Лекция. Устройства для свинчивания и развинчивания труб. Назначение. Типы

Назначение

Устройства свинчивания-развинчивания труб, которые традиционно называют ключами, предназначены для механизации или автоматизации свинчивания и развинчивания труб в процессе спуско-подъёмных операций. В качестве вспомогательных функций можно назвать: сборку забойных компоновок и двигателей, удержание труб на устье скважины, проворачивание колонны труб в скважине, перемещение труб для укладки.

Принцип действия

Операции развинчивания труб обычно осуществляются в следующей последовательности: подведение ключа к трубе (трубы к ключу); захват трубы для удержания от поворота и передачи вращения; срыв резьбы; отвинчивание трубы; освобождение соединения от захватов; отведение ключа от трубы (трубы от ключа). Обычно все эти операции выполняет один ключ, но иногда для срыва и докрепления резьб применяются дополнительные ключи. В установках с подвижным вращателем функции ключа часто выполняет вращатель.

Классификация

По назначению ключи классифицируют по следующим признакам: по типу труб (БТ, ОТ, НКТ, Ш), области работ (разведочное бурение, глубокое бурение, ремонт). Кроме того, в бурении широко применяются специальные ключи, предназначенные для сборки-разборки бурового инструмента, например, ключи для работы с породоразрушающим инструментом. Существуют также специализированные ключи, предназначенные для раскрепления (срыва) и докрепления резьбы.

По способу выполнения функции развинчивания-свинчивания труб все ключи можно разделить на ключи с непрерывным и дискретным (прерывистым) вращением трубы при свинчивании-развинчивании.

По конструктивному типу ключи можно классифицировать по конструкции устройств, обеспечивающих выполнение основных технологических функций.

Параметры

Главными параметрами ключей следует считать диаметр развинчиваемых труб и крутящий момент. В соответствии с этими параметрами достаточно трудно сформировать типоразмерный ряд, так как наиболее часто ключи стараются делать универсальными.

Конструкция

1) Универсальный машинный ключ

Ключ УМК-1 состоит из четырёх шарнирно соединённых между собой челюстей 4, 5, 7, 8 и рычага 6. В комплект ключа входят две сменные челюсти 8, одна из которых предназначена для захвата труб диаметрами 108…178 мм, вторая - для труб диаметрами 140…212 мм. Все челюсти соединены между собой и с рычагом при помощи пальцев 2. Ключ закрывается защёлкой 1, прикреплённой к челюсти 4. Машинный ключ под действием смонтированных на корпусной челюсти 4 пружин 3 должен автоматически закрываться после установки его на трубу. В челюсти 7 простроганы два паза типа «ласточкин хвост», в которые вставляются сменные плашки с насечкой (сухари УМК). Сухари обеспечивают достаточный момент трения в начале затяжки ключа, когда нормальное давление челюстей на трубу ещё относительно небольшое. В дальнейшем челюсти плотно обхватывают трубу и создаётся усилие, предупреждающее проскальзывание ключа по поверхности трубы, муфты или замка.

Два машинных ключа УМК-1 подвешены в горизонтальном положении у ротора на специальных канатах, которые перекинуты через блоки, прикреплённые к поясам вышки. К другим концам каната подвешиваются грузы, уравновешивающие ключи. Благодаря уравновешиванию ключи легко передвигаются по вертикали в процессе спуско-подъёмных операций на необходимую высоту. Один из ключей ставится для задержки трубы от проворачивания. Для этого его хвостовик соединён канатом с ногой вышки. Этот ключ надевается на замковую муфту нижней трубы и отводится в крайнее положение. Второй ключ подвешен с противоположной стороны ротора. Он надевается на замковый ниппель верхней трубы. Хвостовик ключа соединён канатом со штоком пневмораскрепителя буровой лебёдки. За один ход пневмораскрепителя ключ проворачивается на 60…70°. Этот ключ относится к ключам дискретного действия.

2) Стационарные автоматические буровые ключи.

Стационарные автоматические буровые ключи являются одним из узлов, без которых невозможно выполнение СПО с помощью комплекса механизмов АСП (КМСП).

По конструкции эти ключи можно классифицировать по двум признакам:

1. По расположению относительно центра скважины:

- отводные; вращатель и нижнее трубо-зажимное устройство перемещаются к центру скважины и обратно, а также поворачивают в горизонтальной плоскости на шурф для наращивания. Подвод (отвод) осуществляется пневмоцилиндрами. Верхнее и нижнее трубо-зажимные устройства выполнены разрезными в виде вилки (разрезной вращатель);

- постоянно находящиеся на центре скважины; верхнее и нижнее трубозажимные устройства замкнутые, и колонна проходит сквозь них (проходной вращатель). Блок ключа перемещается по направляющим по вертикали, в зависимости от высоты разъёма бурильной колонны. Кроме того, ключ может поворачиваться в горизонтальной плоскости на шурф для наращивания.

2. По способу свинчивания (развинчивания) замковых соединений:

- инерционного типа верхнее трубоза-жимное устройство разгоняется вхолостую, накапливается энергия в маховике, затем челюсти сводятся на замке, происходит свинчивание (развинчивание) соединения, например, ключАКБ-ЗМ2;

- безынерционного типа: челюсти верхнего и нижнего трубозажимных устройств зажимаются на замке, включается высоко-моментная передача редуктора ключа, происходит страгивание резьбы замкового соединения, затем редуктор переключается на вторую скорость быстрого вращения. К этому типу относятся ключи типа АКБ-4, КБГ-2.

