Приспособление бурильной машины и бурильная машина - RU2521257C1

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к переходнику наконечника согласно вводной части пункта 1 формулы изобретения. Дополнительно, изобретение относится к бурильной машине, содержащей переходник наконечника, и способу защиты переходника наконечника от коррозии.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При бурении по породе от бурильных машин крутящий момент, энергия подачи и удара передаются на буровой инструмент обычно под действием промежуточного сцепления стыковых накладок. Через продольные отверстия в стыковых накладках подается промывочная среда, например вода, в зону бурового инструмента. Промывочная среда имеет своей задачей частичное охлаждение инструмента и частичное вымывание бурового шлама из буровой скважины. Для передачи крутящего момента, энергии подачи и удара от бурильной машины на стыковые накладки и буровой инструмент используется так называемый переходник наконечника. Этот переходник наконечника устанавливается в бурильной машине и имеет выступающую часть. Выступающая часть имеет соединительный конец, выполненный с возможностью соединения со стыковыми накладками или буровым инструментом. В переходнике наконечника имеется сквозной канал для подачи промывочной среды из бурильной машины на стыковые накладки и буровой инструмент.

Переходник наконечника подвергается коррозии, частично из-за воды, используемой в качестве промывочной среды, частично из-за коррозионной окружающей среды, в которой находится бурильная машина во время использования и транспортировки. Вода, которая имеется и используется в качестве промывочной среды, например, когда бурильная машина используется при разработке месторождений, очень часто вызывает коррозию. Коррозия сокращает срок службы переходника наконечника. Для защиты переходника наконечника от коррозии проводились испытания переходников наконечника, например хромированных или покрытых лаком.

Покрытие переходника наконечника слоем хрома является частично дорогостоящим, а также имеет недостатки, поскольку переходник наконечника подвергается ударам по определенной ударной поверхности. От этой ударной поверхности могут отслаиваться частицы хрома. Такая же проблема может возникнуть при покрытии переходника наконечника лаком.

В заявке WO 2003/078788 А1 описывается способ защиты от коррозии переходника наконечника. Согласно описанному способу части, подверженные коррозии, покрываются фосфатом цинка, фосфатом цинка марганца и фосфатом марганца с последующим смазыванием или полировкой восковой пастой. Фосфатирование производится внутри в сквозном отверстии (канале) и на цилиндрической наружной поверхности.

Цилиндрической наружной поверхностью переходника наконечника является поверхность, к которой примыкает уплотнение в бурильной машине. Оказывается, это уплотнение подвергается износу в результате того, что конверсионный слой, который образуется во время процесса фосфатирования, оказывает стачивающее воздействие на уплотнение, когда переходник наконечника вращается в бурильной машине. Особенно конверсионный слой будет оказывать стачивающее воздействие, когда начнет появляться коррозия на цилиндрической поверхности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание защищенного от коррозии переходника наконечника, который устраняет, по меньшей мере, частично, вышеупомянутые недостатки.

Эта цель достигается согласно особенности изобретения с помощью переходника наконечника для бурильной машины, который содержит удлиненный корпус. Удлиненный корпус имеет наружную поверхность и внутреннюю поверхность. Дополнительно удлиненный корпус имеет торцевую поверхность и сквозной канал, продолжающийся через удлиненный корпус между первой частью наружной поверхности и торцевой поверхностью. Первая часть наружной поверхности является цилиндрической поверхностью, а внутренняя поверхность является ограничивающей поверхностью, образованной удлиненным корпусом в сквозном канале. По меньшей мере, часть наружной поверхности и часть внутренней поверхности имеют коррозионно-стойкое покрытие. Первая часть наружной поверхности имеет первое коррозионно-стойкое покрытие, а вторая часть наружной поверхности и/или, по меньшей мере, часть внутренней поверхности имеет второе коррозионно-стойкое покрытие. Первым коррозионно-стойким покрытием является слой хрома, а вторым коррозионно-стойким покрытием является конверсионный слой.

