Трубный ключ для лифтовых труб большого диаметра
Владельцы патента RU 2365487:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (RU)
Изобретение относится к ручным инструментам, а именно к трубным ключам для завинчивания и развинчивания лифтовых труб большого диаметра. Трубный ключ для лифтовых труб большого диаметра содержит челюсти, рукоятку, втулку и сухари. Одна из челюстей стационарная совмещена с рукояткой, другая, сменная, - может перемещаться по рукоятке. На внутренней поверхности челюсти, обращенной к зеву ключа, размещается сменный сухарь, на наружной стороне которого выполнена зубчатая поверхность с зубьями, обращенными в противоположную от зева ключа сторону. Верхняя часть сменной челюсти выполнена со сквозным отверстием, в котором размещается концевая часть челюсти. Нижняя поверхность сквозного отверстия выполнена под углом к оси рукоятки, равным углу отклонения челюсти. В верхней части стационарной челюсти, прилегающей к рукоятке, выполнена продольная выемка. Между верхней частью стационарной челюсти и продольной выемкой выполнен выем, в котором размещается втулка, на внутренней поверхности которой выполнена резьба, а на наружной - насечка. Внутренняя поверхность стационарной челюсти, обращенной к зеву ключа, расположена под углом отклонения от перпендикуляра к оси рукоятки, равным 2-4 градуса. Сменный сухарь, расположенный на внутренней поверхности стационарной челюсти, закреплен на ней винтами, зубья сменного сухаря стационарной челюсти и зубья сменной челюсти выполнены в форме разностороннего треугольника с углами сторон соответственно 30 и 60 градусов. Наклон зубьев сменного сухаря направлен в сторону зева ключа, а наклон зубьев сменной челюсти направлен в противоположную от зева ключа сторону. Обеспечивается возможность осуществления завинчивания и развинчивания труб большого диаметра и разных типоразмеров. 4 ил., 1 табл.
Заявляемое изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к трубным ключам для завинчивания и развинчивания лифтовых труб большого диаметра (в дальнейшем труб) ручным методом в процессе капитального ремонта скважин (КРС).
Трубные ключи представляют собой устройства для завинчивания и развинчивания труб в процессе их спуска в скважину и подъема из нее.
Трубные ключи подразделяются на механические и ручные. Ручные трубные ключи в основном имеют конструкцию, состоящую из двух челюстей, шарнирно закрепленных между собой и образующих полость, называемую зевом ключа, и двух рукояток. При этом они рассчитаны на один типоразмер труб, причем небольшого размера.
В процессе КРС зачастую приходится осуществлять подъем из скважины труб одного типоразмера, а спускать трубы другого типоразмера или даже нескольких типоразмеров (при комбинированных колоннах труб), что влечет за собой необходимость в завинчивании и развинчивании различных типоразмеров труб, зачастую большого диаметра. Имеющиеся на вооружении бригад КРС трубные ключи не позволяют проводить завинивание и развинчивание таких труб. Трубы большого диаметра просто не могут поместиться в зевах трубных ключей, имеющихся на вооружении бригад КРС.
Исходя их этих условий для КРС, наряду с существующими трубными ключами, необходимы специальные трубные ключи, обеспечивающие завинчивание и развинчивание труб большого диаметра с возможностью регулирования размера зева ключа под любой диаметр труб.
Известен трубный ключ, содержащий челюсти, образующие между собой полость, называемую зевом ключа, рукоятку и сухари [Молчанов Г.В. и др. Машины и оборудование для добычи нефти и газа. Учеб. для вузов. - М.: Недра, 1984. - С.323-327].
Недостатком этого трубного ключа является невозможность завинчивания и развинчивания труб большого диаметра, тем более разного типоразмера.
Известен трубный ключ, содержащий челюсти, образующие между собой полость, называемую зевом ключа, рукоятку и сухари [Справочная книга по текущему и капитальному ремонту нефтяных и газовых скважин / А.Д.Амиров и др. - М.: Недра, 1979. - С.89-92].
Недостатком этого трубного ключа является невозможность завинчивания и развинчивания труб большого диаметра, тем более разного типоразмера.
