JP7411069B2

JP7411069B2 - ウォッシュパイプシステム及び方法

Info

Publication number: JP7411069B2
Application number: JP2022515796A
Authority: JP
Inventors: マリオマシーニ、ポール; ジェラルドポスピシル、マーク
Original assignee: デューブリンカンパニー、エルエルシー
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2024-01-10
Anticipated expiration: 2040-09-09
Also published as: EP4028632A1; JP2022548562A; KR102660561B1; JP7676525B2; US20210071487A1; MX2023009204A; BR112022004468A2; EP4028632A4; KR20220055487A; WO2021050520A1; US11414939B2; MX2022002915A; JP2024038075A; CA3150351A1

Description

関連出願への相互参照
この特許出願は、参照することにより組み込まれる２０１９年９月１０日付出願の米国仮特許出願第６２／８９８，２２３号の利益を主張する。

本開示の技術分野
本願の開示は、抗井掘削のトップドライブシステムに関わり、より具体的には、掘削用流体管に沿って、回転可能な境界面を密閉するためのウォッシュパイプシステム及び方法に関わる。

発明の背景
抗井掘削の応用では、通常、地上に延びるドリルストリングの一端に配置される坑井内掘削装置ないし掘削スイベルを使用する。地上では、ドリルストリングの先端をトップドライブに係合させ回転させる。ドリルストリングは通常は中空で、掘削孔を安定化させるための泥水等の掘削用流体やコンクリートを地上から掘削装置または孔の側面に供給できるようになっている。掘削用流体は、掘削スイベルに送られるが、一般に「ウォッシュパイプパッキン（ｗａｓｈｐｉｐｅｐａｃｋｉｎｇ）」アセンブリと呼ばれるシールを有する、「ウォッシュパイプ（ｗａｓｈｐｉｐｅ）」と呼ばれる高圧スイベル装置を通過する。このパッキンアセンブリには、静止状態に保持される管状の部品が通常含まれており、その中を通って高圧の掘削用流体が流れる。回転するシールアセンブリである接触リップシールをトップドライブまたはスイベルの主軸に機械的に固定して一緒に回転させると、掘削中の主軸の回転に従って管状のウォッシュパイプの外面に対して動的シールを形成する。

様々な要因が従来のウォッシュパイプパッキンアセンブリが提供するシールの質と揚程に影響し得る。例えば、掘削用流体は通常高圧（例えば、６ないし７ｋｐｓｉ）で提供される。しかも、掘削用流体には、多くの場合、シール境界面を腐食及び／または物理的に摩耗させ得る小砂利が含まれている。高速掘削で発生する摩擦と熱もシールの劣化を加速させる。ウォッシュパイプのシールの損傷は、多くの掘削リグでありがちな掘削用流体の漏出を発生させ、周辺部品や環境に汚染や破壊を起こし得る。

トップドライブとロータリー掘削において、ウォッシュパイプは、通常、シールハウジング内に含まれる一連の円周シールに密閉して係合する。多くの場合、これらのシールとシールハウジングが回転してもウォッシュパイプは静止状態を保つ。このようなシールアセンブリは、従来、一連の補強用バックアップリングを組み込んだ、一連のシェブロン型エラストマー製補強シールを含んでいる。ある先行技術のシステムでは、１つのシールの片側は完全な液圧に暴露され、反対側は大気圧に暴露される。掘削用泥水の完全な差圧が１つのシールに、そのシールが壊れて次いでアセンブリ中の次のシールが一次シールとしての役割をするまで、作用する。先行技術のスイベルの設計の中には、ウォッシュパイプとシールハウジングを関節で連結できるようにして、起こり得る消耗とオフセットの問題を解決しようとするものもある。

発明の概要
ある側面において、本開示は、回転する機械部品と回転しない機械部品の全体に延びている流体管に沿って、それら回転しない機械部品と回転する機械部品の間に配置されるウォッシュパイプシール構造体を記載する。ウォッシュパイプシール構造体は、回転しない機械部品に接続された回転しないフレームを含む。回転しないフレームは、内部空洞を形成する概して中空の円筒形状を有する、回転しないシール担持体を含む。第１の回転しないシールが回転しないシール担持体に接続され、また、第２の回転しないシールが回転しないシール担持体に接続される。第１及び第２の回転しないシールは、内部空洞に、互いに対して間隔を空けて配置される。回転可能なシール担持体は、少なくとも部分的に内部空洞内に回転可能に配置される。第１の回転するシールは、回転可能なシール担持体に接続されて第１の回転しないシールに隣接して配置され、また、第２の回転するシールは、回転可能なシール担持体に接続されて第２の回転しないシールに隣接して配置される。作動中は、第１の回転するシールが第１の回転しないシールに接して、流体管を密閉するように構成されている第１のスライドするメカニカルシールを規定し、また、第２の回転するシールが第２の回転しないシールに接して、流体管から分離されていて、かつ、第１のスライドするメカニカルシールの方に延びている、内部空洞の第１の部分を密閉するように構成されている第２のスライドするメカニカル面シールを規定する。

