Шарнірна муфта бурильної колони

Корисна модель належить до бурової те хніки і може бути використана в процесі буріння похилих відрізків свердловин і коригування напрямку ствола свердловини як шарнірний відхильний пристрій забійного двигуна. Відома конструкція шарнірної муфти бурильної колони, в яку входить порожнистий корпус з профільною поверхнею в нижній частині отвору корпусу, а також нижній і верхній підп'ятники, встановлені в корпусі. Пристрій містить також опорну п'яту із сферичною частиною, що контактує з внутрішньою сферичною поверхнею, утвореною підп'ятниками, і профільною частиною, що контактує з профільною поверхнею корпусу, призматичні шпонки, а також засоби герметизації муфти у вигляді набору шевронових кілець. З боку нижнього підп'ятника на профільній частині опорної п'яти наявна напівмуфта, кулачки якої взаємодіють з кулачками, виконаними на нижньому кінці корпусу, і утворюють профільну поверхню. [Див. Оглядова інформація. Буріння похилонаправлених свердловин з застосуванням шарнірних компоновок. - ВНИИОЭНГ, 1988. - С.49-53]. Недоліками відомого пристрою можна вважати низьку надійність працюючих у буровому розчині шпонок та кулачкової муфти, які сприймають обертальний момент від долота через опорну п'яту та корпус на бурильну колону. Низьку надійність мають і засоби герметизації у вигляді шевронових кілець, тому що їх необхідно стиснути заданим зусиллям у замкнутому об'ємі на сферичній частині п'я ти. Прототипом пристрою, що заявляється, можна вважати шарнірну муфту бурильної колони, представлену в патенті UA №41271, М. кл. 7 Е21В7/08, опуб. 17.09.2001., Бюл. №8. Відома шарнірна муфта бурильної колони містить порожнистий корпус з профільною поверхнею з трьох лисок в нижній частині його отвору, установлені в корпусі нижній та верхній підп'ятники, останній з зовнішньою проточкою в верхній частині, і опорну п'яту із сферичною та профільною частинами. Профільна поверхня профільної частини опорної п'яти, як і профільна поверхня корпусу, утворена трьома лисками. У пристрої використовується клин, що розміщається в клиноподібній розточці однієї з лисок профільної поверхні порожнистого корпусу, а також засоби для герметизації муфти. Один із засобів, у вигляді кільцевого ущільнюючого елемента, розміщений між корпусом та верхнім підп'ятником. Указані ознаки є спільними з конструкцією, що заявляється. Додатковий засіб для герметизації муфти, у вигляді кільцевого ущільнюючого елемента, у відомій конструкції встановлений між верхнім підп'ятником та сферичною частиною опорної п'яти. Недоліком відомого пристрою можна вважати низьку надійність, обумовлену відсутністю достатньої герметизації муфти , що перешкоджає виходу бурового розчину з внутрішньої порожнини забійного двигуна у затрубний простір. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення конструкції, в процесі якого за рахунок застосування простих ущільнюючих елементів, а також використання амортизуючих властивостей одного з них і правильного вибору місця установки елементів, виключається можливість проникнення бурового розчину до корпусу, сферичної частини опорної п'яти та підп'ятників і, таким чином, забезпечується необхідна надійність. Для розв'язання поставленої задачі в шарнірній муфті бурильної колони, що містить порожнистий корпус з профільною поверхнею з трьох лисок в нижній частині його отвору, вер хній підп'ятник з зовнішньою проточкою у верхній частині, нижній підп'ятник, опорну п'яту зі сферичною та профільною частинами, профільна поверхня якої утворена також, як в корпусі, трьома лисками, клин, установлений у клиноподібній розточці однієї з лисок профільної поверхні порожнистого корпусу, і засоби для герметизації муфти, один з яких, у вигляді кільцевого ущільнюючого елемента, розміщений між корпусом і верхнім підп'ятником, згідно з корисною моделлю, засоби для герметизації муфти, у вигляді кільцевих ущільнюючих елементів, додатково встановлені між нижнім підп'ятником та корпусом. Крім того, засіб для герметизації муфти, у вигляді кільцевого ущільнюючого елемента, також додатково встановлений між сферичною частиною п'яти, оберненими одне до одного торцями верхнього та нижнього підп'ятників і корпусом. При цьому, у верхньому підп'ятнику на його зовнішній проточці може бути розміщений ще один кільцевий ущільнюючий елемент, установлений з можливістю його стиску вздовж поздовжньої осі муфти. Указане розміщення кільцевих ущільнюючих елементів дозволяє забезпечити надійну герметизацію корпусу відносно