Лабораторна робота №1
Вивчення конструкцій, принципу роботи механічних трубних і штангових ключів та визначення параметрів ключа АПР-2ВБ
1.5 Загальні відомостіВ нафтогазопромисловій справі для механізації СПО при ремонтах свердловин застосовують приводні механізми, які призначені для захоплення та утримання колони НКТ і штанг, обертання ключів при згвинчуванні та розгвинчуванні різьбових з'єднань.
Для труб широке застосування знайшли механізми АПР-2ВБ, АПР-2ВБМ, КМУ-50, КАРС з електроприводом і АПР-ГП,
КМУ-ГП-50 з гідравлічним приводом. Моделі механізмів з гідроприводом використовуються в поєднанні з агрегатами для підземного ремонту свердловин.
В комплект обладнання для механізації СПО колони насосних штанг входять механізми АШК-ТМ і КШЕ.
Таке обладнання, як правило, відносять до механічних ключів, використання яких дозволяє у 2-3 рази скоротити час на проведення СПО при підземному ремонті свердловин. Основна технічна характеристика перелічених ключів приведена в таблиці 1.1.
Для механізації і автоматизації СПО з НКТ широко застосовується механічний ключ (автомат) АПР-2ВБ. АПР-2ВБ являє собою агрегат, який складається із обертового пристрою з черв'ячним редуктором і водилом, корпуса, автоматичного спайдера зі змінними клинами, що утримують колону в підвішеному стані і частково сприймають реактивний момент, центратора, який направляє колону при її переміщенні і захопленні по центру автомата, інерційного пристрою для регулювання з допомогою маховика обертового моменту, балансира з вантажем і приводу з реверсивним вибухобезпечним перемикачем
Водило, обертаючись з певною частотою, передає обертове зусилля трубному ключу (КТГУ, КТДУ), який попередньо закріплюється на верхній трубі. Нижню частину колони труб від провертання утримує стопорний ключ (КСМ), який входить в комплект АПР-2ВБ. Монтаж і демонтаж автомата АПР-2ВБ проводиться згідно існуючих інструктивних карт (інструктиві карти додаються).
Модель автомата з об'ємним гідравлічним приводом АПР-ГП забезпечує плавне регулювання обертового моменту на водилі. Приводом є гідродвигун (НПА-64), автомат укомплектований золотниковим краном і запобіжним клапаном, яким регулюється величина обертового моменту.
Універсальний механічний ключ КМУ-50 (рис. 1.2). Розрізна конструкція спайдера і блока для обертання (розрізна шестерня із
закріпленим водилом) дає можливість застосовувати його для виконання ремонтних робіт на свердловинах, обладнаних для експлуатації різними способами, в тому числі, установками заглибних електровідцентрових насосів. Перед операціями згвинчування або розгвинчування колона НКТ заклинюється в спайдері. Встановлюючи блок обертання на колону труб та провертаючи його навколо осі кронштейна, привареного до спайдера, досягають співпадання фіксатора блока
обертання з пазом на спайдері. Трубний ключ, який закріплений на трубі при обертанні водила згвинчує або розгвинчує різьбове з'єднання.
Розрізна конструкція спайдера і обертача дозволяє швидко проводити демонтажні роботи з ключем, що особливо важливо при виникненні аварійних ситуацій на свердловині. На базі ключа КМУ-50 розроблено механічний гідроприводний ключКМУ-50-ГП, що працює від автономних гідравлічних станцій або гідравлічних систем агрегатів для підземного ремонту свердловин.
Аналогічне призначення має автоматичний ключ КАРС
(рис. 1.3). Він складається із розрізного редуктора з вмонтованим в нього трубозатискним пристроєм і укомплектований спайдером зі змінними клинами. Конструкція ключа має ряд переваг, серед яких слід виділити:
- наявність пристрою для дискретного регулювання обертового моменту, який міняється в залежності від діаметра НКТ;
- можливість контролювати величину обертового моменту в діапазоні 4-х позицій відповідно для труб діаметром 48, 60, 73 і 89 мм;
- комплектація ключа вузлом позиціювання, що дозволяє працювати з ексцентричними різьбами та зміщенням підйомного агрегату відносно осі свердловини;
- наявність трубозатискного пристрою, який виконано заодно із редуктором і спайдером, що виключає необхідність в застосуванні ручних трубних ключів.
Основна відмінність привода ключа КАРС в порівнянні з
КМУ-50 є наявність відцентрової муфти, яка захищає електродвигун від перевантажень. Керування електродвигуном здійснюється із кноп-кового поста керування через магнітний пускач.
При ручному згвинчуванні штанг не завжди забезпечується надійність з'єднання штангових колон. Недостатньо надійне згвинчування призводить до: порушення монолітності стику торців муфти і ніпеля, розгвинчування штанг, проникнення в різьбове з'єднання корозійно-активних компонентів, що призводять до руйнування штанг. Для надійного згвинчування насосних штанг при опусканні колон та прис-корення СПО призначений автоматичний штанговий ключ
АШК-ТМ (рис. 1.4). Ключ включає два блоки - блок редуктора, блок стійки та штанговий елеватор. В блок редуктора входять: захоплю-вальний пристрій зі змінними штанговими ключами для захоплення штанги, стопорний пристрій колони штанг з комплектом змінних стопорних ключів, маховики, що монтуються на валу електродвигуна для регулювання величини обертового моменту та пульт керування.
Блок стійки включає направляючу воронку, змінні перевідники для з'єднання з устям свердловини та поворотний кронштейн, на якому змонтовано блок редуктора, що може обертатись навколо осі свердловини. Крім цього сам редуктор може вільно обертатись відносно осі електродвигуна.