他の側面において、本開示は、掘削作業において泥水管と共に使用するためのウォッシュパイプシール構造体を記載する。泥水管は、トップドライブとドリルストリングの間に延びていてもよい。ウォッシュパイプシール構造体は、トップドライブの回転しない機械部品に接続された回転しないフレームを含み、該回転しないフレームは、内部空洞を形成する、概して中空の円筒形状をした回転しないシール担持体を含んでいる。第１の回転しないシールが回転しないシール担持体に接続され、また、第２の回転しないシールが回転しないシール担持体に接続されている。第１及び第２の回転しないシールは、内部空洞内に互いに対して間隔を空けて配置される。回転可能なシール担持体は、少なくとも部分的に内部空洞内に回転可能に配置される。第１の回転するシールは、回転可能なシール担持体に接続されて第１の回転しないシールに隣接して配置され、また、第２の回転するシールは、回転可能なシール担持体に接続されて第２の回転しないシールに隣接して配置される。

作動中は、第１の回転するシールが第１の回転しないシールに接して、泥水管を密閉するように構成されている第１のスライドするメカニカルシールを規定し、また、第２の回転するシールが第２の回転しないシールに接して、泥水管から分離されていて、かつ、第１のスライドするメカニカルシールの方に延びている、内部空洞の第１の部分を密閉するように構成されている第２のスライドするメカニカル面シールを規定する。緩衝流体は、泥水管内の泥水の圧力と少なくとも同等以上の圧力で提供される。緩衝流体は、内部空洞の第１の部分に提供される。

さらに他の側面において、本開示は、ウォッシュパイプシール構造体を作動させるための方法を記載する。方法は、泥水管を少なくとも部分的に囲んで配置される少なくとも１つの回転しないシール担持体を提供することを含み、ここで、泥水管は回転する機械部品と回転しない機械部品の全体に延び、かつ、ウォッシュパイプシール構造体が泥水管の少なくとも一区画を形成する。方法は、ウォッシュパイプシール構造体に含まれる２つのシール要素の間に第１のスライドするメカニカル面シールを作製することをさらに含み、第１のスライドするメカニカル面シールが回転する機械部品と回転しない機械部品の間の境界面に配置される。また、方法は、ウォッシュパイプシール構造体に含まれる２つの追加のシール要素の間に第２のメカニカル面シールを作ること、及び、第１及び第２のメカニカル面シールの間のウォッシュパイプシール構造体のハウジング内に、泥水管から独立した空洞を規定することを含む。この方法に従って、作動中に緩衝流体が空洞内に提供される。

図１は、本開示に従う例示的な掘削システムの概略図である。図２は、本開示に従う掘削システムに設置された状態の、回転ユニオンとして具体化されたウォッシュパイプアセンブリを部分的に拡大して示す図である。図３は、本開示に従うウォッシュパイプアセンブリの断面図である。図４は、図３の一部の拡大詳細図である。図５は、本開示に従う流体経路の模式図である。図６は、本開示に従うウォッシュパイプアセンブリと共に使用する増強装置の断面図である。図７は、本開示に従うウォッシュパイプアセンブリを作動させる方法のフローチャートである。

発明の詳細な説明
本願の開示は、掘削作業のためのウォッシュパイプシール構造体に関し、より具体的には、既知の設計に対して密閉性を改善しつつシール寿命を延長するように、潤滑油によって緩衝される二重密閉境界面を含むウォッシュパイプシール構造体に関する。本開示を具体的に説明するため、ここに開示するシステム及び方法の応用例として、掘削システム１００を図１に示す。

図１に示す掘削システム１００は、ドリルストリング１１０の一端に配置されるドリルビット１０８を使用して地面１０６に試錐孔１０４を掘削するドリルを作動させる、様々な掘削装置を支持する支持塔ないしデリック１０２を含む。図に示す実施態様において、ドリルビット１０８は、ドリルビット１０８に隣接するドリルストリング１１０の端部に配置されるタービン１１２によって駆動される。典型的な態様では、泥水または他の液体または凝集性流体（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｆｌｕｉｄ）は、加圧されて中空のドリルストリング１１０を通って提供されてタービン１１２を作動させる。作動中のタービン１１２によって排出される流体は、掘削くずを運んで試錐孔１０４を通って地上に戻る。

