Вопрос 5.5. Трубные и штанговые механические ключи

В комплексе основных работ, связанных с подземным ремонтом скважин, наиболее тяжелые и трудоемкие - это операции по спуску и подъему насосно-компрессорных труб и штанг. Они в зависимости от характера ремонта и числа, находящихся в скважине труб и штанг, занимают от 50 до 80 % от общего баланса времени, затрачиваемого на ремонт скважины.

Применение автоматов для работы с трубами и штангами позво­ляют в 2...3 раза увеличить темп спускоподъема и повысить качество крепления резьбы.

Для механизации и частичной автоматизации наиболее трудоем­ких ручных операций при спуске и подъеме насосно-компрессорных труб широкое применение получили автомат АПР-2ВБ с приводом от электродвигателя и АПР-ГП с гидравлическим приводом. При ре­монте скважин с погружными электронасосами находят применение механические ключи типов КМ У и КАРС грузоподъемностью 500 кН, при капитальном ремонте - гидравлический трубный ключ КПГ и КПР-12. Для работы со штангами ключ АШК-М.

-272-

Автомат - 2ВБ используется для механического свинчивания и развинчивания труб, обеспечивает автоматический захват и удер­жание на весу колонны насосно-компрессорных труб спайдером, цен­трирует колонну труб центратором. При работе с автоматом исполь­зуется следующий инструмент: элеваторы ЭГ, трубные ключи КТМ и стопорные ключи КСМ. Вместо указанных могут быть применены ключи КТГ и КТД.

В настоящее время применяются автоматы АПР-2ВБ с приводом от электродвигателя (рис. 5.26) и АПРТП с гидравлическим приводом.

Автомат АПР-2ВБ с взрывобезопасным электроприводом состо­ит из следующих узлов: блока автомата, блока электрического инер­ционного взрывобезопасного привода с реверсивным взрывобезопас­ным переключателем, клиновой подвески и центратора.

Блок автомата представляет собой корпус 1 клинового спайдера с червячным редуктором (червячное колесо 5, червяк 6) и водилом 7, передающим вращающее усилие трубному ключу. Редуктор защищен кожухом, образующим масляную ванну. Блок автомата крепится к пьедесталу центратора.

Клиновая подвеска 2 состоит из направляющей с кольцевым ос­нованием, к которому шарнирно подвешены три клина.

Клинья для 48, 60 и 73-мм труб - сборные и состоят из корпуса клина и сменных плашек, закрепляемых шплинтами. Клинья для 89 и 114-мм труб - монолитные. Для передачи усилия от труб к кли­новой подвеске применяется подкладная вилка. Ее подкладывают под муфту очередной поднимаемой трубы в момент ее появления над подвеской. При опускании колонны муфта давит на вилку, подвеска утепляется и клинья захватывают трубу. После этого вилку вытаски­вают, трубу отвинчивают, а муфту очередной трубы захватывают эле­ватором и поднимают.

Блок центратора для 48, 60, 73 и 89-мм труб состоит из пьедеста­ла, к которому тремя шпильками крепится блок автомата. Внутри центратора фиксатором крепится втулка 4. Для работ со 114-мм тру­бами применяют специальный центратор, вкладыш которого имеет форму колодки. Центратор автоматически центрирует колонну труб относительно блока автомата при их спуске и подъеме и предотвра­щает попадание в скважину каких-либо крупных предметов.

Для перемещения клиновой подвески вверх в процессе работы автомата служит балансир с грузом.

Блок электропривода с переключателем состоит из взрывобезо­пасного электродвигателя АСВ-41-4А специального исполнения 1 мощностью 3,5 кВт и инерционного устройства, позволяющего зна­чительно увеличить момент на водиле при отвинчивании труб, а так­же при завинчивании труб большого диаметра.

 

-273-

Рис. 5.26 Автомат АПР - 2ВБ

а - блок автомата: 1- корпус; 2 -клиновая подвеска; 3 - пьедестал с фиксатором;

4 - втулка нентратора; 5 - червячное колесо; 6 - червяк; 7 - водило;

8 - ось фиксатор балансира; б - блок привода; 7 - электродвигатель; 2 - маховик,

3— муфта блокировки маховика, 4 - червяк с подшипниками;

5, 6 - пробки для заливки и слива масла в червячном редукторе

Инерционное устройство представляет собой маховик 2, установ­ленный на валу двигателя. Маховик соединяется с валом муфтой 3. На приводе смонтировано штепсельное соединение, позволяющее присоединить электродвигатель к реверсивному пускателю ПРВ-ЗС.

Он специальным кабелем с нефтестойкой изоляцией соединяет­ся с промысловой сетью. Пускатель предназначен для запуска, ревер­сирования и остановки двигателя. Во время работы автомат крепят двумя болтами к фланцу эксплуатационной колонны.

