本発明による回転支持テーブルの側面切取り図である。本発明による回転支持テーブルの側面拡大切取り図である。本発明による回転支持テーブルの側面断面図である。本発明による一組のロータリシールの正面図である。本発明による油圧装置の側面断面図である。本発明によるパワースリップ油圧装置の作動回路図である。

Claims

加圧流体を送達するための少なくとも一つの第一導管手段を有する固定ハウジングと；
前記固定ハウジングの中に同心に取り付けられて前記固定ハウジングに対して回転する回転ハウジングであって、加圧流体を送達する少なくとも一つの第二導管を有する回転ハウジングと；
前記固定ハウジングに固定的に装着された少なくとも一つのロータリシールであって、内側表面と外側表面とを有して膨らむことが可能な材料のリボン、を具備する前記ロータリシールにおいて、加圧流体が該シールを通って導かれるとき差圧が生み出されて、シールが、膨らんで回転ハウジングに係合して、第一導管と第二導管との間に流体連通を提供する環状流体ダクトを形作るように、シール内側表面とシール外側表面とが異なる表面積を有する、少なくとも一つのロータリシールと；を具備する回転支持テーブル。
第一導管手段を通る流体の流れを制御するための少なくとも一つの弁に信号で連通するインターロック制御をさらに含んでいて、前記回転ハウジングが動的な状態にあるときに前記弁の開放が阻止されるようになっている、請求項１に記載の回転支持テーブル。
正の流体流れを前記少なくとも一つのロータリシールから供給するには十分であるが、前記ロータリシールを膨らませて回転ハウジングに完全に封止係合させるには不十分な圧力で、加圧流体が、前記少なくとも一つのロータリシールをとおして絶えず送られるところの、請求項２に記載の回転支持テーブル。
少なくとも二つの別個の第一導管及び第二導管と流体連通をしている少なくとも二つのロータリシールが、回転支持テーブル内に配設されるところの、請求項１に記載の回転支持テーブル。
スリップダウン第二導管と流体連通しているスリップダウンシールであって、スリップダウン第二導管を通って流れる加圧流体が、少なくとも一つの流体作動作用素を拡大するために少なくとも一つの流体作動作用素を作動させるように配置構成されたスリップダウンシールと；
スリップアップ第二導管と流体連通しているスリップアップシールであって、スリップアップ第二導管を通って流れる加圧流体が、少なくとも一つの流体作動作用素を収縮させるために少なくとも一つの流体作動作用素を作動させるように配置構成されたスリップアップシールと；から二つのロータリシールが構成されるところの、請求項４に記載の回転支持テーブル。
少なくとも三つの別個の第一及び第二導管と流体連通している少なくとも三つのロータリシールが回転支持テーブル内に配設されるところの、請求項１に記載の回転支持テーブル。
スリップダウン第二導管と流体連通しているスリップダウンシールであって、スリップダウン第二導管を通る加圧流体が、少なくとも一つの流体作動作用素を拡大するために少なくとも一つの流体作動作用素を作動させるように配置構成されたスリップダウンシールと；
スリップアップ第二導管と流体連通しているスリップアップシールであって、スリップアップ第二導管を通して流れる加圧流体が少なくとも一つの流体作動作用素を収縮させるために少なくとも一つの流体作動作用素を作動させるように配置構成されたスリップアップシールと；
スリップセット第二導管と流体連通しているスリップセットシールであって、少なくとも一つの流体作動作用素が完全に拡大又は収縮されたときに加圧流体がスリップセット第二導管の中に送られて、スリップセットシールを通って、スリップセット第一導管内の加圧流体の存在を検出して前記存在を操作者に連絡することができる流体検出器に流体連通するように配置構成されたスリップセット第一導管に送られるように配置構成されたスリップセットシールと；から三つのロータリシールが構成されるところの、請求項６に記載の回転支持テーブル。
固定ハウジングが、少なくとも一つの第一導管と流体連通している少なくとも一つの環状溝をさらに具備して、少なくとも一つの環状溝の中に少なくとも一つのロータリシールが配置可能であるように少なくとも一つの環状溝が作られているところの、請求項１に記載の回転支持テーブル。
少なくとも一つのロータリシールが、Ｏリングシールによって前記溝の中に固定的に装着されるところの、請求項７に記載の回転支持テーブル。
前記固定ハウジングに固定的に装着された少なくとも一つの環状ワイパーシールであって、該ワイパーシールと回転ハウジングとの間を物質が通過するのを阻止するように、前記回転ハウジングと協働的封止係合をする少なくとも一つの環状ワイパーシールをさらに具備する、請求項１に記載の回転支持テーブル。
少なくとも二つの環状ワイパーシールであって、それらの間に少なくとも一つのロータリシールが在るように配置された少なくとも二つの環状ワイパーシールをさらに具備する、請求項９に記載の回転支持テーブル。
少なくとも一つのロータリシールに隣接して配置された少なくとも一つのドレイン導管であって、流体貯蔵タンクと少なくとも一つのロータリシールが取り付けられるところの固定ハウジングの表面との間で流体連通をしている少なくとも一つのドレイン導管をさらに具備する、請求項１に記載の回転支持テーブル。
流体から汚染物質を濾過するために、流体フィルタがドレイン導管と貯蔵タンクとの間に配置されるところの、請求項１２に記載の回転支持テーブル。
