§ 5. Буровые крюки и крюкоблоки

Буровые крюки и крюкоблоки предназначены для подвешивания при помощи штропов с элеватором обсадных и бурильных колонн при спуске и подъеме, поддержания на весу бурильной колонны с вертлюгом во время бурения, а также для подъема, спуска и под­таскивания вспомогательных грузов в про­цессе бурения и монтажно-демонтажных работ.

При спуско-подъемных операциях крюк и вертлюг снимаются с крюка. Для сокращения затрат времени на от­винчивание свечей при подъемах буриль­ных колонн крюки сжабжаются пружи­нящим устройством, осуществляющим подъем ствола с рогом крюка и одной све­чей с элеватором и штропами.

Длина хода ствола несколько больше длины замковой резьбы.

Пружинящее устройство значительно ускоряет операции подъема, так как при его исправной работе не требуется после отвинчивания приподнимать лебедкой свечу для установки ее в магазин.

Рис. VI1-8. Внешний вид пластинчатого крюка гру­зоподъемностью 125 т.

При подъеме колонны ,вся нагрузка во время сжатия пружины восприни­мается корпусом крюка. Зевы рогов снаб­жаются запорными устройствами, пред­охраняющими штропы элеваторов и хомут вертлюга от соскакивания во время ра­боты. Зев крюка также снабжается авто­матически закрывающейся скобой с по­душкой и защелкой. Открыть защелку может только оператор. Для стопорения в процессе бурения крюк также снаб­жается защелкой.

Трехрогие крюки (рис. VII-8) уни­версальны и приспособлены для за­хвата различных по конструкции хомутов вертлюгов и штропов элеватора. Соединяются они с талевыми блоками при помощи хомута и подвески. В крюкоблоках крюк представляет одно целое с талевым блоком или присоединяется непосредственно к нему. Крюкоблоки изготовляются тех же грузоподъемностей, что и крюки.

Буровые крюки подразделяются по грузоподъемности, конструк­тивному устройству и способу изготовления. В Советском Союзе в соответствии с размерным рядом изготовляют крюки грузоподъ­емностью 50, 75, 125, 200 и 300 Т, в США этот ряд составляет 25, 50,

199

75, 100, 125, 150, 200, 400 и 500 Т. По конструкции крюки подразде­ляются на одно-, двух- и трехрогие.

Двух- и трехрогие буровые крюки имеют ряд преимуществ по сравнению с однорогими. При подвеске штропов на боковые рога зев и рог крюка могут быть значительно меньших размеров. Это уменьшает вес крюка и позволяет применять одноветвевые облегчен­ные штропы и оставлять их висящими на крюке в процессе бурения.

Однорогие крюки применяют в установках небольшой грузо­подъемности там, где время, затрачиваемое на спуск и подъем, невелико и вес крюка и штропов не имеет большого значения.

По способу изготовления крюки выполняют коваными, состав­ными, пластинчатыми и литыми.

»

Буровые крюки

Конструкция крюка определяется выполняемыми ими функциями и технологическими возможностями завода-изготовителя.

В Советском Союзе в буровых установках для глубокого бурения в основном применяются трехрогие литые и пластинчатые крюки. Литые крюки обтекаемой формы более легкие, удобны в эксплуата­ции, но для их изготовления требуется сложное и высококачествен­ное литье. Крюк крепится шарнирно к проушине ствола, который пропущен через стакан с пружиной и сверху закреплен гайкой. Ствол через гайку, стакан и подшипник опирается на корпус. Стакан снаб­жен легко управляемым стопорным устройством, закрепляющим крюк в нужном положении в процессе бурения.

Ход ствола крюков ограничен расстоянием 130—200 мм. При полной нагрузке ствол своим фланцем садится на площадку стакана, сжимает пружину, но не доводит ее до полного соприкосновения витков. Усилие сжатия пружины составляет около 30-10³ -г- 50-10³ н. В разжатом состоянии усилие пружины составляет около 10-Ю³ -г--т- 25-10³и, это усилие достаточно для подъема свечи длиной 25— 38 ж с элеватором и штропами. Защелка зева крюка выполняется достаточно длинной для облегчения завода его в хомут вертлюга при захвате из шурфа.

