ТРУБНЫЙ КЛЮЧ

Предлагаемое изобретение относится к области нефтегазового оборудования, а именно к инструментам для свинчивания-развинчивания насосно-компрессорных и бурильных труб.

В настоящее время существует множество конструкций трубных ключей, предназначенных для свинчивания-развинчивания резьбовых соединений НКТ как вручную, так и с применением автоматических ключей (пневматических, гидравлических, механических), есть и универсальные ключи см. [1], [2].

При работе с трубами в основном применяются ключи шарнирные и цепные (КТНД, КТГУ, КЦО, КЦН, КЦ и др., см. [1], [2]). Все они имеют различные конструкции и механизмы захвата трубы, свои преимущества и недостатки, определяющие конкретные области их применения.

Так, известен шарнирный ключ КТГУ, который применяется при механизированном свинчивании и развинчивании труб с помощью автоматов АПР-2ВБ, АПР-Ш и механических ключей КМУ и КМУ-ГП, см. [3]. Ключ КТГУ состоит из одной рукоятки и створки, шарнирно соединенных с челюстью при помощи пальца. При надевании ключа на трубы створка поворачивается вокруг пальца и под действием пружины плотно прижимается сухарем к трубе.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является трубный ключ КТДУ, который так же, как и ключ КТГУ, применяется для свинчивании и развинчивании труб с помощью автомата, см. [2]. Ключ КТДУ состоит из одной рукоятки, большой и малой челюстей, шарнирно соединенных между собой. На оси шарнира большой челюсти и рукоятки насажена пружина, стягивающая челюсти к центру образующих дуг, за счет этого ключ удерживается на трубе. На малой челюсти расположен самоустанавливающийся сухарь с дугообразной зубчатой поверхностью, благодаря которой сухарь по всей поверхности контактирует с трубой. Это обеспечивает более надежное захватывание трубы и уменьшает давление на контактную поверхность, что предохраняет сухари и поверхность труб от износа и повреждения.

Данные ключи надежны в работе и получили широкое применение на производстве. Но есть один признак, который объединяет эти все ключи - все они имеют одну рукоятку, к которой и прикладывается усилие, поворачивающее в результате ключ и вместе с ним трубу.

Для поворота трубы необходимо придать ключу вращающий момент, т.е. пару сил. Но к существующим ключам прикладывается только одна сила, а не момент (фиг.1).

Вторая сила появляется в месте соединения закрепленной и свинчиваемой (или развинчиваемой) труб, т.е. в резьбовом соединении. Это уравновешивающая сила реакции трубы Р*, равная по величине и противоположная по направлению первой силе. Она односторонне прижимает резьбы свинчиваемых или развинчиваемых труб друг к другу и приводит к появлению дополнительной силы трения в витках резьбы (фиг.2). Причем, как видно из фиг.2, величина вредного момента от этой дополнительной силы пропорциональна диаметру резьбы трубы.

Этот существенный недостаток, приводящий к быстрому износу резьбы и снижающему количество операций свинчивания-развинчивания труб до ремонта их резьбовых частей, можно устранить, применив трубный ключ (двухплечевой) предлагаемой конструкции.

Разработанный трубный ключ (двухплечевой) иллюстрируется рисунками,

где на фиг.1 и фиг.2 показаны схемы действия сил, возникающих при работе трубным ключом с одной рукояткой;

фиг.3 - схема действия сил, возникающих при работе ключом заявляемой конструкции с двумя рукоятками;

фиг.4 - конструкция заявляемого трубного (двухплечевого) ключа;

фиг.5 - схема захвата трубы ключом с двумя рукоятками,

фиг.6 - схема работы трубы ключом с двумя рукоятками.

Отличительной особенностью заявляемого ключа является снабжение его второй рукояткой и челюстью, при этом все рукоятки и челюсти шарнирно соединены между собой при помощи ушек и пальцев, а вторая концевая часть одной из рукояток выполнена в форме крюка и имеет возможность отстегиваться от челюсти при захвате трубы.

При проведении операций свинчивания-развинчивания таким ключом с применением автомата к каждой рукоятке (плечу) ключа прикладывается равное по величине усилие и, таким образом, на трубу передается только требуемый момент, без вредной силы.

Для предотвращения появления вредной силы принцип действия механизма ключа устроен так, что зажим трубы происходит только при приложении усилия сразу на обе рукоятки ключа. Схема захвата трубы при работе с трубным ключом с двумя рукоятками показана на фиг.5.

Работа с таким ключом потребует изменения и конструкция автоматического ключа - на водило будет необходимо установить дополнительную вторую стойку противоположно первой стойке (на рисунке не показано).

Заявляемый ключ для свинчивания-развинчивания труб (см. фиг.4) состоит из двух рукояток 1 и 2, шарнирно соединенных с двумя челюстями 3 и 4 при помощи ушек 5 и пальцев 6. При этом, как видно из фиг.5, вторая концевая часть рукоятки 1 выполнена в форме крюка и имеет возможность отстегиваться от челюсти 4 при захвате трубы. Челюсти 3 и 4 имеют пазы для установки сменных сухарей 7.

Ключ работает следующим образом.

При захвате трубы (фиг.5, поз.а) рукоятка 1 отстегивается от челюсти 4, ключ заводится на трубу, обхватывает ее челюстями (фиг.5, поз.б). Затем рукоятка 1 своим крюком фиксируется пальцем 6 к челюсти 4 и сухари 7, установленные в пазах челюстей 3 и 4 плотно обхватывают трубу 8 (фиг.5, поз.в).

После установки двухплечевого ключа на трубу (фиг.6) включается автоматический ключ. При повороте одно из водил автомата наезжает на одну из ручек ключа и давит на него. При этом обе челюсти под воздействием этой рукоятки и соединенного с ней ушка сдвигаются друг к другу. А с другой стороны - отодвигаются. При этом вторая рукоятка ключа начинает двигаться навстречу другому водилу. Зажим трубы происходит только при приложении усилия на обе рукоятки ключа. Давление на рукоятки ключа выравнивается за счет проскальзывания челюстей и проворота ключа на трубе.

Таким образом, трубный ключ предлагаемой конструкции (с двумя рукоятками) позволит уменьшить износ резьбовой части в процессе свинчивания-развинчивания труб и увеличит срок их службы.

Использованная информация

1. Ивановский В.Н., Дарищев В.И. и др. Оборудование для добычи нефти и газа: В 2 ч. - М.: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина, 2003. - Ч.2, С 591-598.

2. Бухаленко Е.И. Бухаленко В.Е. Оборудование и инструмент для ремонта скважин: Учеб. пос.для учащихся профтехобразования и рабочих на производстве. - М.: Недра, - 1991, - С 169-174.

3. Патент РФ №2071411, МПК В25В 13/50. Трубный ключ. Опубл. 1997.01.10.