54. Механические ключи. Их конструктивные схемы и принцип работы, основные технические характеристики.

Трубные ключи предназначены для свинчивания и развинчива­ния труб при спуско-подъемных операциях.

Несмотря на широкое применение механических трубных ключей, на промыслах постоянно выполняется большое число операций по свинчиванию или развинчиванию труб вручную из-за невозможности использования в отдельных случаях меха­нических ключей. Поэтому дальнейшее совершенствование труб­ных ключей для ручной работы не теряет своей актуальности.

Главные из этих требований, предъявляемых к трубным ключам: надежный захват (без проскальзывания труб) как при минимальных, так и при максимальных вращающих моментах, полное исключение повреждения трубы или муфты, снижающее ее прочность, высокая надежность в любых условиях исполь­зования.

Трубный ключ должен надежно передавать вращающий мо­мент трубе, необходимый как для ее свинчивания, так и для развинчивания, когда необходимый начальный момент от­винчивания, как правило, намного больше момента свинчи­вания. Эта надежность должна сохраняться при работе с тру­бами, имеющими допустимые отклонения от номинального раз­мера, загрязненными парафином, смолами, увлажненными ми­нерализованной водой, нефтью, покрытыми слоем коррозии. На надежность ключа не должна влиять окружающая среда: сероводород, низкие температуры, осадки.

Принцип действия трубных ключей, получивших широкое применение, заключается в использовании эффекта «самоза­тяжки», т. е. нарастания обжимающего трубу усилия по мере увеличения вращающего момента. Поскольку моменты, необхо­димые для открепления резьбовых соединений, весьма велики, то и обжимающее усилие достигает весьма большой величины, при определенных условиях может превысить допустимую с точки зрения сохранения устойчивости трубы в зоне захвата ее ключом и привести к ее разрушению.

В начальный момент свинчивания или развинчивания трубы, обжимающее усилие минимально, а поэтому внутренняя поверхность ключа оснащается острым элементом — сухарем, слегка врезающимся в тело трубы. Однако этот элемент захва­тывает трубу ключом только в начальный момент, а затем по мере нарастания обжимающего усилия возникает контакт по­верхностей ключа и трубы, которая начинает проворачиваться за счет сил трения.

Такой механизм взаимодействия ключа и трубы приводит к двум последствиям: во-первых, сухарь несет значительную нагрузку, что может привести к его быстрому износу, во-вто­рых, обжим трубы ключом вызывает в его деталях весьма боль­шие распорные усилия, а это делает необходимым выполнение всех элементов ключа весьма прочными, а следовательно, и тяжелыми, что отрицательно сказывается на условиях труда и темпе выполнения операций.

Поэтому и с точки зрения надежности захвата ключом трубы, и с точки зрения производительности и облегчения труда большое значение имеют износостойкость сухарей и прочность элементов ключа.

В нефтепромысловых процессах используются трубные ключи для насосно-компрессорных или бурильных труб. (По­следние применяются при капитальном ремонте скважин.) Ключи для НКТ отличаются много меньшими диаметральными размерами, а необходимые моменты не превышают 6—7 кН·м. Ключи для бурильных труб рассчитаны в основном на трубы (или замки) больших размеров и намного большие моменты — вплоть до 60—120 кН·м.

Ключи всех типов используются не только для вращения трубы, но и для воспринимания реактивного момента. При муфтовых трубах и работе со спайдером ключ, вращающий трубу, надевается на нее, а ключ, воспринимающий реактивный момент, при спуске труб — на нижнюю трубу, при подъеме — на муфту. Это обеспечивает исключение возможности отвинчи­вания нижней муфтовой резьбы, а при спуске колонны — недокрепление нижней муфтовой резьбы.

Для свинчивания — развинчивания насосных штанг ис­пользуются простейшие штанговые ключи, рассчитанные на захват квадратной части штанги.