Умралиев Б.Т., Ермеков М.М. Капитальный ремонт скважин
Подождите немного. Документ загружается.
колонн штанг и труб, удержание их на весу. Она включает трубные и
штанговые элеваторы, спайдеры, ключи, штропы и ряд других
приспособлений, конструкция которых весьма специфична.
Элеваторы
Элеватор — инструмент для захвата и удержания на весу в
вертикальном, наклонном и горизонтальном положении труб или штанг в
процессе спуско-подъемных операций. Различают штанговые
и трубные
элеваторы. Последние, в свою очередь, подразделяют на элеваторы для
бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб.
По конструкции различают двуштропные (балочные) и одноштропные
(стержневые) элеваторы.
Элеваторы характеризуются грузоподъемностью, диаметром труб
(штанг) и собственной массой. Для безопасной и удобной работы на
элеваторах предусмотрены специальные замки и защелки, которые не
позволяют ему раскрыться. Использование рациональной конструкции
диктуется необходимостью сведения к минимуму его массы при заданной
грузоподъемности.
Непрерывная кольцевая поверхность, служащая опорой для торца муфты
трубы при вертикальном положении элеватора, обеспечивает равномерное
распределение усилия по всей окружности торца муфты. При
невыполнении этого условия равнодействующая всех сил не совпадает с
осью трубы и
она помимо растягивающей нагрузки подвергается и
действию изгибающего момента. Это отрицательно сказывается на
долговечности трубы и приводит к сокращению срока ее службы.
Одноштропные элеваторы имеют меньшую по сравнению с
двуштропными массу при одинаковой грузоподъемности, они удобнее в
работе. Это объясняется особенностями их конструкции, в которой
материал подвергается в основном растяжению,
а не изгибу, как в
двуштропных элеваторах. Растяжение предпочтительнее изгиба,
поскольку внутренние усилия распределяются по всему сечению
нагруженной детали равномерно, чего нет при изгибе. Это положение
легко продемонстрировать следующим опытом: сломать карандаш или
спичку руками, прикладывая к ним силу, обеспечивающую их изгиб, не
представляет труда; сделать это же, растягивая их, удается
далеко не
всем.
Элеваторы каждого типа имеют свою предпочтительную область
применения. Конструкция одноштропных элеваторов предусматривает
использование их при спуско-подъемных работах по прогрессивным
технологиям в сочетании с электро- и гидроприводными ключами. В то
же время двухштропные элеваторы более удобны при промывке скважин,
монтаже устьевого оборудования и т. п.
Одноштропный элеватор
ЭГ предназначен для спуско-подъемных
операций при использовании ручных и механических ключей (рис. 3.1).
Элеватор состоит из литого корпуса с боковыми ребрами, имеющего
поперечное сечение сложной конфигурации. В верхней части к корпусу
при помощи двух пальцев крепится литая серьга — штроп. Серьга и
корпус имеют приливы, обеспечивающие их свободный поворот
относительно друг друга
в пределах определенного угла. В нижней части
корпуса предусмотрено утолщение — опорный бурт, нижний торец
которого служит опорной поверхностью элеватора. В нижней части
69
корпуса приварена рукоятка для удержания и оттягивания элеватора в
сторону. В приливе, расположенном в нижней части корпуса, в
вертикальном положении установлен палец, относительно которого может
поворачиваться и перемещаться вверх и вниз подпружиненная створка. В
нижней части створки имеется шип, который при перемещении ее в
нижнее положение входит в паз, расположенный в
опорной части
корпуса. Если
Рис. 3.1 Элеватор ЭГ
1-корпус; 2-защелка; 3-пружина; 4-серьга; 5-палец; 6-ось фиксатора; 7-фиксатор; 8-створка
элеватор не нагружен, то пружина удерживает створку в верхнем
положении, при этом шип не попадает в паз, обеспечивая свободный
поворот ее вокруг оси.
Внутренняя поверхность корпуса элеватора и створки обрабатывается
таким образом, что в нижнем (нагруженном) положении створки опорные
поверхности бурта корпуса и створки находятся в одной плоскости,
благодаря чему
торец муфты опирается на непрерывную кольцевую
поверхность
Створка фиксируется в закрытом положении защелкой, насаженной на
ось и захлопывающейся под действием пружины. В закрытом положении
защелка запирается фиксатором.