ドリルストリング１１０は、下向きに押されるが、これはトップドライブ１１６に回転可能に係合される、スプラインを付けた部分またはケリー１１４との係合によって回転されるようにしてもよい。トップドライブは、デリック１０２の高さに沿って上下に移動してドリルストリングにドリルパイプを継ぎ足したり取り外したりする回転駆動装置であり、また、ケリー１１４を回転駆動させたり、ドリルストリングを通って泥水を提供してタービン１１２を作動させたりする。トップドライブ１１６は、図に示すような、ウインチまたはドローワークス１２４によって巻き上げられるケーブル１２２で接続されたトラベリングブロック（動滑車）１１８とクラウンブロック１２０といった、プーリーのシステムを使って昇降され得る。ドリルストリングを試錐孔１０４内で前進させながら、ケーブル１２２を解放したり戻したりするとトップドライブ１１６が昇降する。トップドライブ１１６は、ドリルストリング１１０を駆動させる駆動機構１２６を含み、また、泥水をドリルストリング１１０を通って提供する流体管１２８も含む。ウォッシュパイプシール構造体１３０が使用されて、ドリルストリングの一端の回転する部分とトップドライブ上のドリルストリングの駆動機構の静止部分の間で泥水が漏出しないようにシールを提供する。図に示す通り、泥水は、タンク１３２から提供されてもよく、そこからポンプ１３４が泥水を汲み上げて、トップドライブ１１６とポンプ１３４の間に接続され、かつ、作動中のトップドライブの鉛直方向の移動に従うホース１３６を通って、トップドライブ１１６に泥水を提供する。

掘削システム１００から図解のために取り出した、トップドライブ１１６の一部の部分拡大図を図２に示す。この図において、泥水入口ないしグーズネック開口２０２が示され、これを通って、泥水が加圧されて経由するトップドライブに提供されドリルストリング１１０へと提供される（図１）。開口２０２は、増強装置のハウジング２０６と一体化された流体管２０４の端部に形成されている。トップドライブフレーム２０８等の静止部品と回転可能な駆動装置２１０の間に配置される、ドリルストリング１１０と係合してこれを回転させるウォッシュパイプシール１３０を通って流体が供給される。増強装置のハウジング２０６（断面を示す図６を参照してさらに詳細に後述する）は、増強装置のハウジング２０６に、ねじを切ったナット２１４によって取り付けられたピストンハウジング２１２を含む。ピストンハウジング２１２に結合して流体遮断器２１６があり、これは図６を参照してさらに詳細に後述する。

図３はウォッシュパイプシール構造体１３０の断面を示し、図４は拡大詳細図である。これらの図を参照すると、見ての通り、ウォッシュパイプシール構造体１３０は、トップドライブ１１６の一部である静止流体管２０４と、回転するドリルストリング１１０と回転可能に係合する回転可能な駆動装置２１０の間に配置される部品の集合（アセンブリ）である。このように、ウォッシュパイプシール構造体１３０は、トップドライブ、ウォッシュパイプ及びドリルストリングを通って延びる泥水管３０２に沿ってシールを提供しつつ、互いに対して回転するように構成された部分を含む。

より具体的には、ウォッシュパイプシール構造体１３０は、流体管２０４に接続された回転しないフレーム３０４を含む。回転しないフレーム３０４は、流体管２０４の一端に、密閉された境界面に沿って締め具３０８で接続された、取付プレート３０６を含む。拡張プレート３１０が、密閉された境界面に沿って取付プレート３０６に接続されている。拡張プレート３１０は、円錐形の面３１２を形成する裾広がりの開口を含み、これが、矢印Ｆで示す方向に泥水管３０２を通過する泥水が流れる面積を増加させる。拡張プレート３１０は、拡張プレート３１０の少なくとも一部を通って半径方向に延び、かつ、第１の回転しないシール担持体３２０に形成された移送経路３１８に緩衝流体入口３１４を流体接続する、緩衝流体経路３１６に流体接続されている緩衝流体入口３１４をさらに含む。

第１の回転しないシール担持体３２０は、概して中空の円筒形状であり、取付プレート３０６に向かい合う拡張プレート３１０に接して配置されて、これにより、第１の回転しないシール担持体３２０の内部空洞ないし孔３２２が、移送経路３１８の内部の端部ないし開口及び緩衝流体入口３１４と流体接続する。第１の回転しないシール担持体３２０は、第１の回転しないシール３２４をスライド可能かつ回転不可能に支持する。第１の回転しないシール３２４は、ばね３２６によって、拡張プレート３１０から離れる方向（図３の紙面で下向きの方向）に付勢される。ばね３２６は、第１の回転しないシール担持体３２０の一部と第１の回転しないシール３２４の間に配置される。第１の回転しないシール担持体３２０と第１の回転しないシール３２４において整列した構成要素を通って延びるピン３２７が、これら２つの部品の互いに対する回転を防ぎつつ、軸方向にかつスライド可能に係合させる。

