Устройство для свинчивания-развинчивания труб

 

1. УСТРОПСТВО ДЛЯ СВИНЧИВАНИЯ-РАЗВИНЧИВАНИЯ ТРУК, содержащее стопорящий узел и вращатель, выполненные в виде клещевых захватов ,, ограничитель поступающего перемещения свинчиваемой трубы и привод, отличающееся . 24 did . тем, что, с целью повьшения надежности соединения за счет исключения деформации и уменьшения износа резьб, а также повьпаения степени автоматизации процессов свинчиванияразвинчивания , вращатель установлен с возможностью вертикального перемещения относительно стопорящего узла и снабжен механизмом принудительного поступательного перемещения в соответствии с шагом замковой резьбы трубы на один оборот вращателя , а стопорящий узел совместно с вращателем установлен с возможностью вертикального перемещения относительно ограничителя поступательного перемещения свинчиваемой трубы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1145118

В 19/16

4 (5!) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ

2D

Ф7

19

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3601402/22 03 (?2) 11 01 83 (46) 15.03.85. Бюл. Р 10 (72) В.С.Гомберг (53) 622.242(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N - 135439, кл. В ?1 В 19/16,1961.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 2863652/2?-03,. кл. E 21 В 19/16, 1979 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВИНЧИВАНИЯ-РАЗВИНЧИВАНИЯ ТРУБ, содержащее стопорящий узел и вращатель, выполненные в виде клещевих захватов,.ограничитель поступающего перемещения снинчиваемой трубы и привод, о т л и ч а ю щ е е с я

49 2Ф -4 тем, что, с целью повышения надежности соединения за счет исключения деАормации и уменьшения износа резьб а также повышения степени автоматизации процессов свинчиванияразвинчивания, вращатель установлен с воэможностью вертикального перемещения относительно стопорящего узла и снабжен механизмом принудительного поступательного перемещения в соответствии с шагом замковой резьбы трубы на один оборот вращателя, а стопорящий узел совместно с вращателем установлен с возмож-. ностью вертикального перемещения относительно ограничителя поступатель- .о ного перемещения свинчиваемой трубы.

1145118

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что ограничитель поступательного перемещения свинчиваемой трубы выполнен в виде шибера-вилки.

3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, механизм принудительного поступательного перемещения выполнен в виде ходовой пары гайка-винт, при этом винт закреплен жестко на стопорящем узле, а гайка связана системой сменных шестерен

Изобретение относится к буровой технике и технологии, преимущественно для свинчивания — развинчивания бурильных труб, и может найти применение в нефтяной, газовой и геологоразведочной ромьппленности;

Известен подвесной ключ, состоящий иэ двух гидроцилиндров, которые управляют завинчивающими и докрепляющими замок труб устройствами-ключами, верхний ключ состоит из двух сводящихся-разводящихся рычагов, несущих на концах по два ведущих ролика с насечкой, приводящихся во вращение гидродвигателями (а для докреплеиия-раскрепления замка труб — через обгонные муфты), нижний ключ также состоит из двух .сводящихся-раэводящихся рычагов, на концах которых имеется по два сухаря с насечкой. Рычаги-челюсти верхнего.и нижнего устройств сводятся и разводятся гидроцилиндрами, охватывая и освобождая замковые части труб (1 1.

Однако этот подвесной ключ не фиксируется взаимно со свинчивающимся-развинчивающимся замком. Кроме того, во время спуско-подъемных операций происходит усиленный износ и заедание замкового резьбового соеДинения.

Известно устройство для свинчивания-развинчивания труб, содержащее стопорящий узел, вращатель, выполненные в виде клещевых захватов, и ограничитель поступательного перемещения свинчиваемой трубы, привод t2 с приводом вращателя и размещена в

его корпусе между амортизаторами.

4. Устройство по и. 3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что механизм принудительного поступательного перемещения снабжен узлом включениявыключения его поступательного перемещения, выполненным в виде муфты, взаимодействующей с гайкой и связанной с двуплечим подпружиненным рычагом, шарнирно закрепленным на стопорящем узле.