При зарядке элеватора труба вводится в него (или же элеватор
надвигается на трубу), створка захлопывается, защелка закрывается и
после перемещения муфты трубы относительно
элеватора вниз, она
нажимает на бурт створки, перемещая ее вниз. В результате шип створки
попадает в паз корпуса, что исключает самооткрывание элеватора под
нагрузкой.
Для открывания элеватора необходимо опустить его по трубе вниз,
чтобы муфта трубы поднялась относительно корпуса вверх, одновременно
с этим приподнимется подпружинная створка и ее шип выйдет из
паза
корпуса. После отжима фиксатора и поворота защелки створка откроется.
Подобное тройное предохранение обеспечивает безопасную работу с
70
элеватором.
Высокая эффективность «стержневой» конструкции, отработанной в
элеваторах ЭГ, дала начало разработкам аналогичных конструкций,
отличающихся стопорными и фиксирующими приспособлениями. К числу
таких относится элеваторы типа ЭТА.
Элеватор ЭТАП (рис. 3.2) включает корпус, соединенный с серьгой с
помощью двух зашплинтованных пальцев. Внутри корпуса расточена
поверхность, на которую опирается узел захвата. При работе элеватора
торцевая поверхность муфты опирается на захват, который передает
усилие корпусу.
Рис. 3.2. Элеватор ЭТАП
Захват состоит из правой и левой
челюстей, соединенных вертикальной
осью со штоком, на котором укреплена
рукоятка.
Рукоятка позволяет перемещать шток
в горизонтальном направлении,
открывая и закрывая при этом челюсти
захвата, а также служит фиксатором.
Для расширения возможностей
элеватора и унификации его
конструкции узел захвата выполнен
быстросъемным и позволяет
использовать один
корпус для работы с
тремя-четырьмя размерами труб. При
работе с элеватором для зарядки его
необходимо выдвинуть рукоятку и
повернуть ее вокруг горизонтальной
оси. При этом челюсти узла захвата
раскроются и выдвинутся из корпуса.
Надвигая элеватор на трубу, рукоятку
поворачивают в исходное положение
— при этом челюсти закрываются и
подхватывают трубу,
обеспечивая
соосное расположение ее и корпуса
элеватора.
После замыкания челюстей рукоятка перемещается к корпусу и ее
положение фиксируется.
Кроме описанных применяются элеваторы ЭЗН в сочетании с захватным
приспособлением и элеваторы ЭНКБ-80 для захвата и удержания
безмуфтовых НКТ. Последний состоит из корпуса, двух створок с
затвором, подпружиненных клиньев, рычага управления и серьги
. В
процессе работы одноштропный элеватор постоянно подвешен да крюке.
При посадке его на трубу створки элеватора автоматически замыкаются и
запираются затвором.
71
Рис. 3.3 Элеваторы ЭТАД
Элеваторы ЭТАД (рис. 3.3) двух-
штропный применяются в тех случаях,
когда свинчивание и развинчивание
колонны труб выполняется вручную. В
комплект инструмента входят: два
элеватора, захватное устройство и два
штропа. Элеватор состоит из корпуса,
имеющего форму балки, по краям
которой расположены пазы для
штропов с подпружиненными
защелками-преохранителями,
выдвижного захвата и рукоятки.
Захват
состоит из шарнирно соединенного с
двумя челюстями штока, приводимого
в действие рукояткой. Запирающее
устройство позволяет фиксировать
челюсти элеватора в крайних
положениях, соответствующих
открытому или закрытому состоянию.
Элеватор-спайдер ЭС 33-52x28 для захвата и удержания на весу
колонн безмуфтовых труб состоит из корпуса, имеющего форму балки, в
нижней части которого располагается опорная
плита. Если инструмент
используется в качестве элеватора, то его подвешивают на штропах за
проушины к крюку талевой системы, если как спайдер, то устанавливают
в него центратора и крепят его опорную плиту болтами к устьевому
фланцу. Корпус элеватора имеет зев, закрываемый створкой, внутри
корпуса располагается клиновая подвеска, включающая три клина и
приводимая в действие рычагом управления, а также располагается
центратор.
