§ 2. Устройства для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений бурильных колонн

Устройства для свинчивания предназначены для захвата бу­рильных труб и замков одного или нескольких размеров. К ним относятся: механические ключи, приспособления и механизмы для свинчивания и раскрепления резьбовых соединений. В процессе бурения иногда используют комбинированные колонны из труб нескольких диаметров, поэтому смена ключа во время спуска или подъема ее нежелательна, так как занимает много времени.

Для предварительного свинчивания хорошо смазанных резьб замков 114—iGS-мм бурильных труб и свечи длиной 25 ж необходи­мый момент составляет 100—500 н-м.

249

Если резьбы не смазаны, а свечи кривые, момент может дости­гать 3000 Н'м и более, однако этого стремятся не допускать. Во избежание порчи резьбы свинчивание ведется со скоростью вращения, не превышающей 60 об/мин, и моменте не свыше 800—1000 н -м.

Крепление резьб свечей осуществляется для 73—114-лш буриль­ных труб с моментом 1—2 кн-м; для 114—168-жл* труб — 2—3 кн-м.

При раскреплении резьб замков необходимый момент может со­ставлять 10—50кк-.м, а в некоторых случаях для 168-.м.и труб -— 100 кн-м.

Крепление и раскрепление осуществляются верхней и нижней частями механических ключей или двумя машинными ключами и пневмора скрепите лем.

Время, затрачиваемое на крепление или раскрепление бурильного замка, составляет обычно 3—5 сек; на свинчивание и развинчива­ние — 15—30 сек. Ключи обычно производят без ремонта 100 тыс, и более свинчиваний и развинчиваний.

Механические и машинные ключи для облегчения работы с ними подвешиваются в буровой на противовесах. Механизирован­ные ключи с автоматическим захватом, укрепляемые на колонне или шарнирах, выполняются так, чтобы их можно было убирать от оси скважины для того, чтобы не мешать работам во время буре­ния и других операций.

Механические ключи для свинчивания и крепления резьб

Для облегчения и быстрого свинчивания, развинчивания, кре­пления и раскрепления резьб бурильных замков применяют меха­нические ключи различных конструкций. Эти механизмы не требуют затраты физических усилий при их зарядке, имеют угол поворота, достаточный для того, чтобы

произвести крепление с одной 5213 4

зарядки, и не требуют боль­шой затраты времени на каждое крепление и раскре­пление.

Рис. IX-4. Подвесной

I — цилиндр с двумя поршнями; 2 — рычаги с ре лики ведущие; е — труба бурильная; 7 — ролики

п невм о ц ил нн др

На рис. IX-4 показан пневматический подвесной ключ для свинчивания и крепления труб и замков диа­метрами от 114 до 219 мм. Такие ключи развивают кру­тящий момент при свинчива­нии и развинчивании до 1700 н-м и при креплении 15—60 кн-м. Привод ключа осуществляется поршневыми или шестеренчатыми пневмо-двигателями. Скорость вра-

250

щения ведущих [роликов равна 65—70 об/мин. Ключи этого типа работают при давлении воздуха 0,5—1 мн/м*. Расход воздуха на каждое свинчивание составляет 0,8—1,1 нм³.

Ключи состоят из двух рычагов, на концах которых укреплены ведущие ролики с насечкой с приводом для вращения от пневмодви-гателей. Противоположные концы рычагов соединены с горизонталь­ным сдвоенным пневматическим цилиндром, поршни которого

пневматический ключ.

дукторами; з — пневмодвигатели; ^ — корпус ключа; & — ро-ваправляющие; s — подвеска; S — блок подвески ключа; ю — подъема ключа.

251

воздействуют на рычаги. Поршни, раздвигаясь, разжимают рычаги и прижимают ведущие ролики к замку.

Механизированный ключ по конструкции аналогичен конструк­ции пневматического подвесного ключа, но монтируется на колонне и приводится в движение от пневмодвигателя. Такие ключи разви­вают крутящий момент при раскреплении до 60 кк-л1Ипри отвинчи­вании до 25 кн-м. Крутящий момент при свинчивании резьбы трубы достигает до 800 н-м при давлении воздуха до 1,0 мн/м².