少なくとも一つの弁が、貯蔵タンクと流体連通をするところの、請求項１２に記載の回転支持テーブル。
回転ハウジングの位置を固定ハウジングに対して調整するための環状調整リングをさらに具備する、請求項１に記載の回転支持テーブル。
少なくとも一つのロータリシールが、エラストマー材料で作られるところの、請求項１に記載の回転支持テーブル。
回転ハウジングが、クロムめっきされた鋼で作られるところの、請求項１に記載の回転支持テーブル。
加圧流体が油圧油又は空気であるところの、請求項１に記載の回転支持テーブル。
少なくとも一つのワイパーシールがエラストマー材料で作られるところの、請求項１０に記載の回転支持テーブル。
少なくとも一つのロータリシールが、少なくとも１：１を超える、シール外側表面のシール内側表面に対する比率を有するところの、請求項１に記載の回転支持テーブル。
少なくとも一つのロータリシールが、シール外側表面に形作られた外側環状溝と、シール内側表面に形作られた内側環状溝とをさらに具備し、複数の開口が外側環状溝と内側環状溝との間に形作られるところの、請求項１に記載の回転支持テーブル。
固定ハウジングを貫通して延在する第一環状開口と、前記環状開口の周囲を巡って配置された少なくとも一つの環状溝とを有する固定ハウジングであって、加圧流体を前記溝の中に送り込むための少なくとも一つの第一導管手段と、加圧流体を前記環状開口から運び出すための少なくとも一つのドレイン導管とを有する固定ハウジングと；
第二環状開口と、加圧流体を送るための少なくとも一つの第二導管とを有する回転ハウジングであって、前記第二環状開口が、それを通過してボアホールの中に延びるドリルステムを受容するために回転ハウジングを貫通して延在し、また第二環状開口が、固定ハウジングの前記第一開口の中に同心に搭載されて、前記第一開口に対して回転するように適合させられているところの、回転ハウジングと；
前記回転ハウジングと共に回転するために、並びに少なくとも一つのスリップを半径方向に拡大及び収縮させるために前記回転ハウジングに連結された流体作動作用素であって、第二導管と流体連通する流体作動作用素と；
前記固定ハウジングの前記少なくとも一つの環状溝に固定的に装着された少なくとも一つのロータリシールであって、固定ハウジングと協働し且つ少なくとも一つの第一導管と流体連通する外側表面と、回転ハウジングと協働する内側表面とを有する膨らむことが可能なな材料のリボンを具備し、さらに前記外側表面と内側表面との間で流体を連通させることができる複数の開口を有する少なくとも一つのロータリシールにおいて、加圧流体が少なくとも一つの第一導管を通して少なくとも一つのシールの外側表面に送られたとき外側表面と内側表面との間の差圧が作り出されて、少なくとも一つのシールの内側表面が、回転ハウジングに係合して少なくとも一つの第一導管と第二導管との間に流体連通を提供する環状流体ダクト形作るために膨らませられるように、シール外側表面が内側表面より大きな表面積を有している、少なくとも一つのロータリシールと；
前記固定ハウジングに固定的に取り付けられた少なくとも一つの環状ワイパーシールであって、前記固定ハウジングに固定的に取り付けられた外側部分と、流体バリヤーが前記ワイパーシールと前記回転ハウジングとの間に形作られるように前記回転ハウジングと協働的流体封止係合をしている内側表面とを有する少なくとも一つの環状ワイパーシールと；
第一導管手段を通る流体の流れを制御するための少なくとも一つの弁と；具備する回転支持テーブル。
内側表面と外側表面と、前記外側表面と内側表面との間で流体を連通させることができる複数の開口とを有する、膨らむことが可能な材料のリボンであって、加圧流体がシールを通して送られたとき差圧が内側表面及び外側表面によって作り出されて、シールの内側表面が膨らんで環状流体ダクトを形作るように、内側表面と外側表面とが差のある表面積を有するところのリボンを具備するロータリシール。
正の流体流れを前記ロータリシールから供給するには十分な圧力であるが前記ロータリシールを膨らませて完全に封止係合させるには不十分な圧力で、加圧流体が該シールを通して絶え間なく送られるところの、請求項２３に記載のロータリシール。
ロータリシールがエラストマー材料から作られるところの、請求項２３に記載のロータリシール。
加圧流体が油圧油又は空気であるところの、請求項２３に記載のロータリシール。
ロータリシールが、シール外側表面のシール内側表面に対する少なくとも１：１を超える比率を有するところの、請求項２３に記載のロータリシール。
ロータリシールが、シール外側表面に形作られた外側環状溝と、シール内側表面に形作られた内側環状溝とをさらに具備し、また複数の開口が外側環状溝と内側環状溝との間に形作られる、請求項２３に記載のロータリシール。
請求項１に記載された回転支持テーブルを利用する段階を含んでなる、パワースリップの利用方法。
請求項１に記載の回転支持テーブルを準備する段階と；
回転ハウジングの回転を停止させる段階と；
加圧流体が少なくとも一つのロータリシールの外側表面に接して流れて、回転ハウジング内の少なくとも一つの第二導管と封止係合する流体ダクトを少なくとも一つのロータリシールが形作るために膨らんで、加圧流体が第一及び第二導管により流れるように、加圧流体を少なくとも一つの第一導管に供給する段階と；
流体作動作用素を作動させる段階と；
シールをしぼませるために少なくとも一つの弁を閉じる段階と；
回転ハウジングの回転を再始動する段階と；を含んでなるパワースリップの利用方法。