Задача, стоящая при создании трубного ключа для лифтовых труб большого диаметра, состоит в сокращении времени на завинчивание и развинчивание труб большого диаметра и разного типоразмера в процессе КРС.
Достигаемый технический результат, который получается в результате создания изобретения, состоит в расширении функциональной возможности трубного ключа - осуществление завинчивания и развинчивания труб большого диаметра и разных типоразмеров, сокращении продолжительности спускоподъемных операций, повышении удобства работы с ключом.
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в известном трубном ключе для лифтовых труб большого диаметра, содержащем челюсти, образующие между собой полость - зев ключа, рукоятку и сухари, в отличие от прототипа трубный ключ дополнительно снабжен втулкой, на внутренней поверхности которой выполнена резьба. Одна из челюстей - стационарная - совмещена с рукояткой, а другая челюсть - сменная - выполнена с возможностью замены и осевого перемещения своей концевой частью по рукоятке. На внутренней стороне сменной челюсти, обращенной к зеву ключа, выполнена зубчатая поверхность с зубьями, обращенными вовнутрь зева ключа, а на ее концевом участке выполнена резьба, обратная резьбе втулки. Внутренняя поверхность сменной челюсти размещена перпендикулярно оси рукоятки, а внутренняя поверхность стационарной челюсти, обращенной к зеву ключа, размещена под углом отклонения от перпендикуляра к оси рукоятки. Сухарь, расположенный на внутренней поверхности стационарной челюсти, обращенной к зеву ключа, выполнен с возможностью замены, на наружной стороне которого выполнена зубчатая поверхность с зубьями, обращенными в противоположную от зева ключа сторону. Верхняя часть стационарной челюсти выполнена со сквозным отверстием, в котором расположена концевая часть сменной челюсти, нижняя поверхность сквозного отверстия стационарной челюсти выполнена под углом к оси рукоятки, равным углу отклонения сменной челюсти. В верхней части стационарной челюсти, прилегающей к рукоятке, выполнена продольная вдоль оси ключа выемка, в которой расположена концевая часть сменной челюсти. Между верхней частью стационарной челюсти, в которой выполнено сквозное отверстие, и продольной выемкой выполнен выем, в котором расположена втулка. Рукоятка выполнена в виде двутавра, на противоположной от стационарной челюсти стороне рукоятки выполнено сквозное отверстие.
На фиг.1 показан трубный ключ для лифтовых труб большого диаметра (вид сбоку); на фиг.2 - то же (вид сверху); на фиг.3 - то же (разрез по плоскости сечения А-А), на фиг.4 - сухарь в разрезе.
Трубный ключ для лифтовых труб большого диаметра состоит из сменной челюсти 1, стационарной челюсти 2, совмещенной с рукояткой 3, и втулки 4.
Сменная 1 и стационарная 2 челюсти образуют между собой полость «Б», называемую зевом ключа.
Сменная челюсть 1 выполнена с возможностью осевого перемещения своей концевой частью 5 по рукоятке 3. На внутренней стороне сменной челюсти 1, обращенной к зеву ключа «Б», выполнена зубчатая поверхность с зубьями 6, обращенными вовнутрь зева ключа «Б», а на ее концевом участке выполнена резьба, обратная резьбе втулки 4. Внутренняя поверхность сменной челюсти 1 размещена перпендикулярно оси рукоятки 3.