Помимо перечисленных при подземных ремонтах применяются
корпусные элеваторы для бурильных и обсадных труб.
Штанговый элеватор ЭШН (рис. 3.4) используете при подъеме и спуске
штанг. Он состоит из корпуса с эксцентричной кольцевой расточкой,
внутри которой вращается втулка, имеющая эксцентрично расположенное
отверстие. В корпусе и
втулке предусмотрены пазы, при совмещении
которых штанга может быть свободно введена или выведена из
элеватора.
После поворота втулки на 180° элеватор запирается, а ось ее
отверстия и соответственно ось запираемой штанги совпадает с осью
элеватора. Втулка фиксируется в корпусе с помощью винтов, концы
которых входят в кольцевой паз, расположенный на ее
боковой
поверхности.
Для предохранения от износа на опорную поверхность втулки
устанавливается вкладыш, фиксируемый винтом.
Корпус шарнирно соединен со штропом шипами, расположенными на
его боковой поверхности. Для удобства работы с элеватором штроп имеет
на внутренней поверхности ряд приливов.
При работе со штангами разных диаметров используются сменные
вкладыши; их изготавливают двух размеров: для
16, 19 и 22-мм штанг и
для 25-мм штанг.
Закрывается и открывается элеватор с помощью шарнирной Рукоятки,
которая в закрытом положении утапливается в зеве корпуса.
72
Штропы служат для подвески элеваторов к крюку талевой системы. В
одноштропных элеваторах эта деталь постоянно соединена с корпусом
пальцами и не отделяется от него в процессе эксплуатации. Для
двухштропных с элеваторов применяются специальные штропы,
представляющие собой стальную петлю овальной формы, вытянутую
вдоль оси. По технологии изготовления различаются цельнокатаные и
сварные
штропы, по назначению — буровые нормальные ШБН, буровые
укороченные ШБУ а эксплуатационные ШЭ. При текущих ремонтах
используют штропы ШЭ.
Спайдер предназначен для захвата, удержания на весу и
центрирования колонны НКТ или бурильных труб при спуско-подъемных
операциях. Спайдер удерживает трубу на весу, захватывая ее с помощью
клиновой подвески. Поэтому с его помощью
можно зафиксировать трубу
при любом положении муфты. Во время работы спайдер устанавливают на
устье скважины.
Спайдер СГ-80 (рис. 3.5) состоит из корпуса, в котором располагаются
клиновая подвеска, сменный центратор и механизм подъема клиньев.
Клиновая подвеска включает три клина, рабочие поверхности которых
снабжены плашками. С помощью петель клинья соединены с
подпружиненной подвеской.
Спайдер обеспечивает постоянную высоту расположения муфты над
клиньями и работает следующим образом. Перед посадкой труб на клинья
подвеска под действием пружины занимает верхнее положение (рис. 3.6,
а). Опускаясь, элеватор воздействует на клиновую подвеску, в результате
чего
Рис. 3.4. Штанговый элеватор ЭШН
клинья перемещаются вниз и захватывают
тело трубы (рис. 3.6, б).
При дальнейшем движении вниз
элеватор под действием собственного веса
продолжает опускать подвеску при
неподвижных клиньях и трубе — это
обеспечивается за счет шарнирной подвески
клиньев. После спуска элеватора в крайнее
нижнее положение (рис. 3.6, в) элеватор
разгружается от веса трубы и может быть
снят. При необходимости клинья
в
спайдере можно перемещать вручную с
помощью специального рычажного
механизма. Для нормальной работы
клиньев в нижней части спайдера
имеется центратор со сменными
вкладышами, удерживаемыми в корпусе с
помощью специального фиксатора.
Для удержания на весу и центрирования колонны обсадных труб во время
их спуска в скважину используют спайдер СОТШ. В его корпусе
размещается четыре клина,
управляемых с помощью рукоятки, вращающейся
вокруг горизонтальной оси.