Недостатками известного устройства являются сложность, разделение функций свинчивания — развинчивания и докрепления — раскрепления замковых

5 резьб между различными механизмами, что ведет к дополнительным связям (и усложняет автоматизацию спускоподъемных операций). Кроме того, недостаточно снижается износ и де1О формирование резьб при развинчивании.

Цель изобретения — повьнпение надежности соединения за счет исключения деформации и уменьшения износа

l резьб, а также повышение степени авто15 матизации процессов свинчивания развинчивания.

Поставленная цель. достигается тем, что в устройстве для свинчивания развинчивания труб, содержащем стопорящий узел и вращатель, выполненные в виде клещевых захватов, ограничитель поступательного перемещения свинчиваемой трубы и,привод, вращатель установлен с возможностью вер25 тикального перемещения относительно .стопорящего узла и снабжен механизмом принудительного поступательного перемещения в соответствии с шагом замковой резьбы трубы на один оборот вращателя, а стопорящий узел совместно с вращателем установлен с возможностью вертикального перемещения отно

,сительно ограничителя поступательного перемещения свинчиваемой трубы.

35 Ограничитель поступательного перемещения свинчиваемой трубы выполнен в виде шибера-вилки, а механизм

1. принудительного поступательного

3 1145118 4 перемещения выполнен в виде ходо- версивным приводом вой пары гайка-винт, при этом винт приводной шестерни закреплен жестко на стопорящем тупательного вертик узле, а гайка связана системой смен ния 4 может быть дв ных шестерен с приводом вращате-,выполнения. По вари ля и размещена в его корпусе между состоит иэ винта 28 амортизаторами. крепленного на рыча

Механизм принудительного посту- го узла 2 и ходовой пательного перемещения снабжен уз- щенной в корпусе рь лом включения-выключения его посту- 10 ля 3 между амортиэа пательного перемещения, выполненным Ходовая гайка 29 ос в виде муфты, взаимодействующей с ней 32, соединенной гайкой и связанной с двуплечим .под- ных шестерен 33 с п пружиненным рычагом, шарнирно за- терней 27 привода 2 крепленным на стопорящем узле. 1 выполнения механизм

1$

На фиг. 1 представлено устройст- вертикального перем во, продольный разрез, на Фиг. 2 гайка 34 помещена то же, вид сверху; на фиг ° 3 и 4 тизаторами 30 и 3 варианты выполнения механизма посту- rryce рычага 21, шес пательного вертикального перемеще- на гитарой сменных ния вращателя. водной шестерней 27

Устройство состоит из следующих свободно вращается основных узлов: подкладного ин- ке 34. Торец шестер струмента-ловителя 1, стопорящего полумуАтой 36. На х узла 2, вращателя 3 с механизмом . на шпанке 37 с возм поступательного вертикального пере- нательного перемеще мещения 4, ограничителя 5 поступа- муфта 38, переключа тельного движения свинчиваемой трубы Рычагом 39, поворач (при установке в устройство). Под- 40, помещенной на рь кладной инструмент-ловитель 1, на щего угла 2. Рычаг опорную поверхность 6 которого

30 жинами 4t и 42. садится опорный торец 7 муфты 8 го- Ограничитель 5 п ловы коло ны труб, состоит из пары движения состоит из рычагов 9, поворачивающихся гидро- „ двигающегося в напр или пневмоцилиндром 10 на полой втул- Размещенного на рыч ке 11, сидящей на колонне 12,эафик- 5 щего узла 2 под рыча сированных разрезной щайбой t3. ля 3, и гидро-пневмо

