Вертлю́г (; ; ) — важливий елемент бурової установки, що забезпечує вільне обертання бурильної колони з одночасним підведенням промивної рідини в неї.

Загальний опис Вертлюг встановлюється між талевою системою і буровим інструментом і запобігає скручуванню каната. Також вертлюг підтримує вагу бурильної колони. Вертлюг — деталь талевої системи, що з'єднує талеву систему з колоною труб, забезпечує можливість обертання колони труб, підвішеної на гаку, і прокачування через неї різних рідин під тиском.

Під час спуско-підіймальних операцій вертлюг з ведучою трубою і гнучким шлангом відводиться в шурф та від'єднується від талевого блока. При бурінні вибійними двигунами вертлюг використовується для періодичного провертання бурильної колони з метою запобігання прихватів.

Різновиди

Вертлюг підводний (; ; ) — пристосування, за допомогою якого свердловинний різальний інструмент закріплюється усередині обсадної колони під час бурових робіт на морі; він зафіксований і здатний виконувати свої функції незалежно від хвилювання моря. Конструкція і функціонування У процесі буріння вертлюг підвішується до автоматичного елеватора або до гака талевого механізму і за допомогою гнучкого шланга з'єднується зі стояком напірного трубопроводу бурових насосів. При цьому ведуча труба бурильної колони з'єднується за допомогою різьблення з обертовим стовбуром вертлюга, який має прохідний отвір для промивної рідини. Під час спуско-підіймальних операцій вертлюг з ведучою трубою і гнучким шлангом відводиться в шурф та від'єднується від талевого блоку. При бурінні забійними двигунами вертлюг використовується для періодичного провертання бурильної колони з метою запобігання прихватів.

В процесі експлуатації на вертлюг діють статичні осьові навантаження від ваги бурильної колони і динамічні навантаження, що створюються поздовжніми коливаннями долота і пульсацією промивної рідини. Деталі вертлюга, що контактують з промивною рідиною, піддаються абразивному зношенню. Зносостійкість тертьових деталей вертлюга знижується в результаті нагрівання від тертя.

До вертлюга висуваються такі основні вимоги:

– поперечні габарити не повинні перешкоджати його вільному переміщенню уздовж вишки при нарощуванні бурильної колони і спуско-підіймальних операціях;

– швидкозношувані вузли і деталі повинні бути зручними для швидкої заміни в промислових умовах;

– підвід і розподіл мастила повинні забезпечити ефективне змащення і охолодження тертьових деталей вертлюга;

– пристрій для з'єднання з талевим блоком повинен бути надійним та зручним для швидкого відведення і винесення вертлюга з шурфу.

Вертлюги, які застосовуються в бурінні експлуатаційних і глибоких розвідувальних свердловин, мають спільну конструктивну схему і відрізняються в основному за допустимим осьовим навантаженням. На рис. показано будову бурового вертлюга. Корпус 4 вертлюга виготовляється з вуглецевої або низьколегованої сталі і являє собою пустотілий відливок із зовнішніми бічними кишенями для стропа 12, за допомогою якого вертлюг підвішується до гака талевого механізму. Строп має дугоподібну форму і круглий поперечний переріз. Він виготовляється методом вільного кування з легованих сталей марок 40ХН, 38ХГН, 30ХГСА. На висаджених кінцях стропа розточуються отвори для пальців 7, які з'єднують строп з корпусом вертлюга.

Пальці встановлюються в горизонтальних розточеннях кишень і корпуса і фіксуються від випадіння та проворотів за допомогою стопорної планки 8, яка входить в торцевий паз пальця і приварюється до корпусу вертлюга. При відведенні ведучої труби в шурф строп вертлюга відхиляється від вертикалі і займає положення, зручне для роз'єднання і з'єднання його з гаком талевого механізму. Кут повороту стропа обмежується стінками кишень корпусу вертлюга і не перевищує 450. Пальці стропа мають мастильні канавки і отвори з різьбленням для пружинних маслянок. Різьба мастильних отворів використовується для загвинчування рим-болтів, за допомогою яких проводиться розпресування пальців вертлюга. У корпусі вертлюга на упорних і радіальних підшипниках обертається стовбур 5 із перехідником 1 для з'єднання вертлюга з ведучою трубою бурильної колони. Стовбур являє собою сталевий циліндр з центральним прохідним отвором для промивальної рідини і з зовнішнім фланцем для упорних підшипників. Стовбур обертається з частотою бурового ротора і сприймає навантаження, створювані бурильною колоною і промивною рідиною, що нагнітається в свердловину. У порівнянні з іншими несучими вузлами і деталями стовбур вертлюга найбільш навантажений. Це висуває підвищені вимоги до його міцності. Стовбури вертлюгів виготовляють з фасонних поковок, одержуваних методом вільного кування. Завдяки застосуванню таких заготовок знижуються витрати матеріалу та витрати на механічну обробку. Для стовбурів використовують сталі марок 40Х, 40ХН, 38ХГН, які отримують в результаті кування більш досконалу кристалічну структуру і підвищені механічні властивості.

Осьове положення стовбура вертлюга фіксується упорними підшипниками 6 і 9. Основна опора стовбура – підшипник 6, навантажується вагою стовбура і бурильної колони, коли вертлюг за допомогою стропа утримується в підвішеному стані. Допоміжною опорою стовбура є підшипник 9, він навантажується власною вагою корпуса та інших необертових деталей, коли вертлюг спирається на стовбур, а строп вертлюга знаходиться у вільному стані. Це відбувається при установці вертлюга з ведучою трубою в шурф і в процесі буріння свердловини, коли внаслідок недостатньої ваги бурильної колони навантаження на долото доповнюють вагою вертлюга.