Пластинчатые крюки более просты в изготовлении. Главный рог их состоит из пластины с отверстием, в которое запрессована тра­верса, образующая боковые рога. Корпусы выполняются из сталь­ного литья и имеют карманы для соединения со штропом. Корпус, ствол и гайка закрывают сверху колпаком для защиты полости стакана от грязи и влаги.

Двурогие крюки применяются для подвески вертлюгов, снаб­женных устройствами для подвешивания их на штропах. В этом случае на штронах подвешивают как вертлюг при бурении, так п элеватор во время спуско-подъемных операций.

Подвеска вертлюгов с обычными хомутами осуществляется через серьгу, укрепленную в центральном отверстии двурогого крюка.

Тело литых крюков изготовляется из конструкционной марте­новской углеродистой или легированной стали с содержанием

200

углерода 0,2—0,4% и подвергается термической обработке для улучшения механических свойств (предел текучести о_т ^ 550 Мн/м², предел прочности а_в ^ 700 Мн/м²).

В пластинчатых крюках пластины _____

главного рога толщиной до 30 мм из- I

готовляют из легированной конструк­ционной листовой стали со следующими механическими свойствами: предел те­кучести а_т ^ 700 Мн/м*, предел проч­ности а_в 5г 900 Мн/м², твердость HRB = 263 ч- 321. Пластины соединены между собой заклепками. Подушки зева крюка изготовляются из стального хромо-никелевого литья.

Оси для подвешивания штропов эле­ватора изготовляют из среднеуглероди-стых легированных хромом и никелем сталей.

Стволы крюков изготовляют из высоколегированных хромо-никелевых, среднеуглеродистых сталей с термооб­ работкой до твердости: HRB = 187 -=- -*• 235 (a ;=s 750 Мн/м²; а_т ^

^ 000 Мн!м*; о_! ^ 300 Мн/м*).

Хомуты изготовляют изхреднеугле-родистой стали (0,3 -н 0,45 С). Для под­вешивания штропов элеватора в литых крюках проушины отливают за одно целое с крюком и для предохранения от соскакивания штроп закрывают ско­бами.

Крюк о блок и

Крюкоблок представляет собой со­вмещенную конструкцию талевого бло­ка и крюка. Крюкоблок грузоподъем­ностью 400 т с трехрогим крюком по­казан на рис. VII-9.

Рис. VII-9. Крюкоблок шар­нирным соединением литого крюка с талевым блоком.

1 — блок; 2 — ко/кух; 3 — ось блока; ,^р — ось подвески; j -- ствол; б — подшипники роликовые кони­ческие; 7 — пружина; 8 — аащелка хобота; 9 ~ хобот; Ю — литой крюк; 11 — корпус.

201

Крюкоблоки имеют ряд преиму­ществ: меньшую высоту, более легкую и компактную конструкцию, что по­зволяет уменьшить высоту вышки.

Вследствие большого веса крюко-блоков, особенно при больших грузо-подъемностях, их трудно оттягивать верховому при надевании элеваторов на свечи, а также и заводить крюк в хомут вертлюга. Для облегчения

этой операции в конструкциях хобот выполняют более длинным, а крюк шарнирно соединяют с талевым блоком, укрепляя его за верхнюю часть.

Крюкоблоки выполняются обычно так, чтобы крюк легко мог быть отсоединен от талевого блока, а блок превращен в обычный талевый блок.

Принцип расчета буровых крюков и крюкоблоков

В крюках и крюкоблоках рассчитывают основные грузонесущие части: рог крюка, ствол, пружину, подвеску крюка, подшипник, хомут, пальцы его подвески и другие детали. »

Детали буровых крюков аналогично кронблокам и талевым бло­кам рассчитывают на прочность по пределу текучести выбранной марки стали при действии наибольшей нагрузки и по пределу уста­лости от действия эквивалентной нагрузки.