Стопорящий узел 2 состоит иэ двух (46 — опорная поверх рычагов 14 и 15 поворачивающихся ки 43, 47 — противоп гидро-или пневмоцилиндром 16 на полой верхность шибера-вил втулке 11. Под различные типоразмеры 40 ный торец ниппельног муфт 8 стопорящий узел 2 регулирует- чиваемой трубы, 50— ся посредством гаек 17 и 18. В коль- мУФты Я головы колон цевом Т-образном лазу рычагов t4 и, Устройство работа

15 неподвижно закреплено устройство образом. зажима 19. Я рычагах 14 и 15 непод- 45 Операция подъема вижно закреплены две колонки 20, ны бурильных труб К по которым поступательно перемеща- мается на одну свечу ется вращатель 3. этом рычаги 9 подкл

Вращатель 3 состоит из двух рычагов 21 и 22, поворачивающихся на полой втулке 23, сидящей на колонне 1?.

Вращатель 3 имеет центрирующую воронку 24. В кольцевом Т-образном пазу рычагов 21 и 22 помещено с воэможностью вращения устройство зажима 25, приводящееся во вращение ре

26 посредством

27. Механизм посального перемещеух вариантов анту механизм неподвижно заге 14 стопорящегайки 29, помеиага 21 вращатеторами 30 и 31, нащена шестерТ системой сиенриводной шес6. По варианту QI а поступательного ещения 4 ходовая между амор1 в кортерня 35, соединешестерен 33 с припривода 26, на ходовой гайки 35 оснащен одовой гайке 34, ожностью постуния помещена полующаяся двуплечим ивающимся на оси очаге 14 стопоря39 оснащен пруоступательного шибера-вилки 43, авляющих 44 и

are 15 стопорягом 22 вращатецилиндра 45 ность шибера-вилоложная ей поки 43, 48 — упоро конца 49 свинупорный торец ны). ет следующим и разборки колонолонна подни(трубу), при адного инструмента-ловителя 1 Разведены цилиндром 10

50 а рычаги 14 и 15 стопорящего устройства 2 совместно с рычагами 21.и 22 вращателя 3 разведены цилиндром 16, шибер-вилка 43 ограничителя 5 отведен цилиндром 45 и постоянно в процессе развинчивания находится в отведенном состоянии. Вращатель 3 в исходном положении при развинчивании находится в нижнем положении на рычагах

Механизм 4 может быть выполнен в двух вариантах 1 (фиг. 3) и 21 (фиг.4).

По варианту 1 механизм 4 при развинчивании работает следующим образом. При раскреплении замковой резьбы, когда снимаются упругие деформации затяжки резьбы, так как приводная шестерня 27 (фиг. 2) через систему сменных шестерен 33 приводит во вращение шестерню 32, выполненную непосредственно на ходоS0

14 и 15 стопорящего узла 2 (показано штриховыми линиями на фиг. 1).

После прохождения замковог0 соединения, которое нужно развинтить, рычаги 9 подкладного инструмента-ловителя 1 сводятся цилиндром 10 и колонна труб опускается опорным торцом очередной муфты на опорную поверх. ность 6 подкладного инструмента*овителя 1. Рычаги 14 и 15 стопоря— 10 щего узла 2 совместно с рычагами 21 и 22 вращателя 3 сводятся цилиндром

16, устройства зажима 19 и 25 зажимают соответственно муфту 8 и ниппель

,49 развинчиваемого соединения. Привод 15

26 приводной шестерней 27 приводит во вращение устройство зажима 25 вращателя 3, при этом через систему сменных шестерен 33, которая выполнена для регулировки механизма р0 поступательного вертикального перемещения 4 вращателя 3 точно на любой шаг замковой резьбы, вращение пе" редается на механизм поступательного вертикального перемещения 4 вращателя 3 и происходит развинчивание замкового соединения с принуди-: тельным вертикальным перемещением ниппеля 49 развинчиваемой трубы в точном соответствии с шагом замковой резьбы. После развинчивания очередной свечи (трубы) устройства зажима 19 и 25 разжимаются, рычаги 14 и 15 стопорящего узла 2 совместно с рычагами 21 и 22 вращателя 3

35 разводятся цилиндром 16, рычаги 9 подкладного инструмента-ловителя 1 разводятся цилиндром 10. Отвинченная свеча (труба) отводится, Во время отвода отвинчиваемой свечи (трубы) и очередного подъема колонны на очередную свечу (трубу) вращатель 3 с помощью реверсивного привода 26 возвращается в исходное для развинчивания нижнее положение и все повторяется.