第２の回転しないシール担持体３２８は、分離された部品であってもよく、または図の実施態様に示す通り、第１の回転しないシール担持体３２０と一体化した単一の部品であってもよいが、１以上の細長い締め具３３０によって、拡張プレート３１０に向かい合う第１の回転しないシール担持体３２０に密閉可能に接続されるか一体化されている。第２の回転しないシール担持体３２８は、ピン３３４によってこの上に接続されこれと回転可能に係合される第２の回転しないシール３３２を含む。また、第２の回転しないシール担持体３２８は、第１の回転しないシール担持体３２０の孔３２２と流体的に組み合わせまたは接続可能に概して整列される孔３３６を形成する中空の円筒形状である。第２の回転しないシール担持体３２８に形成された孔３３６は、第２の回転しないシール３３２を含む。このようにして、第１及び第２の回転しないシール３２４及び３３２が、向かい合う関係で結合された孔３２２及び３３６の中に配置されるが、シールを付勢するばねの方向もシールそれ自体も、逆向きも可能であることが留意されるべきである。第２の回転しないシール担持体３２８は追加の緩衝流体入口３１５をさらに含み、これが、第２の回転しないシール担持体３２８の少なくとも一部を半径方向に通って延び、かつ、この追加の緩衝流体入口３１５を孔３３６の内側に流体接続する、緩衝流体経路３１７に流体接続されている。

中空の管状の形状をした回転するシール担持体３３８は、概して円筒形の壁に囲まれている泥水管３０２の一区画を規定する中央の管状通路を含んでいる。回転するシール担持体３３８は、結合された孔３２２及び３３６の中に回転可能に配置されている。壁は、回転軸Ｒに対して半径方向に外向きの方向に延びるフランジ３４０（図４の拡大図に示す。）を含み、この軸が泥水管３０２を貫通して延びている。フランジ３４０は、軸Ｒに対する半径方向と軸方向の両方で完全に結合孔３２２／３２６の中に配置されている。第１の回転するシール３４２は、軸Ｒに沿う軸方向にフランジ３４０の片側上で、回転するシール担持体３３８に接続されている。図の実施態様において、第１の回転するシール３４２は、円筒形の壁３４４の一端に適合する大きさであり、フランジ３４０に対して半径方向に内向きに配置されている。第１の回転するシール３４２に隣接する壁３４４は、円錐形の面３１３を形成する裾狭まりの開口を含み、これが、矢印Ｆで示す方向に泥水管３０２を通過する泥水が流れる面積を減少させる。

第２の回転するシール３４６は、回転するシール担持体３３８にスライド可能に接続され、軸Ｒに沿う軸方向に対して第１の回転するシール３４２から見てフランジ３４０の反対側に配置される。１以上のばね３４８が、第２の回転するシール３４６をフランジから離れる方向に付勢し、また、第１の回転するシール３４２も（例えば、図３の紙面において下向きに）付勢するが、このばねが作用する方向ないしシールは逆向きも可能であり、また、ばねを両方の回転するシールに適用することもできる。フランジ３４０と反対側の一端上では、回転するシール担持体が、取付カラー３４９を通して回転可能な駆動装置２１０に接続されて密閉可能に係合され、これが、順に、締め具３５０を使用して回転可能な駆動装置２１０に締め付けられる。二次シール３５２は、図の実施態様では、第１の回転しないシール担持体３２０に向かう方向に開いたＵ字断面を含む圧力シールとして具体化されているが、回転するシール担持体３３８の外面と第２の回転しないシール担持体３２８に形成された孔３３６の内面との間に、密閉可能に配置されまたは係合される。排出ポート３５３は、第２の回転しないシール担持体３２８を通って延びて、二次シール３２５に隣接する領域において、二次シール３２５と第２の回転しないシール３３２の間で孔３３６に流体接続される。

作動中は、ウォッシュパイプシール構造体１３０は、泥水管３０２の周囲でスライドするシールの機能を提供するように構成されかつそのように動作して、泥水（または、一般的に、小砂利を含む流体ないし液体）が、泥水管３０２の異なる区画を含む回転する構造と回転しない構造の間に泥水管３０２に沿って配置される、スライドする境界面に漏出するのを防止する。

図の実施態様において、ウォッシュパイプシール構造体１３０は、第１の回転しないシール３２４と第１の回転するシール３４２との間の、円形の、スライドする接触領域ないし境界面によって形成される、第１のスライドするまたはメカニカル面シール３５４を含む。第１のメカニカル面シール３５４は泥水管３０２に沿って配置されてシール機能を提供し、泥水管３０２を通過する流体が、泥水管から孔３２２及び３３６内に規定される空洞３５６（図４）に漏出したり逃げ込んだりするのを阻止する。第２のスライドするメカニカル面シール３５５は、第２の回転しないシール３３２と第２の回転するシール３４６との間の、円形の、スライドする接触領域ないし境界面によって形成される。それゆえ、孔３２２及び３３６の中に規定される空洞３５６は、概して密閉されて、第１のメカニカル面シール３５４と第２のメカニカル面シール３５５の間で、少なくとも部分的に孔３２２及び３３６の中に存在する。空洞３５６は、緩衝流体入口３１４と追加の緩衝流体入口３１５の両方を経由して外から流体的にアクセス可能である。第２の空洞３５８もまた、少なくとも部分的に孔３２２及び／または３３６の中に規定されて、第２のメカニカル面シール３５５と二次シール３５２の間を延びる。第２の空洞３５８は、排出ポート３５３経由で外からアクセス可能である。