У розглянутій конструкції вертлюга в основній опорі стовбура встановлено упорний підшипник з короткими циліндричними роликами. Завдяки укороченій довжині знижується ковзання роликів відносно кілець при обертанні стовбура. Це позитивно впливає на зношення і нагрівання підшипників. Підшипники з конічними і сферичними роликами мають більшу навантажувальну здатністю в порівнянні з підшипниками, що мають короткі циліндричні ролики. Тому в сильно навантажених вертлюгах переважно застосовуються упорні підшипники з конічними або сферичними роликами.

Для центрування роликів відносно стовбура підшипник 6 забезпечений внутрішнім сепаратором. Зовнішній сепаратор фіксує ролики від зсуву під дією відцентрових сил. У менш навантаженій допоміжній опорі використовується кульковий упорний підшипник. Стовбур центрується в корпусі радіальними роликовими підшипниками 3 та 10. Упорні підшипники центруються по кільцю, встановленому на стовбурі. Друге кільце вільне і завдяки цьому самоцентрується відносно тіл кочення підшипника.

Осьове положення стовбура і натяг підшипників 9 і 10 регулюються прокладками між корпусом 4 і кришкою 14 вертлюга. Осьовий натяг нижнього радіального підшипника регулюється установочною втулкою, нагвинченою на стовбур вертлюга, яка зафіксована від відгвинчування стопорними гвинтами. Зовнішнє кільце підшипника утримується пружинним стопором, встановленим в кільцевому пазі корпусу. Для з'єднання вертлюга з ведучою трубою бурильної колони використовується змінний ніпельний перехідник 1, який оберігає різьблення стовбура від зносу і механічних пошкоджень. У зв'язку з тим що стовбур вертлюга і верхній перехідник ведучої труби мають внутрішні різьби, для їх з'єднання використовується перехідник ніпельної типу. З метою запобігання самовідгвинчування при обертанні долота стовбур вертлюга, перехідники і верхній кінець провідної труби мають ліву різьбу. Нижній перехідник ведучої труби і всі інші з’єднання бурильної колони мають праву різьбу, що збігається з напрямком обертання долота.

Корпус вертлюга закривається верхньою 14 і нижньою 2 кришками з центральними отворами для вивідних кінців стовбура. Кришки кріпляться до корпуса болтами. Верхня кришка забезпечена стійками і другим фланцем, на якому укріплено відведення 11 для з'єднання вертлюга з буровим шлангом. З відведення промивна рідина надходить у прохідний отвір стовбура через проміжний пристрій 13.

Порожнина між корпусом 4 з кришками 14, 2 і стовбуром вертлюга 5 заповнюється рідким мастилом для змащення основного і нижнього радіального підшипників. Стакан 15 стовбура утворює окрему масляну ванну для змащення допоміжного і верхнього радіального підшипників. Мастило заливається через отвір у верхній кришці корпусу. Для зливу відпрацьованого мастила передбачено отвір в нижній кришці корпусу. Рівень мастила перевіряється контрольної пробкою, нагвинченою в корпус вертлюга. Масляні отвори закриваються різьбовими пробками.

З'єднання вертлюга з автоматичним елеватором здійснюється за допомогою пристрою (рис. 5), що складається з петльових стропів 2, перехідної скоби 3 і траверси 5. Траверса надівається на строп 7 вертлюга і з'єднується з перехідною скобою віссю 4, закріпленою гайкою 9 і шплінтом 10. Положення траверси фіксується рамками 6, закріпленими на стропі вертлюга хомутами 8.

Вертлюг підвішується до талевого механізму за допомогою стропів 2, що з'єднують перехідну скобу з автоматичним елеватором 1, встановленим на талевому блоці. Для фіксації стропів від випадіння провушини автоматичного елеватора і перехідної скоби кріпляться болтами. При установці вертлюга в шурф стропи витягують і автоматичний елеватор звільняється для виконання спуско-підіймальних операцій. Основні технічні параметри бурових вертлюгів

Див. також Верхній привод бурової установки

Література Довідник «Буріння свердловин», т.1, т.2, т.3, т.4, т.5. Мислюк М. А., Рибчич І. Й., Яремійчук Р. С. Київ.: Інтерпресс ЛТД, т.1 — 2002. — 363с., т.2 — 2002. — 304с., т.4 — 2012. — 608 с. т.3 — 2004. — 294с., т.5 — 2004.-373с.

Войтенко В. С., Вітрик В. Г., Яремійчук Р. С., Яремійчук Я. С. Технологія і техніка буріння. Узагальнююча довідкова книга. — Львів — Київ, 2012. — С. 10 — 15. Бойко В. С., Бойко Р. В. Тлумачно-термінологічний словник-довідник з нафти і газу. Тт. 1-2, 2004—2006 рр. 560 + 800 с. Білецький В. С. Основи нафтогазової інженерії [Текст]: підручник для студентів вищих навчальних закладів. / Білецький В. С., Орловський В. М., Вітрик В. Г. - Львів: «Новий Світ- 2000», 2019 – 416 с. Орловський В. М., Білецький В. С., Вітрик В. Г., Сіренко В. І. Бурове і технологічне обладнання. Харків: Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, НТУ «ХПІ», ТОВ НТП «Бурова техніка», Львів, Видавництво «Новий Світ — 2000», 2021. — 358 с. Орловський В. М., Білецький В. С., Сіренко В. І. Буріння нафтових і газових свердловин. Редакція «Гірничої енциклопедії», Полтава: НТП «Бурова техніка», Львів, Видавництво «Новий Світ-2000», 2024. — 409 с. ISBN 978-966-418-488-2