73
Рис. 3.5. Спайдер СГ-80
Трубные ключи
Для свинчивания и развинчивания
бурильных, обсадных, насосно-
компрессорных труб и штанг при спуско-
подъемных операциях используют
большое число ключей различных
конструкций и размеров. Они
подразделяются на ключи для операций,
выполняемых вручную, и с
использованием механического привода.
Ключ КТГУ (рис. 3.7) используется
при ручном и механизированном
свинчивании и развинчивании
труб с
помощью механизмов АПР и подобных
ему. Он состоит из челюсти и створки,
шарнирно соединенных рукояткой. Между
челюстью и створкой установлена
пружина.
Усилия от челюсти и створки
передаются к трубе сухарями,
расположенными в пазах этих деталей.
При надевании ключа на трубу створка
поворачивается вокруг пальца и под
действием пружины плотно
прижимается
к трубе. В процессе развинчивания или
свинчивания рукоятка поворачивается
относительно челюсти и створки и,
взаимодействуя с ним профилированной
поверхностью, расположенной у осно-
Рис. 3.6. Схема работы спайдера:
а, б, в — последовательные положения деталей спайдера при спуске труб; 1 —
подвеска; 2— клинья; 3- пружина; 4 — корпус
74
Рис. 3.7. Ключ КТГУ
вания ручки, обеспечивает
увеличение усилия, принимающего
их к трубе. Тем самым
предотвращаются скольжения
сухарей и проворот ключа
относи-тельно трубы.
Для съема ключа с трубы к нему
необходимо приложить, усилие,
направленное в обратном
направлении.
Для работы с насосно-компрессор-
ными трубами используется ключ
КТД (рис.3.8), состоящий из
шарнирно соединенных большой
и
малой челюстей и рукоятки. На оси,
соединяющей рукоятку с
челюстями, установлена пружина
для поджима челюстей к трубе. На
малой челюсти установлен сухарь с
вогнутой рабочей поверхностью,
оснащенной зубьями, которые в
процессе работы контактируют с
поверхностью трубы.
Ключ при установке его на вертикально расположенную трубу
удерживается на ней благодаря пружинам, обеспечивающим
захват
трубы челюстями. Для каждого диаметра труб применяется специальный
типоразмер ключа.
Для работы с механизмами АПР и КМУ применяют трубный КТМ и
стопорный КСМ ключи. Ключ КТМ состоит из шарнирно соединенных
челюсти и створки. На челюсти имеется защелка, взаимодействующая с
находящимся на створке щипом. Челюсть имеет эксцентричную расточку,
по которой
перемещается сухарь с криволинейной рабочей поверхностью,
оснащенной зубьями. По мере того как увеличивается передаваемый
ключом крутящий момент, сухарь, перемещаясь относительно челюсти
ключа, все
75
Рис 3.8. Трубный ключ КТДР-73:
1-малая челюсть; 2-большая челюсть; 3-рукоятка; 4-пружина; 5-сухарь; 6-рукоятка
больше заклинивает трубу.
Для снятия ключа с трубы после отвинчивания или завинчивания по
защелке ударяют молотком, она отпирается и освобождает ключ.
Ключ КСМ имеет аналогичную конструкцию, но челюсть его не имеет
ручки с роликом для передачи усилия, а снабжена перекидным упором.
Штанговые ключи
Свинчивание и развинчивание резьбовых соединений насосных
штанг
вручную осуществляют с помощью штанговых ключей двух типов —
шарнирных и глухих.
Шарнирный ключ состоит из шарнирно соединенных челюстей с
прямоугольным зевом и рукоятки, глухой ключ имеет неподвижное
соединение челюсти и рукоятки.
При работе ключом штангу захватывают за квадрат и, вращая ее,
свинчивают или отвинчивают. При значительных крутящих моментах для
страгивания
резьбы или ее закрепления целесообразно использовать
шарнирный ключ — резко поворачивая рукоятку относительно зева таким
образом, чтобы остановка ее сопровождалась ударом, при небольших
прикладываемых усилиях можно обеспечить создание большого
крутящего момента.
Ключи изготавливаются одинаковыми для штанг всех диаметров и
отличаются друг от друга только размерами зева в челюсти ключа.