作動中は、回転するシール担持体３３８が第１及び第２の（または結合された）回転しないシール担持体３２０及び３２８に対して回転している間、泥水または他の流体の絶え間ない流れが圧力Ｐ１で泥水管３０２を通って提供される。泥水管３０２を流れる泥水は、裾狭まりの円錐形の面３１３を通過して加速し、したがって、第１のメカニカル面シール３５４を通過するに従いその動的圧力を減少させる。油圧オイル等の緩衝流体が緩衝流体入口３１４または３１５を通って提供され、第１チャンバ３５６を満たす。緩衝流体は圧力Ｐ２で提供され、これは、泥水の圧力Ｐ１と少なくとも同等であり、好ましくはそれより高い圧力であり、Ｐ１≦Ｐ２となる。このようにして、第１のメカニカル面シール３５４が、圧力差なしに、または、好ましくは、緩衝流体を泥水管３０２に向かわせその中へと移動させることになる圧力差に、暴露される。泥水の研磨性の性質を考慮すれば、緩衝流体がメカニカル面シール境界面に入ると、第１の回転しないシール及び回転するシール３２４及び３４２のスライドして接触する部分への潤滑と冷却の両方の機能を果たす。

緩衝流体は、第１のメカニカル面シール３５４によって、また、第２のメカニカル面シール３５５によっても、第１の空洞の中に圧力Ｐ２で維持される。第２のメカニカル面シール３５５は、片側が圧力Ｐ２に暴露され、また、Ｐ３＜Ｐ２となるより低い圧力または大気圧Ｐ３にも暴露される。圧力Ｐ３は、第２の空洞３５８に曝されるシールの側面に存在する。緩衝流体または油圧オイルは、密閉されていてもよく、または、代替的に、第２のメカニカル面シール３５５を通って第２の空洞３５８へと、制御された速度で漏出が許容されていてもよい。第２の空洞３５８に存在する緩衝流体は、二次シール３５２によって回収されて、排出開口３５３を通って取り除かれてもよい。緩衝流体が第２のメカニカル面シール３５５を通る漏出が許容または設計される速度は、緩衝流体が第１のメカニカル面シール３５４から吸収した熱の量に基づいて選択されてもよく、これにより、第１チャンバ３５６における緩衝流体の、結果として得られるないし定常状態の望ましい温度が達成され得る。第２チャンバ３５８の中に移動することが許容される緩衝流体は、流体の供給によって第１チャンバ３５６に補充され、こうして、第１チャンバ３５６が稼働時間（例えば、８時間）について流体で満たされるようにする。また、緩衝流体を第１チャンバ３５６に提供する緩衝流体タンクを大きくすることによって、より長い期間使用することもできる。

ウォッシュパイプシール１３０に関連する様々な流体部品の模式図を図５に示す。説明の便宜のため、既出の要素には既に使用したものと同じ参照符号を使用する。この図において、流体供給システム４００は、泥水供給源４０２を含み、これが、例えば、ホース１３６（図１）を通って、泥水管３０２への泥水の流れを提供する。また、システム４００は、緩衝流体供給源４０４も含み、これが、緩衝流体（例えば、油圧オイル）を含むタンクを含み得る。緩衝流体供給源４０４は、緩衝流体を低い圧力（例えば、圧力Ｐ３）で、供給導管４０８を通って圧力レギュレータまたは増強装置４０６に提供する。同様に、泥水供給源４０２は、泥水供給圧力Ｐ１で、概して静圧の導管４１０を通って増強装置４０６に泥水または少なくとも流体を提供する。増強装置４０６は、作動中に泥水圧力Ｐ１を使用して、緩衝流体圧力Ｐ３を緩衝流体圧力Ｐ２に自動的に制御するまたは増強させるように動作して、泥水圧力Ｐ１の変動が、緩衝流体圧力Ｐ２における対応する変動によって考慮されるようにして、上述した理由のためにＰ１≦Ｐ２の関係を常に維持する。