118 вой гайке 29, происходит сжатие амортизатора 30 на величину упругих деформаций витков замковой резьбы и упорных торцов 50 и 48 муфты и ниплеля труб. И поэтому после раскрепления усилие сжатия амортизатора 30 будет действовать на верхнюю контактирующую поверхность витков ниппеля

49 и соответствующую контактирующую поверхность витков муфты 50 в процессе развинчивания, уменьшаясь к концу развинчивания вследствие конусности замковой резьбы.

Применив выполнение механизма 4 по варианту 11 (фиг. 4), когда механизм 4 дополнен механизмом путевого включения-выключения поступательного перемещения, этого можно избежать.

В этом случае при раскреплении замковой резьбы, когда снимаются упругие деформации в замковом соединении, полумуфты 36 и 38 расцеплены и вращение от шестерни 35 и передается ходовой гайке 34, т.е. при раскреплении осуществляется только вращение устройства зажима 25 без поступательного вертикального перемещения вращателя 3. Как только замковая резьба раскрепилась, т.е. снялись упругие деформации в замковом соединении, и ниппель 49 сдвинулся вверх, с ниппелем начнет перемещаться устройство зажима ?5 и весь вращатель 3 по колонкам 20 и колонне 12, корпус рычага 21 вращателя 3 через пружину 42 увлечет за собой в поступательное движение вверх полумуфту 38 и конец рычага 39, поворачивая последний относительно оси 40, установленной на рычаге 14 стопорящего узла 2. К другому концу рычага 39 присоединена переключающая пружина 41, закрепленная концом на рычаге 14 (с возможностью регулировки), которая прощелкивает проходя через "мертвую" точку, быстро включая сцепление полумуфт 38 и 36 (показано штриховыми линиями на фиг. 4). Пружина 42 поддерживает сцепление полумуфт 38 и 36 при развинчивании. Вследствие возможности применения, любого известного мультипликатора (различные длины плеч рычага 39) обеспечивается включение полумуфт 38 и 36 при незначительных поступательных перемещениях ниппеля

49 (с корпусом рычага 21) вверх.

После включения полумуфт 38 и 36

1145118 нрашение от шестерни 35 через noJIvMvATv 38 и шпонку 37 начинает передаваться на ходовую гайку 34 и весь вращатель 3 с зажатым ниппелем 49 начинает принудительно ходовой гайкой 34 поступательно перемещаться вверх по колонкам 20 и колонне 12 в точном соответствии с шагом замковой резьбы на оборот устройства зажима 25 с зажатым ниппелем. В этом 10 случае, так как резьбы конические, можно практически при развинчивании снизить износ резьбы.

Операция спуска и сборки колонны бурильных труб. 15

Колонна опускается на одну свечу (трубу/, и перед прохождением муфты головы колонны рычаги 9 подкладного инструмента-ловителя 1 сводятся цилиндром 10, поворачиваясь на полой втулке 11. Муфта 8 головы колонны спускается своим опорным торцом 7 на опорную поверхность 6 подкладного инструмента 1. Рычаги 14 и 15 стопорящего устройства 2 совместно 25 с рычагами 21 и 22 вращателя 3 сводятся цилиндром 10, после чего цилиндром 45 выдвигается шибер-вилка 43 ограничителя 5. Полая втулка 11 имеет снаружи ленточные резьбы, и перед началом работ посредством гаек 17 и 18 положение стопорящего узла 2 и вращателя 3 регулируется и фиксированно выставляется по длине переменяемого типоразмера муфт 8 с таким

35 расчетом, чтобы упорный торец 50 муфты 8 несколько не доходил до поверхности 47 шибера-вилки 43 (при этом соответственно регулируется и фиксированно выставляется по высоте механизм путевого включения-выключения, так как его ось 40 и закрепление конца пружины 41 могут подниматься и закрепляться в поднятом положении, например, с помощью винтов и гаек (что для простоты на фиг. 4 не показано).