Поскольку первое и второе коррозионно-стойкое покрытие содержат различные материалы, используемые на различных частях переходника наконечника, коррозионно-стойкие покрытия можно использовать со свойствами, которые подходят соответствующим частям переходника наконечника. Например, первое коррозионно-стойкое покрытие может иметь более гладкую поверхность, чем второе коррозионно-стойкое покрытие. Второе коррозионно-стойкое покрытие может быть выбрано по другим критериям, а не по шероховатости поверхности, например стоимости покрытия. Следовательно, предлагается переходник наконечника, который на внешней уплотняющей поверхности имеет хромированную поверхность и защищен от коррозии на других поверхностях с помощью конверсионного слоя и который относительно прост и недорог в изготовлении. Соответственно, достигается вышеупомянутая цель.

Переходники наконечника используются в бурильных машинах для передачи крутящего момента, энергии подачи и удара на стыковые накладки и буровые инструменты. Внутренняя поверхность переходника наконечника может образовывать сквозное отверстие (канал) для пропускания промывочной среды. Предпочтительно, переходник наконечника изготовлен из стали, например закаленной стали. Коррозионно-стойкие покрытия продлят срок службы переходника наконечника, когда он подвергается воздействию коррозии во время работы, перерыва в работе и при транспортировке. Под покрытием подразумевается покрытие, по меньшей мере, на части поверхности переходника наконечника, которое было нанесено на поверхность, по меньшей мере, на этапе процесса изготовления переходника наконечника. Например, смазочные вещества, наносимые во время работы или при установке, не считаются покрытием согласно настоящему изобретению. Сквозной канал можно использовать для пропускания промывочной среды, например воды, от бурильной машины к буровому инструменту.

Согласно вариантам осуществления, первое коррозионно-стойкое покрытие может иметь более гладкую поверхность, чем второе коррозионно-стойкое покрытие. Таким образом, первое коррозионно-стойкое покрытие может быть выбрано с такой шероховатостью поверхности, чтобы дать возможность уплотнению примыкать к первой части наружной поверхности, не подвергаясь такой же величине износа, если бы уплотнение примыкало к поверхности, имеющей второе коррозионно-стойкое покрытие. Второе коррозионно-стойкое покрытие может быть выбрано по другим критериям, а не по шероховатости поверхности, например стоимости покрытия.

Согласно вариантам осуществления конверсионным слоем может быть фосфатный слой.

Согласно вариантам осуществления конверсионный слой может быть промаслен или отполирован восковой пастой. Конверсионный слой, например фосфатный слой, является пористым и его коррозионно-стойкие свойства могут быть улучшены путем промасливания или полировки восковой пастой.

Согласно вариантам осуществления первое покрытие может иметь шероховатость поверхности максимум Ra 1,0 мкм. Первая часть наружной поверхности, следовательно, является подходящей поверхностью для примыкания уплотнения в бурильной машине.

Согласно вариантам осуществления конверсионный слой может содержать фосфат цинка, фосфат цинка марганца или фосфат марганца.

Согласно вариантам осуществления первое коррозионно-стойкое покрытие может иметь толщину от 20 до 150 мкм. Таким образом, можно добиться достаточной защиты от коррозии первой части наружной поверхности. Если первое коррозионно-стойкое покрытие является слоем из хрома, первое коррозионно-стойкое покрытие может иметь вес на единицу площади в пределах 140-2100 г/м².

Согласно вариантам осуществления первое коррозионно-стойкое покрытие может иметь толщину от 10 до 50 мкм, предпочтительно 30 мкм. Таким образом, можно добиться достаточной защиты от коррозии второй части наружной поверхности и/или внутренней поверхности. Если второе коррозионно-стойкое покрытие является конверсионным слоем, содержащим фосфат цинка, фосфат цинка марганца или фосфат марганца, второе коррозионно-стойкое покрытие может иметь вес на единицу площади в пределах 15-85 г/м², предпочтительно около 50 г/м².