 

-274-

Для работы на скважинах, оборудованных бесштанговыми элект­ронасосными установками ЭЦН, применяются специальные автома­ты АПР-2ЭПН (автомат АПР-2 с автоматической приставкой, осна­щенной центрирующим устройством и механизмом съема и надева­ния хомутов). Они позволяют механизировать свинчивание и развин-чивание насосно-компрессорных труб с диаметрами от 48 до 114 мм и обеспечивают надевание хомутов для крепления токонесущего ка­беля диаметрами от 27,5 до 34,7 мм на колонну труб при ее спуске в скважину, удержание, освобождение и центрирование колонны труб и снятие хомутов при подъеме колонны труб.

Автомат АПР-ГП имеет, в отличие от автомата АПР-2ВБ, гид­равлический объемный привод с питанием от автономной гидравли­ческой станции или от гидравлической системы агрегатов для под­земного ремонта скважин. Гидропривод обеспечивает стабильность вращающего момента при свинчивании труб; система его регулиров­ки проста. В качестве двигателя используется гидромотор НПА-64, а вращающий момент регулируется настройкой предохранительного клапана Г52-14.

Универсальный механический ключ КМУ - 50 предназначен для механизации операций по свинчиванию - развинчиванию, удержа­нию колонны насосно-компрессорных труб в процессе текущего ре­монта скважин, эксплуатируемых оборудованием всех видов, вклю­чая погружные электронасосы. Ключ (рис. 5.27) состоит из блока вра­щателя 8с электроприводом 5, спайдера 9 с блоком клиньев и блока управления электроприводом.

Вращатель - двухступенчатый редуктор с прямозубой цилинд­рической передачей, рабочим органом которого служит разрезное колесо с установленным на нем водилом. Корпус вращателя и раз­резное колесо имеют прорезь для пропуска насосно-компрессорных труб. Прорези колеса и корпуса вращателя совмещаются механизмом, расположенным на корпусе вращателя. Подшипником скольжения разрезного колеса служит бронзовая втулка. Для перекрытия зева вращателя предусмотрено специальное устройство.

Привод ключа КМУ-50 электрический инерционный взрывобезопасный с питанием от промысловой сети напряжением 380 В. Элек­тродвигатель ключа типа В100 442-5, исполнения ВЗТ-4В, мощнос­тью 3 кВт. Ключ оснащен блоком управления электропривода с кабе­лем КРПСН 3X4-1X2,5.

Вращатель с электроприводом прикреплен быстросъемными за­жимами к поворотной стойке, состоящей из плиты-кронштейна, при­варенного к спайдеру.

Инерционное устройство позволяет регулировать крутящий мо­мент на водиле ключа путем установки соответствующих сменных

 

 

-275-

Рис. 5.27. Ключ механический универсальный КМУ

1 - блокировочная рукоятка; 2 - механизм совмещения прорезей рабочей шестерни

и корпуса; 3 - водило; 4 - редуктор; 5 - электропривод; 6 - сменный маховик;

7 - кронштейн; 8 - вращатель; 9 - спайдер

маховиков. Управление электроприводом осуществляется посред­ством магнитного пускателя и кнопочного поста управления.

Полуавтоматический спайдер состоит из разрезного корпуса спай­дера, сменных блоков клиньев для труб диаметром 66, 73 и 89 мм, рукоятки управления и хомута. К корпусу спайдера приварен крон­штейн для установки вращателя. Вращатель на кронштейн крепят с помощью оси и болта.

Для совмещения вращателя в рабочем положении со спайдером служат фиксатор на вращателе и паз на спайдере.

Блок клиньев состоит из трех корпусов со сменными плашками. Раскрытие клиньев блока осуществляется пружиной.

При проведении спускоподъемных работ колонна насосно-компрессорных труб под муфту заклинивается в полуавтоматическом спайдере. Ключ надвигается на колонну труб вращением вокруг оси, при этом фиксатор скользит по поверхности корпуса спайдера, дохо­дит до упора и под действием пружины входит в паз. На трубу наде­вают трубный ключ. Вращением водила в нужную сторону для свинчивания или развинчивания труб управляют с кнопочного пульта.

Ключ КМУ-50 работает в комплекте с элеваторами типа ЭТА, труб­ными ключами типа КТДУ или КТГУ и стопорными ключами КОМ.

 

-276-

Ключ выполнен в виде блоков, что создает удобство при монтаже и транспортировке, прост в эксплуатации, обеспечивает высокие тем­пы работы. Разрезная конструкция спайдера и вращателя позволяет применять ключ на скважинах, оборудованных погружными элект­ронасосами, а в аварийных ситуациях- быстро демонтировать ключ с устья скважины.