増強装置４０６の可能かつ例示的な実施態様を図６に断面で示す。増強装置４０６は、第１直径Ｄ１を有する泥水ピストンチャンバ５０２を含む。泥水ピストンチャンバ５０２は、泥水管３０２（図３）に提供される泥水の流れＦに開かれこれと流体接続する泥水入口ポート５０４に流体接続されて、これにより、泥水ピストンチャンバ５０２内の流体が、泥水管３０２を通過する泥水流体供給の圧力Ｐ１で存在するようにする。泥水ピストンチャンバ５０２が底部材５０６に形成されており、これが図２に増強装置ハウジング２０６に接続されて示されている。

ピストンハウジング２１２は、Ｄ１よりも小さい、Ｄ２＜Ｄ１である直径Ｄ２を有する緩衝流体ピストンチャンバ５０８を形成する。このチャンバ５０２及び５０８は、その中央線に沿って整列して互いに対して開いているので中央線Ｌを有する階段状のチャンバを形成している。ステム５１０がスライド可能かつ密閉可能にブッシング５１２に配置されて、中央線Ｌに沿ってチャンバ５０２及び５０８内に延びている。圧力の増強（Ｐ２＞Ｐ１）が望ましいか、または単純な追従（Ｐ１＝Ｐ２）が望ましいかによって、ステム５１０は、１つのプランジャ５１４または２つのプランジャ（即ち、プランジャ５１４と、点線で示す追加のプランジャ５１６）を含み得る。１つのプランジャ５１４が使用される場合は、チャンバ５０２からの圧力Ｐ１は、プランジャ５１４の片側に作用して、これにより、流体圧力Ｐ１が、等しい圧力Ｐ２をチャンバ５０８に存在する緩衝流体に存在するようにする（Ｐ２＝Ｐ１）。増強が望ましい場合は、圧力Ｐ１は、より大きい直径Ｄ２で追加のプランジャ５１６の片側に作用して、これにより、第１のプランジャ５１４がチャンバ５０８に存在する緩衝流体に作用すると、Ｄ２とＤ１から導かれる面積の割合に依存する係数による増強が起こる。増強された緩衝流体が、ポート５１８によって提供される。バルブシステム５２０が、チャンバ５０８内の緩衝流体を補充する。

ウォッシュパイプシールアセンブリを作動させる方法のフローチャートを図７に示す。本方法に従えば、少なくとも１つの回転しないシール担持体が泥水管を少なくとも部分的に囲んで配置されるが、これは、掘削装置の一部として提供されてもよい。泥水管は、回転する機械部品と回転しない機械部品の全体に延びている。ウォッシュパイプシールアセンブリは、６０２で泥水管の少なくとも１区画を形成してもよく、６０４で２つのシール要素の間に規定され、かつ、回転する機械部品と回転しない機械部品の間の境界面に配置される第１のスライドするメカニカル面シールを含む。ウォッシュパイプシールアセンブリは、６０６で２つの追加のシール要素の間に形成される第２のメカニカル面シールをさらに含んでいてもよく、６０８で第１及び第２のメカニカル面シールの間のハウジングの中に空洞を規定する。第１のメカニカル面シールを越える泥水管からの流体の漏出を止めるために、６１０で加圧した緩衝流体が空洞に提供されてもよい。自由選択で、緩衝流体が、泥水管の中の流体の圧力に少なくとも等しい圧力で、第１の及び／または第２のメカニカル面シールの形成に加わるシール要素に潤滑を行い対流的に冷却するタイプの流体として、提供されてもよい。また、第２のメカニカル面シールを越える緩衝流体の制御された漏出も、緩衝流体の冷却機能に寄与するように提供されてもよく、その場合は、緩衝流体の補充が行われてもよい。液圧増強装置または圧力レギュレータが、６１２で空洞に提供される緩衝流体の圧力を自動的に調節してもよい。二次シールは、第２のメカニカル面シールを通過して流れ出る緩衝流体があれば、排出のために追加の空洞の中にさらに回収してもよい。

本明細書において引用する、公報、特許出願、及び特許を含む全ての文献は、参照することにより、各文献が個別にかつ具体的に示され、その全体が本明細書中に規定されているかのようにそれぞれの記載と同程度に、本明細書に組み込まれる。

本発明を説明する文脈における（特に下記の特許請求の範囲の文脈における）１つに言及する用語（冠詞「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」）、及び「少なくとも１つ（ａｔｌｅａｓｔｏｎｅ）」並びにこれらと同様の文言の使用は、本明細書中に別段の明示があるか文脈に明らかに反しない限り、単数と複数の両方を包含すると解釈されるべきものである。１以上の項目の列挙を伴う用語「少なくとも１つ」の使用（例えば、「Ａ及びＢの少なくとも１つ」）は、本明細書中に別段の明示があるか文脈に明らかに反しない限り、列挙される項目から選択される１項目（ＡまたはＢ）または列挙される項目の２以上の任意の組合せ（Ａ及びＢ）を意味する用語として解釈されるべきものである。用語「含む／有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」は、本明細書中に別段の記述がない限り、例示列挙を意味する（即ち、「～を含むがこれに限定されない」を意味する）用語として解釈されるべきものである。本明細書における数値範囲の言及は、本明細書中に別段の明示がない限り、その範囲に含まれる各個別の数値にそれぞれ言及する簡便な方法として機能することを意図するにすぎず、各個別の数値は、あたかも本明細書中にそれぞれ個別に言及されているかのように、本明細書中に組み込まれる。本明細書に記載される全ての方法は、本明細書中に別段の明示があるか文脈に明らかに反しない限り、任意の適切な順序で行われ得る。本明細書中におけるいかなる例または例示を示す文言（例、「等」）の使用も、本発明をよりよく説明することを意図するにすぎず、請求項に別段の記載がない限り、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書におけるいかなる文言も、請求項に記載されない要素を本発明の実施に必須のものとして示していると解釈されるべきではない。