Стационарная челюсть 2 выполнена совмещенной с рукояткой 3. Ее внутренняя поверхность, обращенная к зеву ключа «Б», размещена под углом отклонения от перпендикуляра к оси рукоятки 3, равным 2-4 градуса. На ее внутренней поверхности, обращенной к зеву ключа «Б», размещается сменный сухарь 7. Сменный сухарь 7 вставляется в прорезь (не показано) стационарной челюсти 2 и крепится к ней винтами 8. На наружной стороне сухаря 7 выполнена зубчатая поверхность с зубьями 9, обращенными в противоположную от зева ключа «Б» сторону. Верхняя часть стационарной челюсти 2 выполнена со сквозным отверстием «В», в котором размещается концевая часть 5 сменной челюсти 1. Нижняя поверхность сквозного отверстия «В» выполнена под углом к оси рукоятки 3, равным углу отклонения сменной челюсти, например 2-4 градуса. В верхней части стационарной челюсти 2, прилегающей к рукоятке 3, выполнена продольная вдоль оси ключа выемка 13, в которой размещается концевая часть 5 сменной челюсти 1. Края продольной выемки центрируют концевую часть 5 сменной челюсти 1 относительно оси рукоятки 3, не позволяя ей соскользнуть с верхней части рукоятки 3 при ее перемещении. Между верхней частью стационарной челюсти 2, в которой выполнено сквозное отверстие «В», и продольной выемкой выполнен выем (не показан), в котором размещается втулка 4, во внутреннюю полость которой вворачивается концевая часть 5 сменной челюсти 1.
Втулка 4 выполнена в виде полого цилиндра, на наружной поверхности которой выполнена насечка. На ее внутренней поверхности выполнена резьба, ответная резьбе, выполненной на концевой части 5 сменной челюсти 1. Втулка 4 выполнена с возможностью осевого перемещения по резьбе вдоль оси концевой части 5 сменной челюсти 1.
Рукоятка 3 выполнена в виде сужающего к концевой части двутавра с углублением боковых поверхностей на 25% от толщины рукоятки 3 на сторону. На противоположной от стационарной челюсти 2 стороне рукоятки 3 выполнено сквозное отверстие 10, например, диаметром 20-40 мм.
Зубья 6 и 9 выполнены в форме разностороннего треугольника с углами сторон соответственно 30 и 60 градусов.
Трубный ключ для лифтовых труб большого диаметра работает следующим образом. Трубный ключ с разомкнутыми челюстями 1 и 2 заводят своим зевом «Б» на трубу 11 до контакта зубчатой поверхности сменного сухаря 7 стационарной челюсти 2 с трубой 11. При помощи втулки 4, которая при вращении вокруг оси перемещается по резьбе концевой части 5 сменной челюсти, и вследствие размещения в выеме верхней части стационарной челюсти 2, перемещает сменную челюсть 1 до контакта ее зубчатой поверхности с трубой 11. Затем поворотом рукоятки 3 вокруг трубы 11 осуществляют зацепление ключа на трубе 11.
Углы смещения зубчатой поверхности стационарной челюсти 2 и нижней поверхности сквозного отверстия «В», выполненные равными, позволяют надежно и в то же время без смятия и повреждения наружной поверхности трубы 11 провести ее завинчивание или развинчивание с другой трубой.
Направленные при этом зубья 6 и 9 зубчатых поверхностей сменной 1 и стационарной 2 челюстей в противоположные стороны: первая внутрь зева ключа «Б», вторая - наружу, обеспечивают надежное зацепление трубы 11 и препятствуют ее проскальзыванию между челюстями 1 и 2.
Продольная выемка 13, выполненная в верхней части стационарной челюсти 2, за счет своих боковых высоких краев центрирует концевую часть 5 сменной челюсти 1 относительно оси рукоятки 3 и не позволяет ей соскользнуть с верхней части стационарной челюсти 2 при ее перемещении.
Наличие на концевой части 5 сменной челюсти 1 резьбы достаточной длины позволяет сменной челюсти 1 перемещаться вдоль оси рукоятки 3 трубного ключа на любое необходимое расстояние и зацеплять трубы различного диаметра, например, диаметрами D1 и D2.
После завершения процесса завинчивания или развинчивания труб 11 между собой проводят снятие ключа с трубы 11. Для чего вращением втулки 4 перемещают ее вдоль оси концевой части 5 сменной челюсти 1 в обратном направлении, перемещая тем самым сменную челюсть 1 от зева «Б» и освобождая трубу 11 из зацепления.