Под толщиной защитного покрытия подразумевается высота покрытия на переходнике наконечника, т.е. на материале, из которого переходник наконечника изготовлен, например закаленной стали. Высота покрытия измеряется, например, под микроскопом по сечению через переходник наконечника в зоне соответствующей поверхности. Сечение проходит перпендикулярно соответствующей поверхности. Если сечение через переходник наконечника выполняется частями, имеющими, например, цилиндрическую форму, плоскость сечения находится под прямым углом к центральной оси через удлиненный корпус переходника наконечника.

Согласно вариантам осуществления только первая часть наружной поверхности может быть снабжена первым коррозионно-стойким покрытием, а другие поверхности переходника наконечника могут быть снабжены вторым коррозионно-стойким покрытием. Таким образом, сначала первое коррозионно-стойкое покрытие может быть нанесено на переходник адаптера в течение первого процесса. Затем в течение второго процесса оставшиеся поверхности переходника наконечника могут быть просто снабжены вторым коррозионно-стойким покрытием. Поскольку во втором процессе не требуется принимать во внимание поверхности, которые не являются поверхностью, подвергаемой обработке, второй процесс является особенно простым для осуществления.

Согласно особенности настоящее изобретение также относится к бурильным машинам, содержащим переходник наконечника согласно вышеупомянутым особенностям и/или вышеупомянутым вариантам осуществления.

Согласно вариантам осуществления переходник наконечника установлен в бурильной машине со способностью вращения. Первая часть наружной поверхности может являться опорной поверхностью для неподвижно расположенного уплотнения в бурильной машине.

Согласно вариантам осуществления бурильная машина может быть выполнена с возможностью накачки жидкости через пространство, ограниченное, среди прочего, уплотнением и первой частью наружной поверхности, в сквозной канал в переходнике наконечника.

Согласно особенности настоящее изобретение также относится к способу защиты от коррозии переходника наконечника согласно вышеупомянутой особенности и/или вышеупомянутым вариантам осуществления. Согласно способу переходник наконечника сначала подвергается электролитическому процессу по нанесению первого коррозионно-стойкого покрытия на первую часть наружной поверхности. Затем переходник наконечника подвергается второму процессу по нанесению второго коррозионно-стойкого покрытия на вторую часть наружной поверхности и/или упомянутую часть внутренней поверхности. Первый процесс может содержать погружение переходника наконечника в раствор, содержащий ионы хрома для покрывания первой части наружной поверхности слоем хрома.

Согласно вариантам осуществления второй процесс может включать в себя нанесение раствора, содержащего фосфорную кислоту и ионы цинка, или ионы цинка марганца, или ионы марганца на весь переходник наконечника. Таким образом, сначала первое коррозионно-стойкое покрытие может быть нанесено на переходник наконечника в течение первого процесса. Если первое коррозионно-стойкое покрытие является, например, слоем хрома, в течение второго процесса оставшиеся поверхности переходника наконечника могут быть просто снабжены вторым коррозионно-стойким покрытием, так как раствор, наносимый в течение второго процесса, не оказывает воздействия на слой хрома.

Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения явствуют из прилагаемой формулы и последующего подробного описания. Специалисты данной области понимают, что можно комбинировать различные признаки изобретения для создания вторых вариантов осуществления, отличных от вариантов, описанных ниже. Это можно сделать в пределах объема защиты, установленного прилагаемой формулой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Различные подходы к изобретению, включая специфические признаки и преимущества, явствуют из последующего подробного описания и прилагаемых фигур, на которых:

На фиг.1 и фиг.2 показаны различные виды переходника наконечника согласно вариантам осуществления,

На фиг.3 схематично показана бурильная машина с переходником наконечника согласно вариантам осуществления, и

На фиг.4 показан способ обработки поверхности переходника наконечника согласно вариантам осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Теперь настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые фигуры, на которых показаны варианты осуществления. Не следует истолковывать изобретение как ограниченное описанными вариантами осуществления. Подобные позиции на фигурах относятся к подобным элементам. С целью упрощения необязательно описывать подробно хорошо известные функции и конструкции.