本発明を実施するための本発明者らに知られている最良の形態を含む、この発明の好ましい実施態様は本明細書に記載されている。好ましい実施態様の変化形は、上述の説明を読んだ当業者に明らかとなるであろう。本発明者らは当業者がそれらの変化形を適切に採用することを期待しており、また、本発明者らは本発明が、本明細書中に具体的に記載した通りのもの以外にも実施されるべきことを意図している。したがって、この発明は、適用される法が許容する限りにおいて、本明細書に添付する特許請求の範囲に記載される主題のあらゆる改変物及び均等物を含む。さらに、あり得る変化形における上述の要素の任意の組合せも、本明細書中に別段の明示があるか文脈に明らかに反しない限り、本発明に包含される。

Claims

回転しない機械部品と回転する機械部品の間に、かつ、前記回転する機械部品と前記回転しない機械部品の全体に延びている流体管に沿って配置されるウォッシュパイプシール構造体であって、前記ウォッシュパイプシール構造体が、
前記回転しない機械部品に接続された回転しないフレームを有し、前記回転しないフレームが回転しないシール担持体を含み、前記回転しないシール担持体が内部空洞を形成する概して中空の円筒形状であり、
前記回転しないシール担持体に接続された第１の回転しないシールを有し、
前記回転しないシール担持体に接続された第２の回転しないシールを有し、前記第１及び第２の回転しないシールが前記内部空洞に互いに対して空間を空けて配置され、
少なくとも部分的に前記内部空洞内に回転可能に配置される回転可能なシール担持体を有し、
前記回転可能なシール担持体に接続され、かつ、前記第１の回転しないシールに隣接して配置される第１の回転するシールを有し、
前記回転可能なシール担持体に接続され、かつ、前記第２の回転しないシールに隣接して配置される第２の回転するシールを有する、前記ウォッシュパイプシール構造体において、
作動中は、前記第１の回転するシールが、前記第１の回転しないシールに接して、前記流体管を密閉するように構成されている第１のスライドするメカニカルシールを規定し、及び、
作動中は、前記第２の回転するシールが前記第２の回転しないシールに接して、前記内部空洞の第１の部分を密閉するように構成されている第２のスライドするメカニカルシールを規定し、前記内部空洞の前記第１の部分が、前記回転しないシール担持体と前記回転可能なシール担持体との間にあり、かつ、前記流体管から分離されていて、かつ、前記流体管と並んでおり、かつ、前記内部空洞の前記第１の部分が、前記第２のスライドするメカニカルシールから前記第１のスライドするメカニカルシールの方に延びており、前記ウォッシュパイプシール構造体が、
前記回転しないシール担持体と前記第１の回転しないシールの間に配置される少なくとも１つの第１のばねをさらに有し、前記第１の回転しないシールが前記回転しないシール担持体上にスライド可能に配置され、かつ、前記少なくとも１つの第１のばねが前記第１の回転しないシールを前記第１の回転するシールに向かう方向に付勢し、
前記回転可能なシール担持体と前記第２の回転するシールの間に配置される少なくとも１つの第２のばねをさらに有し、前記第２の回転するシールが前記回転可能なシール担持体上にスライド可能に配置され、かつ、前記少なくとも１つの第２のばねが前記第２の回転するシールを前記第２の回転しないシールに向かう方向に付勢する、
ウォッシュパイプシール構造体。
前記回転しないフレームと前記回転可能なシール担持体の間に配置される二次シールをさらに有し、前記二次シールが、前記流体管と前記内部空洞の前記第１の部分から分離されている、前記内部空洞の第２の部分を密閉するように構成されており、前記内部空洞の前記第２の部分が、前記第２のスライドするメカニカル面シールと前記二次シールの間に延びている、請求項１に記載のウォッシュパイプシール構造体。
前記内部空洞の前記第２の部分と流体接続する排出ポートをさらに有する、請求項２に記載のウォッシュパイプシール構造体。
前記内部空洞の前記第１の部分と流体接続する緩衝流体ポートをさらに有し、作動中は、前記流体管内の流体が第１圧力Ｐ１で提供されるように適合され、緩衝流体が前記内部空洞の前記第１の部分に第２圧力Ｐ２で提供されるように適合され、かつ、Ｐ１≦Ｐ２である、請求項１に記載のウォッシュパイプシール構造体。