В качестве примера конкретного выполнения заявляемого изобретения рассмотрим трубные ключи для лифтовых труб большого диаметра, технические характеристики которых приведены в таблице.
| Таблица | ||
| Наименование параметров | Типоразмер труб | |
| 1. Условный диаметр завинчиваемых (развинчиваемых) труб, мм | 48; 60, 73, 89 | 102, 114, 127, 140, 146, 168, 178, 194 |
| 2. Максимальный крутящий момент, кН | 2,8 | 4,0 |
| 3. Максимальное усилие на конце рукоятки, кН | 4,0 | 4,0 |
| 4. Габаритные размеры, мм | ||
| длина | 760 | 1070 |
| ширина | 168 | 190 |
| высота | 60 | 75 |
| 5. Масса, кг | 12,0 | 30,0 |
По сравнению с применяемыми в настоящее время в процессе КРС трубными ключами-аналогами типа КТД, КТНД и КТГУ длина рукоятки заявляемого ключа больше, что обеспечивает создание большего крутящего момента, обеспечивая более легкое завинчивание и развинчивание труб, а толщина и ширина - меньше, что способствует более удобной работе с ключом. Выполнение рукоятки в виде сужающего к концевой части двутавра, не снижая прочность ключа обеспечивает снижение его массы, а значит и удобство в работе. Отверстие, выполненное на конце рукоятки, позволяет подвешивать заявляемый ключ возле рабочего места помощника бурильщика, а не бросать его на пол устьевой площадки, что обеспечивает также удобство в работе и не приводит к его загрязнению, а значит к возможным его отказам. Насечка, выполненная на наружной поверхности втулки, облегчает ее перемещение вдоль оси рукоятки ключа, так как пальцы рабочего, работающего с ключом, не скользят по ее поверхности.
Заявляемый трубный ключ для лифтовых труб большого диаметра обладает менее сложной конструкцией, нежели ключи-аналоги. Он обеспечивает возможность работы с несколькими типоразмерами труб, что способствует сокращению комплектности бригад КРС ключами. Позволяет сократить продолжительность спускоподъемных операций, особенно при спуске комбинированных лифтовых колонн в скважину.
Трубный ключ для лифтовых труб большого диаметра, содержащий стационарную и сменную челюсти, образующие между собой зев ключа в виде полости, рукоятку, сухари и втулку, на внутренней поверхности которой выполнена резьба, стационарная челюсть совмещена с рукояткой, а сменная челюсть выполнена с возможностью осевого перемещения своей концевой частью по рукоятке, на внутренней стороне сменной челюсти, обращенной к зеву ключа, выполнена зубчатая поверхность, зубья которой обращены внутрь зева ключа, а на ее концевом участке выполнена резьба, обратная резьбе втулки, внутренняя поверхность сменной челюсти размещена перпендикулярно оси рукоятки, а внутренняя поверхность стационарной челюсти, обращенная к зеву ключа, размещена под углом к перпендикуляру к оси рукоятки, на наружной стороне сухаря, расположенного на внутренней поверхности стационарной челюсти, выполнена зубчатая поверхность, зубья которой обращены в противоположную от зева ключа сторону, верхняя часть стационарной челюсти выполнена со сквозным отверстием, в котором расположена концевая часть сменной челюсти, при этом нижняя поверхность сквозного отверстия стационарной челюсти выполнена под углом к оси рукоятки, равным углу отклонения сменной челюсти, в верхней части стационарной челюсти, прилегающей к рукоятке, выполнена расположенная вдоль оси ключа выемка, в которой размещена концевая часть сменной челюсти, между верхней частью стационарной челюсти, в которой выполнено сквозное отверстие, и продольной выемкой выполнен выем, в котором расположена втулка, отличающийся тем, что внутренняя поверхность стационарной челюсти, обращенная к зеву ключа, расположена под углом к перпендикуляру к оси рукоятки, равным 2-4°, сухарь, расположенный на внутренней поверхности стационарной челюсти, выполнен сменным и закреплен на челюсти винтами, зубья упомянутого сменного сухаря стационарной челюсти и зубья сменной челюсти выполнены в форме разностороннего треугольника с углами сторон соответственно 30 и 60°, при этом наклон зубьев сменного сухаря направлен в сторону зева ключа, наклон зубьев сменной челюсти направлен в противоположную от зева ключа сторону, а на наружной поверхности втулки выполнена насечка.