76
Рис. 3.9. Ключ штанговый
КШ26
Безопасный крутящий ключ КШ26
предназначен для отвинчивания
штанг в тех случаях, когда
приходится поднимать колонну труб
вместе со штангами, например, при
заклинивании плунжера
скважинного насоса. Отвинчивание
колонны штанг в таких случаях
сопровождается предварительным
упругим закручиванием колонны.
Прежде чем начнет развинчиваться
резьбовое соединение,
расположенное на
большой глубине,
ключ должен быть повернут на
несколько оборотов.
Во время развинчивания ключ
стремится развернуться в сторону,
об-
ратную направлению вращения, и если эту работу проводить обычными
ключами, то, вырвавшись из рук и вращаясь, он может травмировать
рабочего.
Безопасный ключ состоит из обода, соединенного со ступицей спицами.
В ступице располагаются подвижная
и неподвижная плашки для захвата
штанги во время работы. Для завода штанг внутрь обода в нем имеется
прорезь, закрываемая защелкой.
При работе с ключом открывают защелку обода, устанавливают ключ,
надвигая зев ступицы на штангу, и винтом зажимают плашками тело
штанги. Далее оператор и помощник, стоя друг против друга, вращают
ключ
за обод, отвинчивая, таким образом, резьбовое соединение колонны
штанг.
Стопорные ключи для НКТ
Предназначены для стопоорения колонн НКТ при их
механизированном свинчивании и развинчивании при текущем ремонте
(технические характеристики ключей типа КСМ приведениы в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Технические характеристики ключей типа КСМ
Обозначение КСМ-60 КСМ-73 КСМ-89
Условный диаметр, мм 60 73 89
Диаметр захватываемых муфт, мм 73 88,9 108
Максимальный крутящий момент,
Н•м
2450 2940 3430
Габаритные размеры, мм
210х190х 140 250х 205х143 270х240х160
Масса, кг 5,5 7,4 10,7
77
3.3. Оборудование для механизации тяжелых ручных
операций
Процессы спуска и подъема штанг и сруб наиболее трудоемки в общем
комплексе работ, связанных с подземным ремонтом. Для уменьшения их
трудоемкости разработан комплекс механизмов, позволяющих проводить
спуско-подъемные операции по прогрессивной технологии, исключающей
перенос элеваторов вручную от устья скважины к мосткам (или
наоборот), а также механизировать процессы свинчивания или
развинчивания.
Впервые эта задача была в комплексе решена Г. В. Молчановым при
создании автомата для подземного ремонта скважин, позволившего
механизировать и частично автоматизировать наиболее тяжелые ручные
операции, сократить время их выполнения. В настоящее время
выпускается усовершенствованная конструкция автомата Молчанова —
автоматы АПР-2ВБ и АПР-ГП, сочетающие в себе механический
неподвижный ключ, автоматический
спайдер, центратор и инерционный
привод.
Автомат механизирует операции по свинчиванию и развинчиванию,
автоматизирует центрирование трубы, захват, удержание на весу и
освобождение колонны труб. Он рассчитан на работу совместно с
одноштропными элеваторами типа ЭГ, трубным и стопорными ключами
КТМ и КОМ и подкладной вилкой.
В комплект автомата входят сменные части, позволяющие
применять
автомат для всего сортамента НКТ, используемых в нефтяной
промышленности.
Автомат АПР-2ВБ (рис. 3.10) состоит из следующих узлов: блока
автомата, блока электрического инерционного взрыво-безопасного
привода с реверсивным взрывобезопасным переключателем, клиновой
подвески и центратора.
Блок автомата представляет собой корпус клинового спайдера с
червячным редуктором (червячное колесо, червяк) и водилом,
передающим вращающее
усилие трубному ключу. Редуктор защищен
кожухом, образующим масляную ванну. Блок автомата крепится к
пьедесталу центратора.
Клиновая подвеска 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 применяют подкладную
вилку. Ее подкладывают под муфту очередной поднимаемой трубы в
момент ее появления над подвеской. При опускании колонны муфта
давит на вилку, подвеска утапливается и клинья захватывают трубу.
После этого вилку вытаскивают, трубу отвинчивают, а муфту очередной
трубы захватывают 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. Для работ с 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.
78