а)
1 - блок обертача; 2 - блок керування електродвигуном;
3 - електропривод
б)
а) загальний вигляд; б) блок обертача
1 - корпус ключа; 2 - черв'ячне колесо; 3 - підвіска; 4 - корпус клина; 5 - плашка; 6 - водило; 7 - вісь балансира; 8 - основа підвіски;
9 -вкладишіцентратора; 10 - п'ядесталцентратора; 11 - фіксатор;
12 - червяк; 13 - направляючий фланець; 14,15 - маховик; 16 - повзун;
17 - втулка; 18 - вилка; 19 - балансир
Рисунок 1.1 - Ключ автомат АПР-2ВБ для підземного ремонту свердловин
1 - блокуюча рукоятка; 2 - механізм співпадання профілів робочої
шестерні і корпуса; 3 - водило; 4 - редуктор; 5 - електродвигун; 6 - змінний маховик; 7 - кронштейн; 8 - обертач; 9 - спайдер
Рисунок 1.2 - Універсальний ключ КМУ-50
1 - обертач; 2 - електроінерційний привод; 3 - блок керування
приводом; 4 - пристрій позиціювання; 5 - спайдер; 6 - вузол
вказівника обертового моменту; 7 - корпус
Рисунок 1.3 - Автоматизований ключ КАРС
Ключ КМШЕ складається із блока обертання і блока керуванняння (рис. 1.5). Блок обертання має нерухому частину, яка монтується на усті свердловини і редуктор з циліндричною передачею від швидкохідного вала, який муфтою з'єднаний з валом електродвигуна. До колеса-шестерні (основних робочих органів редуктора) приварене водило. На корпусі ключа розміщена відкидна вилка, яка виконує функції елеватора, що утримує колону штанг в підвішеному стані при СПО. Для згвинчування-розгвинчування штанг на квадрат нижньої штанги встановлюється стопорний ключ, а на квадрат верхньої - ручний штанговий ключ, якому через водило передається обертовий момент. Максимальний обертовий момент, який необхідний для розгвинчування штанг, досягається застосуванням маховика, що кріпиться на нижньому кінці швидкохідного вала редуктора.
Основними вимогами, що ставляться до якості згвинчування різьбових з'єднань є забезпечення їх міцності і герметичності. Забезпечення надійної герметичності є особливо важливим для різьбових з'єднань трубних колон. Герметичність і міцність різьбових з'єднань безпосередньо зв'язані із величинами і характером розподілу контактних тисків на поверхні витків різьби, що оцінюється величиною натягу. В свою чергу контактний тиск при інших рівних умовах (якість і точність виготовлення різьби, матеріал та інше) залежить від прикладеного моменту згвинчування. Тому в процесі згвинчування різних типорозмірів НКТ для забезпечення рекомендованого натягу необхідним є їх згвинчування з оптимальним обертовим моментом.
В зв'язку з цим у настановах з експлуатації НКТ приведені оптимальні моменти згвинчування різьб та допустимі їх відхилення (табл. 1.2). Крім того, в паспортах механізму приводу ключів для механізації СПО приводяться максимальні значення обертових моментів, які вони розвивають (табл. 1.1).
Із наведеного вище аналізу випливає, що переважна більшість механічних ключів не забезпечує плавного регулювання моментів згвинчування-розгвинчування і не має пристроїв для контролю їх величини. Безперечно, що величина обертового моменту, крім перелічених вище факторів, залежить також і від кута відводу водила і кількості ударів по трубному ключу при операціях згвинчування-розгвинчування.
І - блок редуктора; II - блок стійки; III - спеціальний штанговий
елеватор;
1 - змінні штангові ключі; 2 - редуктор; 3 - маховики (змінні);
4 - пульт управління; 5 - електропривод; 6 - кронштейн; 7 - воронка;
8 - перехідник; 9 - стопорний пристрій
Рисунок 1.4 - Автоматизований штанговий ключ АШК -ТМ
1 - водило; 2 - відкидна вилка; 3 - редуктор; 4 - електродвигун;
5 - маховик; 6 - гвинти кріплення
Рисунок 1.5 - Штанговий ключ КМШЕ.
АПР-2ВБ, що укомплектований змінними блоками: клиновими під-вісками для НКТ різних типорозмірів і центраторами. Стенд пристосований для імітації процесу згвинчування-розгвинчування різьбових з'єднань НКТ, вище наведених типорозмірів. На пульті керування виведено кнопки реверсування і зупинки процесу та встановлено контрольно-вимірювальний прилад, що фіксує величину моменту згвинчування-розгвинчування з'єднань в залежності від заданого режиму роботи механічного ключа АПР-2ВБ. В якості приладу для контролю величини обертових моментів використовується амперметр-самописець. Його шкала проградуйована відповідно до моментів згвинчування-розгвинчування. Для цього попередньо проведено тарування приладу за допомогою динамометра стиску, який встановлюється між водилом і рукояткою трубного ключа. За величиною зусилля, зафіксованого динамометром при різних кутових положеннях водила і радіусом його прикладення до різьбового з'єднання, виз-начають величину обертового моменту при операціях згвинчування-розгвинчування. Графічні залежності між числовими значеннями обертових моментів і показами амперметра додаються.
Верхній торець корпуса автомата проградуйований в інтервалах від 0 до 360О через кожні 45О. Це дає можливість фіксувати водило в заданому положенні для дослідження режимних параметрів згідно методики першого етапу випробувань.