сферичної частини п'яти, верхнього та нижнього підп'ятників, а також останніх відносно сферичної частини п'яти. Крім того, ущільнюючий елемент, установлений на зовнішній проточці верхнього підп'ятника, додатково виконує функцію амортизатора. Конструкція, що заявляється, ілюструється кресленнями, де на фіг.1 представлений поздовжній розріз шарнірної муфти, на фі г.2 - переріз А-А на фіг.1. Шарнірна муфта бурильної колони складається з порожнистого корпусу 1, в отворі якого між нижнім 2 та верхнім 3 підп'ятниками встановлена опорна п'ята 4, яка має сферичну та профільну частини. З боку верхнього підп'ятника 3 до корпусу 1 на різьбі приєднаний перехідник 5, а між ним та верхнім підп'ятником 3 встановлена регулювальна шайба 6. Перехідник 5 нерухомо з'єднаний з бурильною колоною (не показано). На профільній частині опорної п'яти 4 є профільна поверхня 7 з трьома лисками. Дві з них 8 та 9 паралельні площині викривлення OО1, а третя 10 - їй перпендикулярна. В нижній часині отвору корпусу 1 є профільна поверхня, що повторює форму профільної поверхні 7 опорної п'яти 4. Суміжно з лискою 10 на профільній поверхні 7 у нижній частині отвору корпусу 1 виконана клиноподібна розточка, в яку установлюється клин 11 змінної форми. Величина зазору 12, що утворений між клином 11 та лискою 10, визначає заданий кут викривлення. Для кожного конкретного кута викривлення використовується свій клин, а кутовий зазор між трьома лисками на корпусі 1 та п'яті 4 визначається з умови забезпечення всього інтервалу заданих кутів викривлення. Для ущільнення з'єднань муфти використовуються засоби герметизації у вигляді ущільнюючих кільцевих елементів 13, 14, 15 та 16 круглого і прямокутного перерізу. Ущільнюючі елементи 13 та 16 установлені в канавках, виконаних на зовнішній циліндричній поверхні верхнього 3 та нижнього 2 підп'ятників. Ущільнюючий елемент 14 встановлений в канавці, виконаній на сферичній частині п'яти 4 в площині, перпендикулярній її поздовжній осі. Ущільнюючий елемент 15 розташовується на сферичній частині п'яти 4 у площині, перпендикулярній її поздовжній осі, і встановлений між сферичною частиною п'яти 4, оберненими одне до одного торцями верхнього 3 та нижнього 2 підп'ятників і корпусом 1. На зовнішній поверхні верхньої частини підп'ятника 3 виконана проточка, в якій розміщений пружний ущільнюючий елемент 17. Зовнішня поверхня елемента 17 виконана, наприклад, такою, що зменшується по діаметру від підп'ятника 3. Завдяки різьбовому з'єднанню перехідника 5 та корпусу 1, ущільнюючий елемент 17 може бути стиснений вздовж поздовжньої осі муфти за допомогою шайби 18, в яку упирається торець перехідника 5, що виступає. При такому виконанні ущільнюючому елементу 17 додатково забезпечуються амортизуючі властивості. Для подачі в забійний агрегат бурового розчину через шарнірну муфту наявний осьовий канал 19. Сферична частина п'яти 4 забезпечує її шарнірне з'єднання з корпусом 1 через підп'ятники 2 та 3. Поворот осі опорної п'яти 4 відносно корпусу 1 може бути здійснений лише в площині OО1, яку задають за допомогою лисок 8 та 9. При спуску забійного агрегату його вісь співпадає з осями бурильної колони та шарнірної муфти. У процесі роботи пристрою під дією зусиль, що стискають шарнірну муфту, опорна п'ята 4 повертається відносно корпусу 1 на величину зазору - 12 в площині OО1 . При цьому відбувається відхилення поздовжньої осі опорної п'яти 4 відносно осі корпусу 1 та перехідника 5. Обертальний момент від перехідника 5 на профільну частину п'яти 4 передається через профільну поверхню 7 в нижній частині отвору корпусу 1. Під дією осьових навантажень в процесі буріння положення елементів 1, 2, 3, 4 відносно одне одного може мінятися. При цьому буровий розчин намагається попасти між корпусом 1 та перехідником 5 або між корпусом 1 та нижнім підп'ятником 2. Цього не відбувається, тому що ущільнюючі елементи 13, 14, 15 та 16 надійно герметизують корпус 1 відносно верхнього 3 та нижнього 2 підп'ятників. Ущільнюючі елементі 14 та 15 додатково забезпечують герметизацію сферичної частини п'яти 4 відносно підп'ятників 2 та 3. При цьому ущільнюючий елемент 17 додатково забезпечує герметизацію корпусу 1 відносно перехідника 5 та верхнього підп'ятника 3 за рахунок стиску в замкнутому об'ємі, утвореному шайбою 18, підп'ятником 3 та корпусом 1. Крім того, завдяки амортизуючим властивостям, елемент 17 додатково провадить компенсацію переміщень елементів 1, 3, 5 та 18 через зазори, які можуть виникнути в процесі роботи пристрою.