ключ для свинчивания и развинчивания замковых соединений скважинных труб

Формула изобретения

1. Ключ для свинчивания и развинчивания замковых соединений скважинных труб, содержащий верхний и нижний соосно спаренные корпуса с встроенными в них кольцевыми приводными трубозажимными устройствами со сменными захватными элементами для зажима и вращения верхней трубы верхним устройством, для зажима и удержания от поворота нижней трубы нижним устройством, позиционер вертикального перемещения ключа с осью его технологического поворота и привод, отличающийся тем, что в корпусах для привода трубозажимных устройств установлены промежуточные шестерни, сочлененные зацеплениями с приводными шестернями, имеющими общий технологический вал с зубчатым колесом быстроходной ступени привода, при этом позиционер снабжен механическим фиксатором от проворота и выполнен в виде нижнего основация с цилиндрической расточкой, верхнего основания с плитой и с нижней частью в виде цилиндрического стакана и гидроцилиндра, причем нижний корпус ключа установлен на плите верхнего основания позиционера, гидроцилиндр размещен внутри цилиндрического стакана, а последний встроен в цилиндрическую расточку нижнего основания позиционера.

2. Ключ по п.1, отличающийся тем, что верхний и нижний корпуса ключа соединены между собой откидными болтами, а нижний корпус скреплен болтовыми соединениями с верхним основанием позиционера и зафиксирован от поворота механическим фиксатором.

3. Ключ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что привод вращения верхней трубы, удержания от поворота нижней трубы, поворота верхнего корпуса относительно нижнего и поворота всего ключа относительно технологической оси позиционера выполнен с дифференциальной передачей и размещен на плите верхнего основания позиционера.

4. Ключ по пп.1 3, отличающийся тем, что в нижний корпус ключа встроен реечный механизм с механическим фиксатором для обеспечения вращения верхнего трубозажимного устройства и неподвижности нижнего трубозажимного устройства при включенном приводе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано на буровых установках для механизации спуско-подъемных операций при сборке или разборке бурильных или обсадных колонн. В настоящее время на буровых установках применяются ключи различных типов, предназначенные для свинчивания или развинчивания насосно-компрессорных, бурильных и обсадных труб, при этом операции по докреплению или раскреплению резьбовых соединений выполняются вручную с использованием комплектов машинных ключей. Наиболее распространенными ключами для свинчивания или развинчивания бурильных труб являются автоматический буровой ключ типа АКБ с открытым зевом и оснащенные пневматическими и гидравлическими приводами стопорения нижней трубы и вращения верхней трубы [1]

К недостаткам этих ключей следует отнести:

ограниченную возможность по величине передачи крутящего момента при свинчивании или развинчивании;

ограниченную возможность применения труб по диаметрам.

Известны ключи высокой степени механизации, имеющие встроенные захватные органы, выполненные в виде двух соосно расположенных механизмов, установленных на консольных опорных площадках и соединенных посредством направляющих вертикального перемещения с поворотными, относительно общих осей, кронштейнами и снабженные узлом позиционирования устройства относительно замкового соединения. В этих ключах для стопорения нижней трубы и вращения верхней трубы используются отдельные привода, выполненные в виде гидроцилиндров, шарнирно соединенных с наружными и внутренними корпусами [2] Вариант [2] выбран за прототип.

Недостатками прототипа являются:

сложность конструкции, выраженная наличием множества шарнирных элементов, подверженных интенсивному износу при эксплуатации;

обязательное наличие жестких направляющих, потребных для гашения реактивных моментов при работе раздельных приводов вращения и стопорения труб;

повышенная трудоемкость по обслуживанию ключа при замене захватных органов при переходе от одного диаметра труб на другой.

Предлагаемый ключ свободен от указанных недостатков.

Предложенное изобретение направлено на сокращение времени замены захватных элементов верхнего и нижнего рабочих органов бурового ключа с одновременным обеспечением надежности узла при увеличении нагрузки на замковые соединения труб, а также на использование ключа для поворота всей буровой колонны при аварийных ситуациях или вращения обсадной колонны при ее спуске. Это достигается тем, что ключ для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений скважинных труб (в дальнейшем ключ) выполнен в виде, при котором в корпуса для привода трубозажимных устройств установлены промежуточные шестерни, сочлененные зацеплениями с приводными шестернями, имеющими общий технологический вал с зубчатым колесом быстроходной ступени привода, при этом позиционер снабжен механическим фиксатором от поворота и выполнен в виде нижнего основания с цилиндрической расточкой, верхнего основания с плитой и с нижней частью в виде цилиндрического стакана и гидроцилиндра, причем нижний корпус ключа установлен на плите верхнего основания позиционера, гидроцилиндр размещен внутри цилиндрического стакана, а последний встроен в цилиндрическую расточку нижнего основания позиционера.