На фиг.1 и фиг.2 показаны различные виды переходника наконечника согласно вариантам осуществления. Переходник 2 наконечника выполнен с возможностью расположения в бурильной машине для передачи крутящего момента, энергии передачи и удара от бурильной машины на буровой инструмент через стыковые накладки. Переходник 2 наконечника содержит удлиненный корпус 4. Удлиненный корпус 4 имеет преимущественно цилиндрическую форму и изготовлен, например, из закаленной стали. Центральная ось Х продолжается в продольном направлении удлиненного корпуса 4. На одном конце переходник 2 наконечника снабжен приводной деталью. Приводная деталь содержит наружные шлицы 6, чтобы дать возможность переходнику 2 наконечника вращаться в бурильной машине. Дополнительно приводная деталь содержит ударную поверхность 8 для приема и передачи момента от бурильной машины на буровой инструмент. На другом конце переходник 2 наконечника снабжен крепежным приспособлением 10, выполненным с возможностью крепления бурового инструмента или стыковой накладки.

Сквозной канал 12 продолжается через переходник 2 наконечника. Сквозной канал 12 имеет входное отверстие 14, расположенное в части цилиндрической наружной поверхности 17 переходника 2 наконечника. По меньшей мере, часть цилиндрической поверхности 17 является первой частью наружной поверхности удлиненного корпуса 4 и, следовательно, переходника 2 наконечника. Сквозной канал 12 имеет выходное отверстие 16 в торцевой поверхности 18 переходника 2 наконечника. Сквозной канал 12 выполнено с возможностью пропускания промывочной среды, например воды, от бурильной машины на стыковые накладки и буровой инструмент. В этом варианте осуществления сквозной канал 12 формируется из двух частей радиальным отверстием 13, также именуемым отверстием для пропускания промывочной жидкости, и аксиальным отверстием 15.

На фиг.2 в дополнение к переходнику 2 наконечника показана камера 20, которая вмещает часть переходника 2 наконечника. Камера 20 расположена вокруг переходника 2 наконечника в зоне цилиндрической поверхности 17. Камера 20 снабжена впускной трубой 22. Таким образом, промывочная среда может протекать по впускной трубе 22 в камеру 20 и оттуда через переходник 2 наконечника через входное отверстие 14 по сквозному каналу 12 и выходное отверстие 16. Камера 20 включена в состав бурильной машины, не показанной на фигуре, и является пространством, ограниченным, среди прочего, двумя уплотнениями 24, 24' и цилиндрической поверхностью 17 переходника 2 наконечника. Два уплотнения плотно примыкают к переходнику 2 наконечника и герметизируют цилиндрическую поверхность 17.

На фиг.3 схематично показана бурильная машина 30 с переходником 2 наконечника согласно изобретению. Бурильная машина 30 содержит буровой станок 32, из которого немного выступает переходник 2 наконечника. Несколько стыковых накладок и буровой инструмент соединяются с переходником 2 наконечника и вращаются посредством бурового станка 32. Чтобы убрать буровой шлам из буровой скважины 38, добавляется промывочная среда, например вода, в буровой инструмент 36 через переходник 2 наконечника и стыковые накладки 34. Буровой станок 32 содержит промывочную головку 40, к которой подсоединяется подающая труба 42 для подачи промывочной среды.

При сравнении фиг.2 и фиг.3 становится очевидным, что промывочная головка 40 содержит камеру 20 и что подающая труба 42 соединяется с впускной трубой 22. Бурильная машина 30 содержит схематично показанный насос 44, соединенный с подающей трубой 42. Во время работы переходник 2 наконечника вращается в буровом станке 32, а уплотнения 24, 24' примыкают к цилиндрической поверхности 17 переходника 2 наконечника, чтобы промывочную среду можно было накачивать посредством камеры 20 и через канал 12 в переходнике 2 наконечника в буровой инструмент 36.