Ключ подвесной разрезной КПР - 12 предназначен для свинчивания и развинчивания бурильных и насосно-компрессорных труб в процессе текущего и капитального ремонтов скважин.

Он состоит (рис. 5.28) из трубного ключа 2, выполняющего про­цесс свинчивания и развинчивания труб при расчетном крутящем моменте, и гидравлического аг­регата, обеспечивающего требу­емый расход и давление масла в гидросистеме.

Трубный ключ представляет собой двухскоростной цилинд­рический редуктор с разрезной рабочей шестерней, в которой устанавливаются сменные захва­ты. Комплектуется съемным сто­порным устройством. Привод от гидромотора.

Гидравлическая насосная станция - электроприводная; со­единяется с ключом гидравли­ческими рукавами высокого дав­ления; устанавливается на рас­стоянии до 10 м от скважины

Управление ключа располо­жено на корпусе ключа. Ключ на стационарной вышке или на вышке передвижного агрегата подвешивают на тросе диамет­ром не менее 16 мм. Трос крепят при помощи трех зажимов. Во из­бежание перегибов троса и выхо­да его из строя применяют про­ушины соответствующих разме­ров. Высота подвески ключа на кронштейне должна составлять не менее 5 м, с тем, чтобы угол по­ворота кронштейна обеспечивал

 

-277-

подвод и отвод ключа к устью скважины и обратно. Гидроподъемник 8 регулирует высоту подвески ключа в зависимости от расположе­ния муфты трубы.

Диаметр троса, удерживающего ключ от реактивного момента при его работе, должен быть также не менее 16 мм.

Захваты под трубы сменные, заменяют их при выключенном гид­равлическом агрегате.

Гидроподъемник 8 устанавливают на ключ до его подвешивания. Ключ подвешивают в следующей последовательности: амортизатор 9, гидроподъемник 8, подвеска 12, ключ 2, стопор 1.

Горизонтальное положение ключа достигается регулировкой бол­тами 6 и винтом 11 подвески 12. Удерживающие тросы должны нахо­диться в горизонтальном положении и жестко быть закреплены.

Колонна труб монтируется на спайдере или элеваторе. Ограни­читель ключа устанавливается в положение «развинчивание». Ключ надвигается на колонну труб, закрывая створку. Раскрепление трубы выполняется на низшей передаче, после чего на высшей передаче про­изводится отвинчивание трубы. В случае отсутствия спайдера или малого веса колонны труб следует обязательно применять стопор. После окончания отвинчивания трубы производится реверсирование ключа до совмещения прорезей шестерни и корпуса. При этом захва­ты освобождают трубу, открывают створку, снимают ключ с трубы и отводят его в сторону.

Свинчивание производится аналогично. При этом ограничитель ключа устанавливается в положение «свинчивание», а ограничитель крутящего момента на насосной станции - в положение, соответству­ющее спускаемым в скважину трубам.

Ключ КАРС предназначен для механизации операций по свинчиванию- развинчиванию и автоматизации операций по захвату, удер­жанию на весу и освобождению колонны насосно-компрессорных труб при текущем и капитальном ремонтах скважин.

Ключ (рис. 5.29) состоит из разрезного редуктора с вмонтирован­ным в него трубозажимным устройством (вращатель 1, спайдер 5 с блоком клиньев), устройства позиционирования 4, узлов указателя крутящего момента 6 и совмещения прорезей роторной шестерни и корпуса 7, электроинерционного привода 2 и блока управления при­водом 3. Вращатель ключа выполнен в виде двухступенчатого редук­тора с прямозубой цилиндрической передачей. Рабочим органом слу­жат роторная шестерня с вмонтированным в нее трубозажимным ус­тройством, что исключает наличие в комплекте трубных ключей.

Вращение от электродвигателя к вращателю передается через цен­тробежную муфту, позволяющую резко снизить перегрев двигателя за счет снижения пусковых токов. Вращатель снабжен устройством

 

 

-278-

Рис. 5.29. Ключ КАРС

1 - вращатель; 2 - электроинернионный привод; 3 - блок управления приводом; 4 - устройство позиционирования; 5 -спайдер; 6 -узел указателя крутящего момента;

7 -корпус

 

дискретной регулировки крутящего момента (в зависимости от диа­метра свинчиваемых и развинчиваемых насосно-компрессорных труб), развиваемого ключом, без разборки и отсоединения каких-либо деталей. Наличие этого устройства приводит к значительному сокра­щению времени на переналадку ключа по сравнению с ключами типа КМУ-50.