Ключ рассчитан на захват труб и замков с диаметрами от 114 до 212 мм. Расход воздуха на одно свинчивание составляет 1,2 нм^г при скорости вращения трубы до 80 об/мин.

Ключ состоит из турбозажимного устройства, понизительного редуктора, маховика с муфтой ограничения крутящего момента, пневмодвигателя, цилиндра зажима челюстей и блока цилиндров управления.

Для крепления и раскрепления резьбовых соединений бурильных замков момент, развиваемый двигателем, бывает во много раз меньше потребного. Как показывает практика, для крепления потребный момент в 5—6 раз, а для раскрепления в 9—12 раз больше номиналь­ного момента двигателя, установленного в ключах. Поэтому для этих операций используют кинетическую энергию вращающихся масс двигателя и передач.

Если крутящего момента двигателя и энергии вращающихся частей ключа недостаточно для поворота на полный угол при кре­плении или раскреплении, то эти операции повторяют два-три раза. В существующих ключах угол развинчивания ср при раскреплении за одно включение составляет 10—15°.

Расчет деталей ключа на статическую прочность производится по максимальному моменту, а на долговечность по номинальному моменту двигателя по общим методам расчета деталей машин.

Приспособление и механизмы для свинчивания, крепления и раскрепления резьбовых соединений

Если отсутствуют механизированные ключи, предварительное свинчивание труб осуществляют катушкой лебедки с помощью пенькового каната, цепочки или стального тросика, набрасываемых в несколько витков вокруг трубы. При этом оставляют запас каната в несколько метров, который держат в руках, осуществляя предва­рительную натяжку его, а второй конец набрасывают на шпилевую катушку.

Для предварительного свинчивания иногда применяют круговые ключи, представляющие собой катушку, состоящую из двух частей, соединенных осью и закрываемых затвором.

На катушку наматывают стальной тросик с петлей на одном конце, которая накидывается на крючок. Второй конец тросика соединен с пеньковым канатом, наматываемым на катушку лебедки. Для труб каждого размера и типа предназначен соответствующий

252

круговой ключ. Катушки рассчитаны на тяговое усилие каната до 10 кн.

При креплении и раскреплении резьбовых соединений труб применяют два машинных ключа одинаковых по конструкции: один ключ (задерживающий) — неподвижный, а второй (завинчива­ющий) — подвижный. Рычаг задерживающего ключа соеди­няется тросом с вышкой, а ры­чаг подвижного ключа с тросом, соединенным с раскрепите-лями.

Ключи, наброшенные на обе половины замка, прочно за­хватывают гладкую поверх­ность и поворачивают одну половину замка на 15—45° от­носительно другой. С учетом деформации, проскальзывания ключей и неисправности зам­ковой резьбы угол поворота ключа выбирают до 150°.

Рис. IX-5. Ключ универсальный ма­шинный трехчелюстный.

1 — защелка; 2 — челюсть; 3 — подвеска; 4 — винт подвески; 5 — кольцо; е — болт установки рычага; 7 -— удержка; s — рычаги; в — корпус; 10 — челюсть соединительная; 11 — сухарь.

Большинство конструкций ключей рассчитаны на захват трубы и ее замка без смены пла­шек и других деталей. Для .того чтобы ключи при захвате не сминали и не портили трубу или замок и не оставляли на них глубоких рисок, плашки или сухари выполняют с косой насечкой. Для удержания клю­чей в горизонтальном положе­нии предусмотрены устройства.

Применяют машинные клю­чи, охватывающие трубу или замок с количеством челюстей от двух до четырех. Ключи, предназначенные для захвата труб одного размера, выполня­ются с меньшим числом челюстей, а универсальные — с боль­шим.

На рис. IX-5 показан универсальный трехчелюстный пятишар-нирный мощный ключ. Этот ключ обеспечивает захват труб и зам­ков всех ходовых размеров бурильных и обсадных труб диаметром от 89 до 351 мм. Одна из челюстей имеет паз с тремя выступами, в который входит запирающее устройство. Три паза позволяют устанавливать ключ для захвата труб соответственно трех раз­меров.

253

Детали ключей (рычаги, челюсти, замки, подвески и др.) изгото­вляют из среднеуглеродистого стального литья легированного хро­мом, никелем, кремнием и из других сталей с термообработкой до твердости HRB = 240 -н 323.