В свою очередь верхний и нижний корпуса ключа соединены между собой откидными болтами, а нижний корпус скреплен болтовыми соединениями с верхним основанием позиционера и зафиксирован от поворота механическим фиксатором.

Кроме того, привод вращения верхней трубы, удержания от поворота нижней трубы, поворота верхнего корпуса относительно нижнего и поворота всего ключа относительно технологической оси позиционера выполнен с дифференциальной передачей и размещен на плите верхнего основания позиционера. Дополнительно в нижний корпус ключа встроен реечный механизм с механическим фиксатором для обеспечения вращения верхнего трубозажимного устройства и неподвижности нижнего трубозажимного устройства при включенном приводе.

Предлагаемая конструкция ключа обеспечивает:

надежность срабатывания замковых элементов трубозажимных устройств при свинчивании-развинчивании замковых соединений труб;

быструю замену трубозажимных устройств или их элементов при износе или переходе на другой типоразмер по диаметру скважинных труб за счет использования независимого поворота верхнего корпуса ключа относительно застопорного нижнего корпуса;

сборку-разборку свечей в шурфах при использовании совместного поворота верхнего и нижнего корпусов ключа относительно технологических осей ключа и позиционера;

простоту конструкции ключа, его обслуживания, сборку, наладку и разборку отдельных узлов за счет использования блочных элементов;

высокую взаимозаменяемость рабочих органов верхнего и нижнего трубозажимных устройств;

высокую технологичность и сравнительно низкую себестоимость изготовления;

отсутствие передачи высоких реактивных моментов механизмам позиционирования ключа.

На фиг. 1 представлен общий вид ключа в разрезе; на фиг.2 то же, вид в плане.

Ключ содержит корпус 1 стопорного ключа и корпус 2 вращателя труб, в которых смонтированы на подшипниковых опорах 3 и 4 зубчатые колеса 5 и 6, со встроенными в них механизмами захвата труб 7 и 8, промежуточные шестерни 9 и 10 и сочлененные с ними эвольвентными зацеплениями приводные шестерни 11 и 12, имеющие общий технологический вал 13. Корпуса 1 и 2 скреплены между собой откидными болтами 14. Корпус 1, в свою очередь, установлен на верхнюю плиту основания 15 позиционера 16, имеющего быстроходный редуктор 17, ведомая шестерня 18 которого сочленена зацеплением через вал 13 с шестернями 11 и 12, и гидропривод 19. Корпус 1 и верхнее основание 15 скреплены болтами 20 и зафиксированы от поворота фиксатором 21. Основание 15 в нижней части имеет цилиндрический стакан 22, встроенный, в свою очередь, в цилиндрическую расточку стакана 23 нижнего основания 24 позиционера 16. Внутри цилиндрического стакана 22 встроен гидроцилиндр 25, шток 26 которого упирается в дно стакана 23. Для фиксирования цилиндрического стакана 22 от поворота в стакане 23 встроен механический фиксатор 27, имеющий педаль 28. В корпусе 1 стопорного ключа встроен реечный механизм 29, содержащий рейку 30, сочлененную зацеплением с колесом 5, две пружины возврата 31 и стопор 32.

Ключ работает следующим образом.

При одновременной замене трубозахватных элементов 7 и 8 у стопорного ключа и вращателя труб 2 необходимо произвести отсоединения откидных болтов 14 и включить привод 19. В этом случае, корпус 1 остается зафиксированным фиксатором 21 с плитой верхнего основания 15 позиционера 16, а корпус 2 вместе с цилиндрическим колесом 6, механизмом захвата труб 9 шестерни 10 и 12 будет поворачиваться относительно технологической оси вала 13. Угол поворота верхнего корпуса 2 определяет оператор.

Одновременный поворот корпуса 1 и корпуса 2 относительно технологической оси вала 13 выполняется при включении привода 19, для чего необходимо произвести зажим корпуса 1 с корпусом 2 посредством откидных болтов 14 и отвести фиксатор 21 верхнего основания 15 позиционера 16.

Одновременный поворот корпуса 1 и корпуса 2 относительно оси позиционера 16 производится при включении привода 19 и отведенном фиксаторе 27 при нажатии на педаль 28. В этом случае корпус 1 должен быть зафиксирован с плитой основания 15 фиксатором 21. Поворот буровой или обсадной колонны производится от привода 19 после опускания стопора 32 в гнездо рейки 30, обеспечивая таким образом неподвижность нижнего колеса 5 и сохраняя возможность вращения колесу 4 вместе с трубозажимным устройством 8.