а) Ключ АКБ-3М2.

Ключ буровой автоматический двухскоростной с пневмоприводом АКБ-ЗМ2. Общий вид ключа показан на рис. 3.2.20, а. Ключ предназначен для свинчивания (развинчивания) замковых соединений с ограничением крутящего момента бурильных, УБТ, обсадных и НКТ в процессе проведения СПО. Он состоит из блока ключа 1, колонны 5 с кареткой 6, пульта управления 4. Блок ключа включает в себя коробку передач 3, приводной двигатель 2, планетарный редуктор, ограничитель момента. В корпусе ключа смонтировано верхнее трубозажимное устройство. Оно же является вращателем отворачиваемой (заворачиваемой) свечи (трубы). Нижнее трубозажимное устройство 7 зажимает муфту выступающего из ротора конца бурильной колонны и воспринимает реактивный момент во время свинчивания (развинчивания). На кронштейне корпуса коробки передач и крышке планетарного редуктора смонтирован ограничитель крутящего момента. Требуемый момент на свинчивание замкового соединения задается вручную. Ограничение момента происходит при работе ключа на медленной передаче, когда выполняется докрепление резьбы. Момент сопротивления в резьбе и момент, развиваемый пневмомотором, возрастает, соответственно возрастает и реактивный момент на корпусе планетарного редуктора. Когда момент, развиваемый ключом, достигнет заданной величины, открывается клапан сброса давления. Давление с входа пневмомотора сбрасывается, и он останавливается. Процесс свинчивания прекращается.

н на ключа с

1 – колонна ключа с кареткой; 2 – блок ключа; 3, 4 – валик; 5 – вилка; 6 – пульт управления

Рисунок – Ключ АКБ-3М2

б) Ключ АКБ-4

в) Ключ КБГ-2

Ключ буровой автоматический стационарный с гидроприводом КБГ-2. Ключ предназначен для механизации свинчивания-развинчивания бурильных, УБТ, обсадных, НКТ, долот с контролем и автоматическим ограничением крутящего момента, а также для механизации наращивания бурильной колонны через дополнительный шурф. Ключ КБГ-2 состоит из вращателя 1, стопорного ключа 2, механизма позиционирования 3, пульта управления, силовой установки, коммуникаций. Особенность конструкции ключа КБГ-2 - верхнее и нижнее трубозажимные устройства замкнутого типа, Кроме того, он всегда находится на центре скважины и перемещается по вертикали вверх (вниз) и может разворачиваться на шурф при наращивании бурильной колонны.

Вращатель содержит трубозажимное устройство замкнутого типа с рычагами, на которых установлены челюсти. Рычаги, поворачиваясь на своих осях, подводят и зажимают челюстями трубу при свинчивании или развинчивании. Крутящий момент передается от гидромотора через редуктор на шестерню, в которой вмонтированы эти рычаги.

Стопорный ключ является механизмом, который удерживает трубу, посаженную на ПКР, от поворота, в процессе свинчивания, докрепления, страгивания, развинчивания резьбового соединения. Он также является основанием, на которое устанавливается вращатель. На его хвостовике размещен датчик крутящего момента.

На передней части корпуса размещены гидроцилиндры, которые предназначены для подъема-спуска вращателя с захваченной трубой (свечой), в целях устранения осевого давления от веса трубы (свечи) и подъёма (спуска) ниппеля из муфты в процессе свинчивания (развинчивания).

Механизм позиционирования предназначен для удержания, подъёма, спуска ключа в процессе СПО, для центрирования его в горизонтальной плоскости, а также для поворота в сторону при освобождении центра скважины или для работы на дополнительном шурфе при наращивании. Механизм состоит из опоры вращения, на которой крепится стойка с направляющими, по которым перемещается каретка с блоком ключа. Спуск (подъём) каретки с ключом осуществляется гидроцилиндрами, собранными в единый блок. В опору вмонтирован реечный механизм поворота ключа.

В опору встроен пневмокомпенсатор, который служит для компенсации от случайных ударов по ключу элеватора или талевого блока. Пневмокомпенсатор автоматически возвращает ключ в исходное положение после его задавливания вниз принудительно элеватором. Спуск-подъём блока ключа может осуществляться с пульта управления. На каретке смонтирован указатель крутящего момента, состоящий из компенсационного цилиндра и электроконтактного манометра. Электроконтактный манометр служит для ограничения момента, величина которого регулируется.

С пульта управления осуществляется управление всеми механизмами ключа силовой установки, а также контроль за качеством свинчивания и развинчивания резьбовых соединений труб.

Силовая установка и коммуникации. Емкость гидробака силовой установки равна 280 литров. Электродвигатель вращает аксиально-поршневой насос с регулятором мощности. На маслобаке установлены фильтры очистки гидрожидкости с индикатором загрязнения и воздушный фильтр. Система автоматического контроля содержит датчики-реле уровня масла и температуры, а также системы блокировки уровня масла, повышения температуры, повышения давления в гидросистеме.