Главный рог в трехрогих крюках рассчитывают на полный вес только бурильной колонны. Вспомогательные рога и каждый рог двурогого крюка под штропы элеватора рассчитывают на статическую прочность по наибольшей нагрузке при спуска-подъеме бурильных или спуске обсадных колонн. Так как крюк подвешен на гибкой подвеске, то считается, что нагрузка равномерно распреде­ляется на оба рога.

Буровые крюки имеют очень узкое технологическое назначение, рассчитываются под определенные хомуты и штропы и имеют мень­шие размеры зевов и изогнутой части крюка, чем обычные универ­сальные однорогие крюки, благодаря чему эти крюки значительно легче обычных.

В пластинчатых крюках изогнутая часть имеет прямоугольное сечение, в кованых — трапециевидное и в литых — П-образное или Т-образное сечение с округленными углами.

На рис. VII-10 приведены схемы сечений крюков с П-образной и прямоугольной формой. Широкое основание сечения обращено к зеву, при этом центр тяжести сечения приближается к центру зева и момент, изгибающий тело крюка, уменьшается.

Из этих же соображений размеры зева а выполняют минималь­ными с таким расчетом, чтобы поместился только хомут вертлюга.

D

Буровые крюки выполняются с отношением -г- <С 5 (Л — радиус

кривизны нейтрального слоя; h — высота тела крюка). В таких случаях расстояние у между центром тяжести сечения и нейтраль­ным слоем значительно, поэтому буровые крюки рассчитываются по общепринятым методам, как брусья с большой кривизной.

Ствол крюка и другие детали. Стволы буровых крюков и крюкоблоков выполняются различных конструктивных форм. Во избежание появления усталостных трещин резьба на стволе изготовляется трапецеидальной или с закругленными впади­нами.

202

Хомуты выполняются различной конфигурации: круглого, пря­моугольного и овального переменного сечения и рассчитываются на прямых участках на растяжение, в изогнутой частя и проуши­нах — как брус с криволинейной осью равного сечения.

Пружины являются весьма ответственной частью конструкции буровых крюков. Хотя вследствие поломки ее не происходит аварии или падения груза, но крюк теряет одно из своих важных техноло­гических качеств, что ведет к увеличению затраты времени на опера­ции подъема колонны бурильных труб. Пружины рассчитывают, исходя из следующих условий. Предварительно сжатая, она должна

п

а

Нейтральный' *~Цептр спой тяжести сеченая

д

Л

Рис. VII-10. Схемы сечений крюков.

а — литого; б — П-образное сечение; в — пластинчатого крюка.

развивать усилие, равное полуторакратной силе тяжести свечи наибольшего размера. Стрела прогиба пружины принимается на 20—60% больше длины замковой резьбы. В сжатом состоянии витки не должны полностью соприкасаться, чтобы иружина не могла вос­принять полного веса колонны. Зазор между витками в сжатом состо­янии выбирается обычно равным 3—5 мм.

Для уменьшения жесткости число витков выбирают по возмож­ности большим, обычно 10—15. В некоторых конструкциях для уве­личения подъемной силы применяют две концентрические пружины, однако это усложняет конструкцию и не дает большого эффекта. При технологических трудностях, связанных с изготовлением пру­жин большой длины, применяют составные пружины с разделитель­ными шайбами. При такой конструкции в случае поломки может быть заменена только часть пружины.

Поверхность опорного буртика, воспринимающая полную нагруз­ку, рассчитывается на смятие. Упорный подшипник бурового крюка рассчитывается только на статическую прочность по максимальной действующей нагрузке, так как он поворачивается только

203

периодически. В буровых крюках применяют обычно специальные упорные шарикоподшипники без сепараторов. Шарики выбирают стан­дартных размеров диаметром 25—50 мм в зависимости от грузоподъем­ности. Обоймы подшипников обычно изготовляют из шарикоподшип­никовой стали с термообработкой до твердости HRC ^ 56.