Устройство позицирования надежно обеспечивает отслеживание за резьбой, как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях и резко снижает нагрузки на ключ при свинчивании и развинчивании резьбовых соединений. Наличие узла указателя крутящего мо­мента позволяет повысить надежность свинчиваемых соединений. Узел совмещения прорезей роторной шестерни и корпуса работает

 

-279-

при минимальных нагрузках на совмещающем штыре и обеспечива­ет совмещение за один - два оборота роторной шестерни.

Особенность электроинерционного привода ключа КАРС по срав­нению с ключом КМУ-50 - наличие центробежной муфты, предох­раняющей электродвигатель от перегрузок. Управление электродви­гателем осуществляется с кнопочного поста управления через маг­нитный пускатель. Вращатель с электродвигателем крепят к каретке спайдера, который (практически не отличается от спайдера ключа КМУ-50) состоит из разрезного корпуса, сменных блоков клиньев, рукоятки управления, каретки и указателя крутящего момента в диа­пазоне четырех позиций при работе с разными диаметрами насосно-компрессорных труб.

Ключ штанговый КШЭ предназначен для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений насосных штанг. Он состоит (рис. 5.30) из блока вращателя, блока управления и специального штанго­вого элеватора. Блок вращателя представляет собой редуктор с пря­мозубыми колесами. К одному концу быстроходного вала редуктора 3 при помощи полумуфты присоединен электродвигатель 4, на дру­гой конец вала при помощи шлицев устанавливают маховик 5 для получения необходимого крутящего момента для свинчивания и раз-

Рис. 5.30. Ключ штанговый КШЭ:
1 - водило; 2 - откидная вилка; 3 - редуктор; 4 - электродвигатель;
5 - маховик; 6 - винты управления

 

-280-

винчивания резьбовых соединений насосных штанг. Маховик фик­сируется пружиной и огражден кожухом.

На большом колесе-шестерне приварено водило. Откидная вил­ка на втулке корпуса выполняет роль второго элеватора и служит для удержания колонны штанг на весу в процессе подъема или спуска.

Блок управления электродвигателем состоит из электромагнит­ного пускателя, кнопочного поста управления, соединенных кабелем со штепсельными разъемами.

Пост управления кнопочный; его устанавливают на двух специ­альных шпильках. Электродвигатель крепят в двух положениях в за­висимости от места расположения оператора. Принцип работы клю­ча заключается в следующем. После посадки колонны штанг на от­кидную вилку, на квадрат нижней штанги устанавливают стопорный ключ, а на квадрат верхней штанги - штанговый ключ. Затем вклю­чением электродвигателя осуществляют свинчивание или развинчивание штанг в зависимости от выполнения технологического процес­са. Спускоподъемные операции производят посредством специаль­ного элеватора, захватывающего штангу за квадрат.

В зависимости от размера штанг, с которыми проводится работа, в корпус штангового элеватора вставляют соответствующие вклады­ши и запорное кольцо, а в откидной вилке устанавливают соответ­ствующую вставку.

Перед пуском ключа снимают кожух и устанавливают маховик определенного диаметра, обеспечивающего определенный крутящий момент для данного соединения штанг.

Буровой ротор с гидроприводом входит в комплект агрегата А - 50 и предназначен для производства буровых работ, а также для механического свинчивания и развинчивания бурильных и насосно-компрессорных труб.

В сварном корпусе 26 (рис. 5.31) размещены шестеренчатый ре­дуктор, клиновой захват, подвески 5, 6, 7, 8 и другие детали. Ротор получает вращение от гидромотора через шестерни, составляющие двухступенчатый понижающий редуктор. К шестерне 2 7 прикреплен вращающийся диск с приваренными к нему двумя ребрами. К ребрам
крепится водило. Наличие лабиринтных уплотнений исключает воз­можность попадания внутрь корпуса влаги. Клиновой захват пред­назначен для удержания колонны труб на весу и рассчитан на приме­нение труб диаметром 51, 63, 89 мм, что достигается сменой сухарей или клиньев. Подъем и опускание клиньев производятся рычагом 20, на котором помещен груз, уравновешивающий вес клиньев. Реверси­
рование гидромотора достигается изменением направления потока жидкости трехпозиционным золотником, находящимся на пульте управления.

 

-281-

 

 

Рис. 5.31. Буровой ротор с гидроприводом:

1 - водило; 2 - валик; 3, 28 - столы ротора; 4 - роликоподшипник; 5, 6, 7, 8 - подвески размерами соответственно 60, 73, 89, 102 мм; 9 - вкладыш ротора; 10, 14, 15 -крышки;

11 - гидромотор; 12 - роликоподшипник; 13 - шестерня; 16 - вал шестерни:

17 - шпонка призматическая; 18 - втулка, 19 - шестерня; 20 - рычаг; 21 - груз; 22 - валик;

23, 24, 25 - центраторы диаметрами соответственно 60, 73, 89 мм; 25 - корпус;

27 - шестерня