[发明专利]弹簧预加载的轴承组件以及包括其的钻井设备

说明书

公开领域 

本文的公开内容大致上涉及有关钻井的设备、系统以及装置，并且更具体地，涉及旋转控制头(rotating control head)、旋转防喷器(rotatingblowout preventor)以及类似物。 

背景 

油井、气井、水井、地热井以及类似物一般使用连接到中空钻柱(drillstring)的钻头钻成，而该中空钻柱被插入到用水泥接合在井钻孔中的井筒中。钻头被连接到井筒、井头，或连接到关联的防喷器设备，用于从表面密封井钻孔的内部，并在钻探时促进钻探流体被迫循环穿过井，或将钻探流体从井分流开去。钻探流体包括但不限于水、蒸汽、钻探泥浆、空气以及其它流体(即液体、气体等)。 

在向前循环的钻探技术(forward circulation drilling technique)中，钻探流体被向下泵送穿过中空钻柱的钻孔，离开中空钻柱的底部，并随后向上穿过由钻柱和井筒或井钻孔的内部界定的环形区域，并随后通过井头上方的侧出口穿出。在逆向循环中，泵推进钻探流体穿过端口，沿着钻柱和井筒或井钻孔之间的环形区域向下，然后向上穿过中空钻柱的钻孔并穿出井。 

钻头一般包括固定的主体，该固定的主体经常被称为辊筒(bowl)，该辊筒承载可旋转的心轴，而该可旋转的心轴通常被称为轴承组件，该轴承组件通过传动钻柱装置(kelly apparatus)或顶部驱动单元(top drive unit)来旋转。经常被称为密封包装机(stripper packer)或密封橡胶组件(stripperrubber assembly)的一个或多个密封件或包装元件由心轴来承载，以便密 封传动钻柱的周边或驱动管道或钻探管道的部分，无论哪一个都可以穿过心轴和密封橡胶组件，并且因此限制或分流井中的核心压力，以防止钻探流体从旋转的心轴和钻柱之间逃离。 

由于现代井钻得比以前更深，或者进入某些地质构造中，钻头可能会遇到高温和压力。这些严酷的钻探条件对钻塔工作人员造成关于被蒸汽、热水以及热的、腐蚀性井流体意外灼伤、烫伤或沾染的增加的风险。当使用重工具将密封橡胶组件连接到钻头时，对于钻塔工人存在有严重伤害的危险。因此，应快速地形成此种连接并达到紧密的流体密封。 

通过轴承组件来促进旋转控制头、旋转防喷器或其它类型的旋转控制装置的相应的旋转部件的旋转，钻柱通过该轴承组件相对于固定的辊筒或外罩旋转，而轴承组件被密封在固定的辊筒或外罩中。旋转控制头、旋转防喷器以及其它类型的旋转控制装置在本文中一般称为钻井头。一般地，橡胶O形环形密封件或类似的密封件被布置在密封橡胶组件和轴承组件之间，以改进密封橡胶组件和轴承组件之间的流体紧密连接。通过连接到轴承组件并压缩地啮合在钻柱周围的一种或多种密封橡胶组件来达到压力控制。至少一个密封橡胶组件和钻柱一起旋转。密封橡胶组件的主体(即密封橡胶主体)一般有向下的锥度，并且包括橡胶或其它有弹力的衬底，以便井下压力(downhole pressure)向上推在密封橡胶主体上，贴靠着钻柱压密封橡胶主体，以达到流体紧密密封。密封橡胶组件还经常包括金属插入物，该金属插入物对螺栓或其它连接装置提供支撑，并且该金属插入物也提供一种支撑结构，以最小化由井下压力作用在密封橡胶主体上而引起的橡胶的变形。 

密封橡胶组件被连接到钻头设备或适合于钻头设备，以建立并保持围绕钻柱(即井下管状)的压力控制密封。本领域技术人员应理解，可使用多种方法将密封橡胶组件连接到关联的钻头装备。上述连接方法包括从顶部进行螺栓连接、从底部进行螺栓连接、经由密封橡胶组件的顶部上和设备的底部的配合的带螺纹的部分、夹具以及其它方法将密封橡胶组件直接拧紧到设备上。 

应理解，根据钻头所使用的具体设备，在一个井，密封橡胶组件可能 被连接到专用于该并的设备，而在另一个井，密封橡胶组件则被连接到不同的设备。例如，在一个并，密封橡胶组件可以被连接到轴承组件，而在另一个井，密封橡胶组件可以被连接到内部套筒或钻头的配件。因此，密封橡胶组件并非必须被限制为连接到旋转控制头、旋转防喷器或类似物的具体部件。