Происходит опускание очередной свечи (трубы), которая при этом центрируется воронкой 24 вращателя 3,50

Упорный торец 48 ниппеля 49 этой трубы садится на опорную поверхность

46 шибера-вилки 43 ограничителя 5.

Муфта 8 и ниппель 49 зажимаются устройствами зажима 19 и 25 соответст- 55 венно. Шибер-вилка 43 ограничителя 5 отводится цилиндром 45 по направляющим 44, и включается привод 26,. от которого с помощью приводной шестерни 27 вращение передается устрой- ству зажима 25 вращателя 3. Посредством системы сменных шестерен 33 вращение от приводной шестерни 27 передается также на механизм поступательного вертикального перемещения 4 (фиг. 2), который принудительно перемещает поступательно вниз вращатель 3 с эажитым ниппелем 49 в соответствии с шагом замковой резьбы на один оборот устройства зажима 25.

Труба свинчивается, после чего устройства зажима 19 и 25 разжимаются, освобождая колонну труб, рычаги 14 и 15 стопорящего узла 2 совместно с рычагами 21 и ?2 вращателя 3 разводятся цилиндром 16, рычаги 9 подкладного инструмента-ловителя 1 разводятся цилиндром 10, колонна труб опускается на свинченную свечу (трубу), а в это время вращатель 3 с помощью реверсивного привода 26 возвращается в исходное для развинчивания верхнее положение, и все повторяется в том же порядке.

Работа механизма 4 при свинчивании.

Начало свинчивания при выпЬлнении механизма 4 по обеим вариантам (фиг. 3 и 4) протекает одинаково.

После встречи ниппеля 49 с муфтой 8, но пока витки резьбы этих резьбовых концов труб не попали в соответствующие резьбовые впадины, происходит сжатие амортизатора 31 ходовой гайкой (29 при варианте и 34 при варианте Ii) . После попадания резьбовых витков реэьбовых концов труб в соответствующие резьбовые впадины происходит свинчивание. Разница же в работе двух вариантов выполнения механизма 4 наблюдается s конце свинЪ чивания при докреплении замковой резь,» бы. При выполнении механизма 4 по варианту 1 при докреплении замковой резьбы ходовая гайка 29 продолжает двигаться вниз по винту 28, в то время как движение рычага 21 и 22 вращателя 3 приостанавливается.

Эта разница хода компенсируется амор. тизатором 31, который сжимается (фиг. 3).

При выполнении механизма 4 по варианту gg (фиг.4), когда механизм 4 оснащен механизмом путевого включения-выключения, ходовая гайка 34 и полумуфта 38 своим поступательным

9 1 движением вниз увлекают левый конец рычага 39, поворачивая его вокруг оси. 40. Правый конец рычага 39 в са-. мом конце свинчивания "прощелкивает" пружину 41 через "мертвую" точку, расцепляя полумуфты 36 и 38 и отключая ходовую гайку 34 от шестерни 35. Движение вниз ходовой гайки

34 прекращается, и докрепление замковой резьбы осуществляется при от145118

)О ключенном принудительном поступательном перемещении ниппеля 49 зажимами только при вращении его.

Применение предлагаемого устройства повысит надежность замковых соединений за счет исключения деформации и уменьшения износа реэьб, а также повысит степень автоматизации процессов свинчивания и развинчи10 вания.

1145118

8- 8 apuaern I д-8 Варианю

3НИЯЩ1 Заказ 1137/25 ТиРаж 540 Поддисиое филиал ППП "Патеит", г.Умхород, ул.Проектик, 4