Переходник 2 наконечника подвергается воздействию коррозионной окружающей среды, в частности, во время работы, во время перерыва в работе и при транспортировке. Зонами переходника 2 наконечника, особенно подвергаемыми воздействию, являются зоны в контакте с промывочной средой, например, на цилиндрической поверхности 17 в камере 20 и сквозном канале 12. Чтобы защитить цилиндрическую поверхность 17 от коррозии, переходник 2 наконечника, по меньшей мере, в зоне камеры 20 и уплотнений 24, 24' обеспечивается первым коррозионно-стойким покрытием в виде слоя хрома толщиной около 40 мкм. Слой хрома может также иметь разную толщину, например от 20 до 150 мкм. Для гарантии того, что уплотнения 24, 24' выполняют достаточную уплотняющую функцию, также после длительного срока эксплуатации слой хрома имеет поверхность с низкой шероховатостью. В дополнение к достаточной защите от коррозии слоя хрома шероховатость поверхности имеет преимущество в том, что интервалы между изменением уплотнений 24, 24' можно сохранять относительно долго. Например, слой хрома может иметь шероховатость поверхности максимум Ra 1,0 мкм. В сквозном канале 12 и на торцевой поверхности 18 переходник 2 наконечника обеспечивается вторым коррозионно-стойким покрытием в виде конверсионного слоя. Конверсионные слои содержат, например, фосфат цинка, фосфат цинка марганца или фосфат марганца. Такой конверсионный слой является пористым и соответствующим образом промаслен или отполирован восковой пастой, чтобы достигнуть наилучших возможных свойств защиты от коррозии. Конверсионный слой имеет толщину от 10 до 50 мкм, предпочтительно около 30 мкм. Такие толщины пористого конверсионного слоя, содержащего фосфат цинка, фосфат цинка марганца или фосфат марганца, соответствуют весу на единицу площади, перед промасливанием или полировкой восковой пастой, в пределах 15-85 г/м², предпочтительно около 50 г/м².

Альтернативно, сквозной канал 12 может быть частично снабжен первым коррозионно-стойким покрытием в виде слоя хрома. Например, радиальное отверстие 13 переходника 2 наконечника полностью или частично может быть снабжено слоем хрома, а оставшиеся части переходника 2 наконечника в сквозном канале 12, т.е. аксиальном отверстии 15, и оставшиеся части радиального отверстия 13, могут быть снабжены конверсионным слоем.

Согласно варианту осуществления переходника 2 наконечника цилиндрическая поверхность 17 снабжена первым коррозионно-стойким покрытием, а оставшиеся поверхности переходника 2 наконечника снабжены вторым коррозионно-стойким покрытием, содержащим фосфат цинка, фосфат цинка марганца или фосфат марганца. Оставшиеся поверхности содержат, в частности, наружные поверхности, например ударную поверхность 8, поверхность на крепежном приспособлении 10, поверхность на шлицах 16, торцевую поверхность 18 и внутреннюю поверхность удлиненного корпуса 4 в сквозном канале 12. Таким образом, второе коррозионно-стойкое покрытие может быть легко получено путем погружения переходника 2 наконечника в раствор, содержащий фосфорную кислоту, ионы цинка, или ионы цинка и марганца, или ионы марганца.

На фиг.4 показан способ обработки переходника 2 наконечника согласно вариантам осуществления. Используемые позиции относятся частично к деталям на предыдущих фигурах, особенно фиг.1 и фиг.2. Среди некоторых этапов процесса, указанных ниже, могут быть выполнены другие этапы, например очистка от технических жидкостей из предыдущего этапа способа.

- На этапе 50, который является вспомогательным и зависит от того, какую шероховатость поверхности переходник наконечника имеет после предыдущих этапов изготовления, производится шлифование цилиндрической поверхности 17 до получения шероховатости поверхности около 1 мкм.

