[发明专利]具有整体伸缩的保持构件连接装置的密封胶皮

说明书

发明领域

本公开内容涉及用于制作机械连接的连接器和连接器系统。更具体地，本公开内容提供用于有利于连接到钻探头部的比如诸如轴承组件的装备以及从该装备断开的密封胶皮(stripper rubber)压力密封井孔内部以便在钻孔作业期间循环、限制或转移通过井的钻探原料的装置、系统和方法。 

背景 

油、气、水和地热井通常用连接到空心钻柱的钻头来钻孔，所述空心钻柱被插入粘结在井孔中的井筒。为了在钻探时或在将钻探流体远离井转移时从表面密封井孔内部并有利于钻探流体强制循环通过井，钻探头部连接到井筒、井头或相关的井喷防护器装备(blowout preventer equipment)。钻探流体包括但不限于：水、蒸汽、钻探泥浆、空气和其他气体。 

在向前循环钻探技术中，钻探流体被向下泵送通过空心钻柱的孔，泵出空心钻柱底部，并然后向上通过由钻柱和井筒或井孔内部所限定的环面，并接着泵出通过高于井头的侧向出口。在相反的循环中，泵迫使钻探流体通过口、沿着钻柱和井筒或井孔之间的环面向下，并且然后向上通过空心钻柱的孔并离开井。 

钻探头部通常包括固定的主体，常被称作辊筒，该主体带有可旋转的轴，比如轴承组件，其由方钻杆装置(kelly apparatus)或顶部驱动单元(topdrive unit)旋转。一个或多个密封件或密封元件(packing element)，常被称作密封封隔器(stripper packer)或密封胶皮，由该轴支撑以密封方钻杆或驱动管或钻管的截面的外周，无论哪个都可通过该轴和密封胶皮，并且因此限制或转移井中的核心压力，以防止钻探流体在旋转轴和钻柱之间逸 出。 

随着现代井钻探的不断深入或进入某些地质构造中，钻探头部可能遇到非常高的温度和压力。这些严酷的钻探条件造成钻机人员被蒸汽、热水和热的腐蚀性井液意外烫伤、烧伤或弄脏的风险增加。当使用重型工具在钻探头部制作密封胶皮连接时，存在严重损害钻机人员的危险。该连接应被迅速制作并实现流体紧密密封。 

旋转的井喷防护器和转向器对于井压力控制领域的技术人员来说是众所周知的。密封接合的轴承组件有利于转向器/防护器的旋转，通过所述轴承组件，钻柱相对于固定辊筒或安装轴承组件的外壳旋转。一般地，胶皮O形密封件，或相似的密封件被配备在密封胶皮和轴承组件之间，以改善密封胶皮和轴承组件之间的流体紧密连接。 

压力控制通过连接到轴承组件并配备在钻柱周围的一个或多个密封胶皮实现。至少一个密封胶皮随钻柱旋转。密封胶皮一般向下逐渐变细，并包括胶皮或其他弹性基片，以使得井下压力推在胶皮上，压迫胶皮顶着钻柱，以实现流体紧密密封。密封胶皮经常还包括金属嵌片，该金属嵌片对螺栓或其他连接工具提供支撑，且还提供支撑结构，以最小化由作用在胶皮上的井下压力所导致的胶皮变形。 

密封胶皮连接或适应钻探头部装备，以建立和维持井下管状物(即，钻柱)周围的压力控制密封。本领域的技术人员可以理解的是，各种方式被用来将密封胶皮连接到相关的钻探头部装备。这种连接方式包括经由密封胶皮的顶部和所述装备的底部以及夹具的共同操作的螺纹部分从顶部栓接、从底部栓接、将密封胶皮直接紧固到所述装备上。 

将理解的是，根据钻探头部使用的特定的装备，在一个井处，密封胶皮可连接至该井所特有的装备，而在另一个井处，密封胶皮连接至不同的装备。例如，在一个井处，密封胶皮可连接至轴承组件，而在另一个井处，密封胶皮可连接至钻探头部的内筒或配件。虽然这里做出的本公开内容涉及将密封胶皮连接至轴承组件，但是显然，本公开内容考虑到了密封胶皮连接至钻探头部的任意所选的装备。 

常见的做法是用重型扳手和大锤紧固连接螺栓或螺钉。使用重型工具来紧固螺栓的做法，例如，可导致过度紧固，以至于螺纹或螺栓头部剥落掉。过度紧固的结果包括剥落的头部，这里螺栓或螺钉不能被移开，或剥落的螺纹，这里螺栓或螺钉没有紧握力，且连接失败。两种结果都是不可取的。 

更糟糕的是，振动和其他钻探应力可导致螺栓或螺钉自身松散并脱落。如果一个或多个脱落井下，结果可能是灾难性的。钻头可能被毁。整个钻柱可能必须停止，以及大量部分被更换，包括钻头。如果井孔已经被加套筒，那么该筒可能被毁坏且必须被修复。 

钻探头部组件需要定期被拆卸，以更换密封胶皮或其他零件，润滑移动元件以及执行其他推荐的维修。在某些情况下，剥落的或过度紧固的螺栓或螺钉使得从钻探头部组件分离密封胶皮以执行推荐的维修或零件更换即使是可能的，也会很困难。