前記第１のスライドするメカニカルシールに関して、前記流体管内の流体が流れる方向に対して上流の位置に配置される前記流体管の流量減少断面をさらに有する、請求項１に記載のウォッシュパイプシール構造体。
掘削作業において泥水管と共に使用するためのウォッシュパイプシール構造体であって、前記泥水管がトップドライブとドリルストリングの間を延びており、前記ウォッシュパイプシール構造体が、
前記トップドライブの回転しない機械部品に接続された回転しないフレームを有し、前記回転しないフレームが回転しないシール担持体を含み、前記回転しないシール担持体が内部空洞を形成する概して中空の円筒形状であり、
前記回転しないシール担持体に接続された第１の回転しないシールと、前記回転しないシール担持体に接続された第２の回転しないシールを有し、前記第１及び第２の回転しないシールが前記内部空洞内に互いに対して空間を空けて配置され、
少なくとも部分的に前記内部空洞内に回転可能に配置される回転可能なシール担持体を有し、
前記回転可能なシール担持体に接続されて前記第１の回転しないシールに隣接して配置される第１の回転するシールと、前記回転可能なシール担持体に接続されて前記第２の回転しないシールに隣接して配置される第２の回転するシールを有する、前記ウォッシュパイプシール構造体であって、
作動中は、前記第１の回転するシールが前記第１の回転しないシールに接して、前記泥水管を密閉するように構成されている第１のスライドするメカニカルシールを規定し、
前記第２の回転するシールが前記第２の回転しないシールに接して、前記内部空洞の第１の部分を密閉するように構成されている第２のスライドするメカニカルシールを規定し、前記内部空洞の前記第１の部分が、前記回転しないシール担持体と前記回転可能なシール担持体との間にあり、かつ、前記泥水管から分離されていて、かつ、前記泥水管と並んでおり、かつ、前記内部空洞の前記第１の部分が、前記第２のスライドするメカニカルシールから前記第１のスライドするメカニカルシールの方に延びており、及び、
緩衝流体が、前記泥水管内の泥水の圧力と少なくとも同等以上の圧力で提供され、前記緩衝流体が、前記内部空洞の前記第１の部分に提供され、前記ウォッシュパイプシール構造体が、
前記回転しないシール担持体と前記第１の回転しないシールの間に配置される少なくとも１つの第１のばねをさらに有し、前記第１の回転しないシールが、前記回転しないシール担持体上にスライド可能に配置され、かつ、前記少なくとも１つの第１のばねが、前記第１の回転しないシールを前記第１の回転するシールに向かう方向に付勢し、
前記回転可能なシール担持体と前記第２の回転するシールの間に配置される少なくとも１つの第２のばねをさらに有し、前記第２の回転するシールが、前記回転可能なシール担持体上にスライド可能に配置され、かつ、前記少なくとも１つの第２のばねが、前記第２の回転するシールを前記第２の回転しないシールに向かう方向に付勢する、
ウォッシュパイプシール構造体。
前記回転しないフレームと前記回転可能なシール担持体の間に配置される二次シールをさらに有し、前記二次シールが、前記泥水管と前記内部空洞の前記第１の部分から分離されている前記内部空洞の第２の部分を密閉するように構成され、前記内部空洞の前記第２の部分が、前記第２のスライドするメカニカル面シールと前記二次シールの間に延びている、請求項６に記載のウォッシュパイプシール構造体。
前記内部空洞の前記第２の部分と流体接続する排出ポートをさらに有し、前記排出ポートが前記内部空洞の前記第２の部分に入る前記緩衝流体の排出を許容するように構成されている、請求項７に記載のウォッシュパイプシール構造体。
前記第２のスライドするメカニカル面シールが、前記内部空洞の前記第１の部分から前記第２の部分への緩衝流体の漏出を制御することを許容するように構成されている、請求項６に記載のウォッシュパイプシール構造体。
前記内部空洞の前記第１の部分と流体接続する緩衝流体ポートをさらに有し、前記泥水管内の泥水が第１圧力Ｐ１で提供され、かつ、前記緩衝流体が前記内部空洞の前記第１の部分において第２圧力Ｐ２で提供され、Ｐ１≦Ｐ２となる、請求項９に記載のウォッシュパイプシール構造体。
前記第１のスライドするメカニカルシールに関して、前記泥水管内の泥水が流れる方向に対して上流の位置に配置される前記泥水管内の流量減少断面をさらに有する、請求項６に記載のウォッシュパイプシール構造体。