- На этапе 52 производится маскирование наружных поверхностей переходника 2 наконечника за исключением цилиндрической поверхности 17.

- На этапе 54 выполняется первый процесс в виде нанесения на цилиндрическую поверхность 17 первого электролитически осажденного коррозионно-стойкого покрытия, например слоя хрома, посредством электролиза в жидкости, содержащей ионы хрома.

- На этапе 56 производится нанесение на оставшиеся поверхности переходника 2 наконечника второго коррозионно-стойкого покрытия в виде конверсионного слоя во втором процессе, содержащем погружение переходника 2 наконечника в раствор, содержащий фосфорную кислоту, ионы цинка, или ионы цинка и марганца, или ионы марганца.

- На этапе 58 на конверсионный слой промасливается или наносится восковая паста.

- Этап 60 может быть выполнен дополнительно и содержит полировку цилиндрической поверхности с первым коррозионно-стойким покрытием.

- Этап 60 может быть дополнительно выполнен после этапа 54. Если первым коррозионно-стойким покрытием является слой хрома, до этапа 56 этот слой хрома не требует маскирования.

Специалисты данной области техники понимают, что варианты осуществления, описанные выше, можно комбинировать. Также специалисту понятно, что можно вносить различные изменения. Например, на поверхность удлиненного корпуса может быть нанесено первое коррозионно-стойкое покрытие на другие части, а не первую часть, например, на вторую часть наружной поверхности может быть нанесено первое коррозионно-стойкое покрытие. Затем, вторая часть наружной поверхности может быть, например, опорной поверхностью для другого уплотнения или гнезда подшипника. Дополнительно на некоторые части внутренней поверхности может быть нанесено второе коррозионно-стойкое покрытие. Что касается цилиндрической поверхности 17, другая шероховатость поверхности до и/или после нанесения первого коррозионно-стойкого покрытия может быть достаточной в некоторых случаях, например, шероховатость поверхности максимум Ra 2,0 мкм или максимум Ra 3,0 мкм. Дополнительно промывочная головка 40 может быть более интегрирована в буровой станок 32, чем показано в вариантах осуществления на фиг.3. Промывочная головка 40 может быть встроена в несущие элементы конструкции и части бурового станка 32 для передачи движущей силы. Дополнительно насос 44, показанный на фиг.3, может быть установлен отдельно и не являться частью бурильной машины 30. Дополнительно раствор, содержащий фосфорную кислоту, ионы цинка, или ионы цинка и марганца, или ионы марганца, например, может быть нанесен на переходник наконечника путем напыления вместо погружения в раствор. Дополнительно маскирование, упомянутое в этапе 52 способа, показанного на фиг.4, может быть достигнуто различными путями. Например, две трубки можно навинтить на переходник наконечника, чтобы части, на которые не надо наносить первое коррозионно-стойкое покрытие, были бы закрыты этими трубками.

Следовательно, изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления. Изобретение ограничивается только объемом защиты, определяемым в формуле.

Реферат

Изобретение относится к способу защиты от коррозии бурового оборудования, в частности переходника (2) наконечника для бурильной машины. Техническим результатом является создание защищенного от коррозии переходника (2) наконечника. Переходник (2) наконечника содержит удлиненный корпус (4) с наружной поверхностью и внутренней поверхностью. Первая часть (17) наружной поверхности снабжена первым коррозионно-стойким покрытием, а вторая часть наружной поверхности и/или внутренняя поверхность снабжена вторым коррозионно-стойким покрытием. Первое коррозионно-стойкое покрытие является слоем хрома, а второе коррозионно-стойкое покрытие является конверсионным слоем, при этом конверсионный слой содержит фосфат цинка, фосфат цинка марганца или фосфат марганца. Конверсионный слой промаслен или отполирован восковой пастой. Дополнительно представлен буровой станок, содержащий переходник (2) наконечника. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула