Автоматический буровой ключ для свинчивания-развинчивания бурильных и обсадных труб: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине ''Машины и оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин''

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

"ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА

Кафедра «Машины и оборудование нефтяной и газовой промышленности»

АВТОМАТИЧЕСКИЙ БУРОВОЙ КЛЮЧ ДЛЯ СВИНЧИВАНИЯРАЗВИНЧИВАНИЯ БУРИЛЬНЫХ И ОБСАДНЫХ ТРУБ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторным работам по дисциплине «Машины и оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин» для студентов очного и заочного обучения специальности 17.02.00 (МОП)

Тюмень 2003

Утверждено редакционно-издательским советом государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

"Тюменский государственный нефтегазовый университет"

Составители: доцент, к.т.н.

Анашкина А.Е.

ассистент

Грушевский М.Б.

© государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» 2003г

1.НАЗНАЧЕНИЕ, ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КЛЮЧА АКБ-3М2 Автоматический стационарный буровой ключ АКБ-ЗМ2 предназначен для свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб в процессе спуско-подъемных операций и при наращивании бурильной колонны во время бурения нефтяных и газовых скважин. Техническая характеристика Диапазон работы ключа, мм: для труб с бурильными замками . . 108- 216 для обсадных труб ...... 114- 194 Примечание: Допустимый износ бурильных замков, 9 мм Скорость вращения трубозажимного устройства (при давлении воздуха на входе в пульт Р=0,98 МПа (10 кгс/см2), с-1 (об/мин): максимальная ........ 1,66 (100) минимальная ........ 1,33 (80) Номинальный крутящий момент, кНм (кгс.м) ......... 1,47 (150) Максимальный крутящий момент, кНм (кгс.м) ......... при развинчивании . . . . . . 58,8 (6000) при завинчивании без докрепления . ….. . 17,7 (1800) при завинчивании с одним докреплением…24,5 (2500) Длина хода блока ключа, мм…………………..1000 Давление воздуха в сети (у пульта управления), 0,69—0,98 (7-10) МПа(кгс/см3) …………………. 3 Расход воздуха на один цикл работы, м ……1.2 Габариты, мм: блока ключа с кареткой и колонной . . 1655×1013×2388 пульта управления . . . . . . 750×415×1300 Масса ключа, кг ....... 2800 Привод трубозажимного устройства осуществляется от пневмомотора, привод остальных механизмов—от пневматических цилиндров диаметром 100, 120 и 160 мм. Управление ключом дистанционное с пульта управления. 2. СОСТАВ, УСТРОЙСТВО И РАБОТА КЛЮЧА Автоматический стационарный буровой ключ АКБ –3М2 (рис.1,2,3) состоит из трех основных узлов: блока ключа 1, колонны с кареткой 11 и пульта управления 111 (рис2,3). Блок ключа (рис. 4,5) является основным механизмом, выполняющим операции завинчивания или развинчивания бурильных труб. 3

Рис.1. Стационарный автоматический ключ АКБ-3М2 1 – блок ключа; 2 – каретка с пневмоцилиндром; 3 – стойка; 4 – пульт управления

Рис. 2 Общий вид ключа 4

Рис.3. Общий вид ключа Блок ключа представляет собой корпус, на котором смонтировано трубозажимное устройство I, понизительный редуктор II, пневмомотор III, маховик 1V,цилиндр зажима челюстей V, блок цилиндров VI. Блок ключа внизу имеет направляющие полозья, на которых он перемещается вдоль каретки под действием двух пневматических цилиндров двойного действия. Благодаря такому устройству блок ключа может подводиться или отводиться от бурильной трубы (центра скважины). Трубозажимное устройство, в основном, состоит из верхнего «плавающего» корпуса 14 с зажимным приспособлением 9, нижнего зажимного приспособления 33, вмонтированного в корпус редуктора, разрезной шестерни 2 с втулкой 3, храповика и промежуточного диска 4 с 3-мя ведущими пальцами 15. Трубозажимное устройство и корпус ключа в передней части имеют вырезы для прохода бурильной трубы. Каждое верхнее и нижнее трубозажимное приспособление состоит из пары сменных челюстей 8, 34, которые вставляются в челюстедержатели 7 и 35 и удерживаются в них дугообразными пружинами 10, 31 и болтами 32, вкладышей со спиральной поверхностью, устанавливаемых по две пары в каждый корпус. Причем, в нижний корпус устанавливаются две пары вкладышей со спиральной поверхностью 11° (рис. 15—1), а в верхний корпус трубозажимного устройства устанавливаются две пары унифицированных вкладышей 52 (утолщенных), спиральные поверхности которых образуют 7° на завинчивание и 9° на развинчивание. 5

Челюстедержатели 7 и 35 из своего первоначального положения могут проворачиваться на некоторый угол относительно своих корпусов, при этом челюсти 8, 34, скользя по спиральной поверхности вкладышей, сближаются и сжимают замок (трубу) (рис. 15—III). Для надежного сцепления замком (трубой) челюсти имеют вставные сухари 54 с насечкой (рис. 5, 22). При изменении диаметра бурильного инструмента производится замена рабочих элементов ключа — челюстей 8, 34 и упоров 11, 30 на соответствующие размеры (рис. 14). Проворот нижнего челюстедержателя 35 осуществляется от пневматического цилиндра двойного действия V, шток которого шарнирно связан с поводком нижнего челюстедержателя.

Рис.4 Блок ключа Поворот верхнего челюстедержателя осуществляется с помощью храпового устройства, представляющего собой пару храповиков 20 и 21, установленных во втулке 3 и нижнем челюстедержателе 35. Храповик 21 является неподвижным, храповик 20 выдвигается штоком 18 блока цилиндров VI в момент зажатия челюстями бурильного замка. Верхний челюстедержатель имеет хвостовик I, свободно входящий в паз втулки 3. 6

При вращении разрезной шестерни в момент упора неподвижного храповика 21 в храповик 20, выдвинутый штоком 18, происходит кратковременная остановка втулки 3 и связанного с ней хвостовика I верхнего челюстедержателя 7. В результате дальнейшего вращения верхнего корпуса относительно неподвижного челюстедержателя 7 происходит зажатие замка (рис. 15—III).

Рис.5 Блок ключа Для установки и фиксации верхнего челюстедержателя в среднем (нейтральном) положении при холостом вращении верхнего корпуса относительно трубы челюстедержатель подпирается двумя бойками 51 и стопорится шариковым фиксатором 13. Быстрая и точная остановка вращающихся частей трубозажимного устройства в нейтральном положении по окончании свинчивания или развинчивания для последующего отвода ключа от трубы осуществляется специальным устройством. Это устройство состоит из штока совмещения 26, который под действием поршня блока цилиндров VI выдвигается вверх и, заскакивая в гнездо разрезной шестерни, производит остановку. Для смягчения удара и предохранения деталей от поломок верхняя часть штока совмещения с 2-х сторон имеет скосы. Такие же скосы имеются и в гнезде шестерни. Включение штока совмещения может происходить только при вращении шестерни, на малых оборотах, что предусмотрено конструкцией пульта управления. Для совмещения разрезной шестерни включение пневмодвигателя производится в сторону освобождения челюстей. 7

Подробная конструкция блока цилиндров для стопорного и храпового устройства показана на рис. 4. Блок цилиндров имеет два поршня, из которых один соединен со штоком 19 храпового устройства включения верхних челюстей, а другой соединен со штоком совмещения 26. Поршни обоих цилиндров при выключении цилиндров из работы опускаются под действием собственного веса и пружин 28. Для спуска конденсата каждый цилиндр имеет спускную пробку. Для устранения компрессии полости цилиндров в верхней части сообщены между собой специальным отверстием. Подвод и отвод сжатого воздуха осуществляется по трубкам 25. Верхний корпус трубозажимного устройства 14 удерживается на некотором расстоянии относительно промежуточного диска четырьмя стаканчиками 6. При свинчивании верхний корпус сжимает пружины стаканчиков и опускается вниз. При развинчивании верхний корпус поднимается вверх, удерживаясь на замке (трубе) за счет зажатия трубы челюстями. Верхний корпус 14 может также перемещаться в горизонтальной плоскости в двух направлениях относительно разрезной шестерни. Одно перемещение осуществляется за счет зазоров между ведущими пальцами и овальными окнами корпуса, а другое, перпендикулярное первому — за счет зазоров между двумя пальцами разрезной шестерни и окнами промежуточного диска. Благодаря такой конструкции верхний корпус самоустанавливается по бурильному замку (трубе). В передней части верхнего корпуса вмонтировано два толкателя 55 с пружинами 56, с помощью которых верхний корпус прижимается к бурильному замку (трубе) упором 11, центрируя верхний корпус относительно бурильного замка (трубы). Для самоцентрирования блока ключа при подводе его к трубе в передней части зева ключа на нижнем и верхнем корпусах устанавливаются четыре накладки 36 для работы с замками размером 146—155 мм и специальные накладки для работы с замками размером 108—118 мм. При работе с замками размером более 155 мм эти накладки снимаются. Для непрерывной передачи вращения разрезная шестерня соединяется двумя паразитными шестернями редуктора. Разрезная шестерня центрируется десятью роликами 45 и опирается на 5 конических подпоров 16, вмонтированных в корпус редуктора. Все остальные шестерни редуктора вращаются на роликоподшипниках. Наружные шестерни закрыты защитным кожухом 49. На ведущем вале редуктора посажен маховик IV. Маховик введен в конструкцию с целью увеличения крутящего момента, обеспечивающего раскрепление и закрепление резьбового соединения труб (замков), 8

а также для сообщения трубе более равномерной скорости вращения. Вращение трубы при свинчивании и развинчивании осуществляется за счет работы пневмомотора III, мощностью 11 квт. (15л. с.). Соединение коленчатого вала пневмомотора с ведущим валом редуктора осуществляется через маховик в шлицевый валик 17. Колонна ключа с кареткой (рис. 6) состоит из 5 частей: каретки I, двух пневматических цилиндров 3, колонны 6, тумбы 8 и домкрата 9.

Рис.6 Колонна ключа с кареткой В верхней части каретки имеется свободно установленные на неподвижных осях четыре ролика 12, являющиеся нижней опорой полозьев блока ключа. Роль направляющих выполняют четыре Г-образных бронзовых вкладыша 11, одновременно являющихся верхней и боковой опорами полозьев блока ключа. Каретка свободно вращается на верхней части колонны, и ее положение при работе ключа фиксируется чекой 10. Смещение каретки вдоль колонны ограничено пальцем 13, свободно установленным в бобышке каретки и связанным с последней шплинтом; плоский конец пальца 13 находится в кольцевой проточке колонны 6. С двух сторон к каретке жестко прикреплены пневматические цилиндры подвода-отвода блока ключа двустороннего действия (рис. 7). Цилиндры имеют с обеих сторон пневматические амортизаторы, предназначенные для плавной остановки ключа в крайних положениях. Степень амортизации регулируется иглами 4 за счет изменения проходного сечения каналов 3. В передней и задней крышках цилиндра имеются спускные пробки 5 для спуска влаги (конденсата) из полости цилиндра. 9

Подвод и отвод воздуха к цилиндрам осуществляется металлической обвязкой из труб 1/2", соединяемой с крышками цилиндров через штуцеры 4 и угольники 5; для спуска влаги (конденсата) из системы обвязки угольники имеют спускные пробки. Оба штока цилиндров подвода-отвода шарнирно соединяются с проушинами блока ключа при помощи подвесок 2. Для установки ключа на разной высоте колонна имеет возможность вертикального перемещения в основании. При этом каждое положение ее по высоте фиксируется валиком 7.

Рис.7. Пневматический цилиндр Для бесступенчатой регулировки ключа по высоте при работе с элеваторами имеется домкратное устройство 9 с ходом винта 150 мм. Конструкция основания тумбы 8 предусматривает два варианта установки ключа около ротора: под углом 40° и под углом 24°. Возможные схемы установки ключа приведены на рис. 14, 15, 16, 17 и 19. При установке ключа на элеваторах между низом полоза блока ключа и верхом элеватора должен быть обеспечен размер 10 мм. Пульт управления (рис.8) состоит из корпуса 3, двух кранов 5, входного крана 8, кожуха 2, двух верхних рукояток 1, 4, нижней съемной рукоятки красного цвета 7, ограждения 10 и рукавов с накидными гайками или угольниками. Краны клапанные 5 взаимозаменяемые. Конструкция крана приведена на рис. 9, а принципиальная схема работы его показана на рис. 10. Кран клапанный имеет две пары штоков и две пары клапанов. Штоки и клапаны подпружинены. Конструкция клапанов для пневмомотора и цилиндров подвода-отвода ключа обеспечивает плавное дросселирование сжатого воздуха. Нижняя крышка крана имеет два штуцера: центральный — для выхода отработанного воздуха и сбоку—для подвода сжатого воздуха. Сжатый воздух подводится, сразу ко всем четырем клапанам. 10

На верхней крышке крана шарнирно укреплена рукоятка управления. Рукоятка управления в нижней части имеет диск, который опирается на штоки. В верхней части рукоятки управления имеется пружина. Благодаря такой конструкции крана рукоятка управления под действием усилия пружин четырех штоков стремится занять нейтральное (вертикальновыключенное) положение, а верхняя часть рукоятки управления под действием своей пружины поднимается вверх и входит утолщенной своей частью в центральное отверстие копира, стопоря рукоятку управления крана от произвольного включения.

Рис.8. Пульт управления Для включения крана необходимо рукоятку управления нажимом руки опустить вниз до тех пор, пока она не выйдет из центрального отверстия копира. Управление работой бурового ключа с пульта осуществляется рукоятками 1 и 4 (рис. 11,12). Левой рукояткой 1 (рис. 8) производится управление работой цилиндров подвода-отвода ключа и работой цилиндра зажима нижних челюстей. 11

Правой рукояткой 4 производится управление работой пневмомотора ключа и работой блока цилиндров, т. е. зажимом верхних челюстей и механизмом совмещения. При работе ключа сжатый воздух подается от ресивера через рукав ∅ 38 мм к входному крану 8 и кранам 5 (рис.8 и 12). От кранов сжатый воздух поступает к соответствующим цилиндрам и пневмомотору по резиновым рукавам ∅ 18 и 25 мм. Входной кран 8 открывается только специальной съемной рукояткой 7, которая вставляется и вынимается только в горизонтальном положении. При вынутой рукоятке 7 входной кран 8 закрыт. Заводом непрерывно совершенствуются конструкции выпускаемых изделий, в связи, с чем в полученных образцах буровых ключей возможны незначительные расхождения с инструкцией, не влияющие на взаимозаменяемость деталей и эксплуатацию. 3. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С КЛЮЧОМ АКБ Запрещается: - производить включение в работу любого механизма ключа, если около него находится человек; - во время работы кому-либо из рабочих подходить близко к работающим механизмам ключа; - производить какие-либо подправки «на ходу» в работающем механизме; - производить работы в случае обнаружения неисправности в механических частях ключа; - работать при неисправном предохранительном клапане в пневматической линии и давлении в пневмосети выше 0,98 МПа (10 кгс/см2); - работать при неисправной пневматической сети; - производить спуск колонны в скважину при неполностью отведенном ключе; - подводить ключ к бурильной колонне до момента ее окончательной посадки на клинья или элеватор; - подводить ключ к бурильной колонне в момент установки свечи (трубы) в колонну. Подвод ключа к трубе производится после установки свечи и отхода рабочего на безопасное расстояние, вне сферы действия ключа; - производить подвод-отвод, а также вращение трубозажимного устройства и включение вспомогательного цилиндра нижних челюстей, если кто-либо из рабочих находится в непосредственной близости к вращающимся и движущимся деталям; - вращение трубозажимного устройства, если поднятая свеча находится под натягом (за счет пружины крюка или от натяжения талевой системы). 14

Рис.12 Схема управления работой ключа

Рис. 13 Пневматическая схема 1 – кран входной; 2- пульт управления; 4 – цилиндры подвода и отвода ключа; 5 – пневмомотор П11-16; 6 – цилиндр включения верхних челюстей; 7 – блок ключа; 8 – цилиндр включения стопора совмещения; 9 – цилиндр зажима нижних челюстей; 10 – компрессорная установка производительностью 3 м3/мин при давлении 0,7-1,0 Н/мм2; 11 – ресиверы общей емкостью не менее 2 м3. 13

Во время эксплуатации все механизмы должны быть закрыты защитными кожухами. Все работы, связанные с ремонтом, сменой рабочих органов ключа, регулировкой, устранением неисправностей в механических частях, в пневмолинии и в пневмооборудовании, должны производиться только при следующих условиях: - обе верхние рукоятки пульта должны находиться в нейтральном (вертикально-выключенном) положении после предварительного их наклона по прорези копира и застопорены путем вхождения верхней утолщенной части рукоятки под действием пружины в центральное отверстие копира. При нейтральном положении верхних рукояток оставшийся сжатый воздух в пневмолинии за пультом и в пневмооборудовании ключа будет выпущен в атмосферу; - нижняя (красная) рукоятка пульта должна быть повернута в горизонтальное положение и вынута из замка, т. е. входной кран закрыт. При длительных перерывах в работе с ключом производится дополнительное перекрытие подачи сжатого воздуха к пневмосистеме пульта ключа путем перекрытия второго крана, расположенного у ресивера. Вращение трубозажимного устройства ключа и включения вспомогательного цилиндра нижних челюстей разрешается производить только тогда, когда верхние и нижние челюсти полностью обхватят замок (трубу), то есть когда верхний и нижний упоры прижаты к замку. Переключение фиксаторов (верхних и нижних), смену челюстей, упоров и дугообразных пружин разрешается производить при нейтральном положении верхних рукояток и вынутой рукоятке пульта. Приподнимание колонны бурильных труб разрешается производить только после полного подвода ключа от центра скважины. После выполнения каждой операции свинчивания-развинчивания обе рукоятки пульта управления должны автоматически возвращаться в нейтральное (выключенное) положение и стопориться в центральном отверстии копира под действием своих пружин. По окончании работы ключом должна быть снята с пульта нижняя рукоятка, то есть, перекрыт входной кран пневматической линии. Рукоятки пульта управления должны находиться в нейтральном, (выключенном) положении и застопорены в этом положении верхней утолщенной частью рукоятки. С целью выявления пультов, техническое состояние которых не удовлетворяет требованиям безопасной работы, производить ревизию каждого пульта необходимо не реже одного раза в течение трех месяцев его работы. 15

4. ПОРЯДОК УСТАНОВКИ КЛЮЧА АКБ Конструкция опоры ключа—«Колонна ключа с кареткой»— (рис. 6) рассчитана на установку ключа с различного рода основаниями буровой и используемым буровым оборудованием (роторами, клиньями, лебедками).Установка ключа на буровой в плане и по высоте производится в соответствии с монтажными схемами, рис.16,17. Основным вариантом установки ключа в плане является расположение ключа под углом 24° (углом между осевой ключа и осевой линией, проходящей через центр ротора параллельно роторному щиту). Этот вариант, обеспечивая установку опорной плиты колонны на одном уровне относительно ротора, дает возможность производить разную установку самого ключа по высоте и его работу при посадке бурильной колонны на клинья любого типа, а также при посадке бурильной колонны на элеватор. При установке обсадных труб по высоте для свинчивания буровым ключом существуют два варианта. Первый вариант: при спуске первых труб, когда вследствие малого веса клинья не удерживают колонну труб от проворота, труба устанавливается так, чтобы нижние челюсти зажимали нижнюю трубу под муфтой. Второй вариант: при спуске труб, когда колонна удерживается клиньями от проворота при запертом роторе, муфта останавливается против нижних челюстей. Нижние челюсти не зажимают муфту и служат только для центрирования ключа относительно колонны. Если муфта на колонне завернута герметично и при спуске не требуется ее подкрепление, свинчивание и крепление с участием в работе нижних челюстей следует производить по второму варианту. При установке ключа под углом 40° (рис. 17) исключается возможность перестановки ключа для работы на элеваторах, так как в этом случае мешает кожух роторной цепи. Для установки ключа под углом 24° пневмоклинья монтируются в повернутом на угол 16° положении, для чего необходимо несколько изменить приварку опорных деталей (щек) клиньев к ротору. В месте установки ключа на буровой предварительно монтируют специальную плиту, которая должна быть жестко соединена с подроторными балками.

16

Рис.9 Кран пульта управления

Рис.10 Принципиальная схема работы крана пульта управления: 1 – из цилиндра зажима нижних челюстей или блока цилиндров; 2 – сжатый воздух от входного крана; 3 – в атмосферу; 4 – в цилиндр зажима нижних челюстей или блока цилиндров; 5 – из цилиндров отвода - подвода или из пневмомотора; 6 – в атмосферу; 7 – в цилиндры подвода-отвода или в пневмомотор. 12

4.1. Монтаж ключа на буровой - Установить на плиту подроторных оснований тумбу и колонну ключа с кареткой (рис. 6) и надежно закрепить тумбу к плите болтами. Болты должны быть законтрены от самоотвинчивания пружинными шайбами или другим способом. - Установить каретку по высоте относительно ротора в зависимости от конструкции клиньев элеватора. Колонну в тумбе зафиксировать гладким валиком 7 (рис. 6), а каретку относительно колонны — чекой 10. - Установить на каретку блок ключа и соединить его с 2-мя подвесками штоков пневматических цилиндров подвода ключа. Подъем каретки с колонной и тумбой, а также блока ключа при монтаже и демонтаже производится с помощью стропов с крюками, продеваемыми в отверстия скоб, приваренных в головных и хвостовых частях каретки и корпуса ключа. Схема строповки указанных узлов показана на рис. 13. - Установить пульт управления в следующем порядке: а) надежно закрепить корпус пульта к полу буровой; б) очистить вводной рукав пульта; в) подсоединить вводной рукав пульта к воздухопроводу; г) открыть краны у ресивера и входной кран пульта, поочередно продуть каждый рукав пульта управления путем открытия соответствующего клапана крана пульта; д) закрыть входной кран и проверить, находятся ли рукоятки пульта в нейтральном положении и застопорены ли они от произвольного включения; е) подсоединить рукава пульта к пневматическим цилиндрам и пневмомотору согласно схеме (рис. 12). Рукава, идущие от пульта управления к ключу, должны прокладываться по полу буровой и закрываться защитными кожухами (деревянными или металлическими); выхлопные рукава пульта для уменьшения шума должны проходить под пол буровой. Для обеспечения нормальной работы ключа необходимо, чтобы суммарный объем ресиверов, установленных на буровой, был не менее 2 м3. По установке ключа в направлении центра ротора каретка фиксируется от проворота вокруг колонны чекой, вставленной в отверстия проушин каретки и фланца колонны. По окончании монтажа проверяют следующее: а) надежность крепления колонны ключа и ключа со штоками пневматических цилиндров; 17

Рис.14 Схема строповки б) соответствие соединения шлангов с пневматическими механизмами ключа согласно схеме-таблице пульта управления путем кратковременных включений механизмов с пульта управления; в) параллельность полозьев ключа в выдвинутом положении поверхности стола ротора, т. е. перпендикулярность ключа бурильной трубе в роторе. Допускается отклонение от параллельности или перпендикулярности не более 25 мм на 1 метр. В случае несоблюдения этого условия нужно произвести регулировку при помощи установки прокладок с отверстиями под болты крепления на платики между тумбой колонны и плитой основания; г) работу механизмов вхолостую путем пробных включений, а также работу ключа на одной из бурильных труб на 5—6 пробных циклах «свинчивания-развинчивания» бурильного замка, для чего в ключ должны быть установлены соответствующего размера челюсти и упоры. 4.2. Демонтаж Демонтаж автоматического ключа на буровой по окончании бурения скважины заключается в следующем: - Произвести отсоединение рукавов пульта управления от механизмов ключа и воздушной линий буровой. 18

После отсоединения отверстия в рукавах пульта, пневмомотора ключа и пневмоцилиндрах закрыть деревянными пробками. - Отсоединить проушины блока ключа от штоков, пневматических цилиндров подвода-отвода. - Снять ключ с каретки, при помощи стропов и талевой системы. Примечание: 1. Перед снятием ключа все челюсти должны быть вынуты. 2. В целях предотвращения полозьев ключа от забоин, ключ устанавливают на деревянные доски-полозья, которые прикрепляются к ключу проволокой или каким-либо другим способом. - Отсоединить тумбу колонны от основания буровой. 5. ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ 5.1. При спуске-подъеме бурильных труб Перед пуском ключа в работу необходимо произвести следующее: - В трубозажимные устройства верхнего и нижнего корпусов вставить комплект челюстей с упорами под соответствующий размер бурильных замков согласно схеме применения челюстей (рис. 14). - В челюсти вставить дугообразные пружины. Закрепить челюсти и. упоры болтами 5, 32, 12, 29 (рис. 4). - При спуске инструмента, перед процессом свинчивания левый нижний фиксаторный палец 39 (рис. 5) (со стороны цилиндров) поднять, а правый 38 — опустить, тем самым, давая возможность производить зажатие и освобождение замка нижними челюстями только при свинчивании. - При подъеме инструмента, перед процессом развинчивания, для работы нижними челюстями левый нижний фиксаторный палец 39 опустить, а правый 38 — поднять. - Установить верхние фиксаторные пальцы 37 (рис. 5) трубозажимного устройства в верхнее положение. - Открыть ротор для возможности его проворачивания. 5.2. При спуске обсадной колонны Перед пуском ключа в работу необходимо произвести следующее: - В трубозажимные устройства ключа в верхний и нижний корпуса вставить комплект челюстей с упорами соответственно размеру обсадных труб и муфт. Нижние челюсти должны быть зафиксированы в среднем нейтральном положении, и они выполняют только роль центрирования ключа относительно обсадной колонны. - Верхний правый фиксаторный палец 37 (рис. 5) трубозажимного устройства опустить вниз, а левый — поднять. 19

Это включение фиксаторов производится в целях более надежной фиксации верхнего челюстедержателя в верхнем корпусе (в нейтральном положении) при вращении верхнего корпусов сторону, обратную завинчиванию при совмещении и реверсах для дополнительных ударов при подкреплении. - Кроме подготовки ключа и проведения работ на буровой, связанных со спуском обсадной колонны, необходимо на втором поясе буровой вышки (башенного типа) с правой или левой стороны от приемных мостков прикрепить раму с люлькой для верхового, рабочего или установить центратор для обсадных труб. Центрирование трубы перед свинчиванием относительно оси спущенной колонны производится верховым рабочим при помощи хомута. При центрировании трубы с помощью центратора в начале производят его настройку, т. е. устанавливают и закрепляют в положении, которое определяется первой свинченной с колонной трубой. 6. ПОРЯДОК РАБОТЫ 6.1. Спуск-подъем инструмента Управление работой ключа при завинчивании или развинчивании бурильной колонны в процессе спуска-подъема инструмента производится поочередным включением в работу механизмов ключа. Прежде чем начать работу ключом, бурильная колонна должна быть посажена на клинья (элеватор), при этом замок, предназначенный к завинчиванию или развинчиванию, должен находиться на уровне нижних и верхних челюстей. После этого приступают к выполнению следующих операций: подводу ключа к трубе, зажатию нижними челюстями бурильного замка, завинчиванию или развинчиванию бурильного замка, совмещению трубозажимных устройств, освобождению нижних челюстей и отводу ключа от трубы. 6.2. Подвод ключа и зажим нижних челюстей Для подвода ключа к бурильной колонне необходимо левую рукоятку I пульта управления отклонить «от себя» до отказа. После прижатия упора трубозажимных устройств ключа к замку бурильной колонны производится зажатие замка нижними челюстями путем отклонения той же рукоятки влево — при завинчивании и вправо— при развинчивании. 20

Процесс свинчивания с докреплением и развинчивания с раскреплением может производиться и без включения в работу нижних челюстей, если бурильная колонна надежно удерживается в клиньях от проворота при запертом роторе. 6.3. Завинчивание или развинчивание бурильного замка и совмещение После подвода ключа включают пневмомотор. При этом происходит холостое вращение верхнего корпуса трубозажимного устройства вокруг бурильного замка — период разгона вращающихся масс. Затем производят включение верхних челюстей, которые, зажимая верхнюю половину бурильного замка, передают вращение бурильной трубе. Если при первом включении верхних челюстей при развинчивании натяг в резьбе замка будет снят не полностью, то необходимо пневмомотор выключить и произвести кратковременное включение пневмомотора в обратную сторону для освобождения верхних челюстей. Затем включают пневмомотор и снова производят раскрепление замка. Если резьбовое соединение замка не раскрепляется после двух ударов без участия нижних челюстей в работе, то необходимо замок зажать нижними челюстями. При необходимости дополнительного подкрепления резьбового соединения после завинчивания операцию завинчивания повторяют, но не более двух раз. Операция зажатия замка нижними челюстями при завинчивании для ускорения процесса должна производиться во время вращения трубы при свинчивании, но к моменту докрепления нижние челюсти уже должны быть включены. При развинчивании или завинчивании в процессе вращения трубы (свечи), если последняя заметно искривлена, что приводит к сильному ее раскачиванию, необходимо обороты пневмомотора несколько снизить. 6.4. Освобождение нижних челюстей от захвата замка бурильных труб и отвод ключа Освобождение нижних челюстей производится поворотом рукоятки 1 слева направо с переходом за нейтраль — при завинчивании и справа налево также с переходом за нейтраль — при развинчивании. После этого производят отвод ключа поворотом той же рукоятки на нейтраль и «на себя» через центральное положение до упора. Когда ключ будет отведен от центра скважины, рукоятка устанавливается в нейтральное положение. 21

Операция освобождения, нижних челюстей при развинчивании для ускорения процесса должна производиться во время вращения трубы после снятия натяга в резьбовом соединении замка. 6.5. Спуск обсадной трубы Управление работой ключа при завинчивании и докреплении обсадных труб в процессе спуска обсадной колонны производится в основном так же, как и при завинчивании бурильных труб, с той лишь разницей, что завинчивание трубы начинают с минимально малых оборотов вращения трубы и к концу свинчивания обороты доводят до максимальных. Докрепление резьбы обсадных труб производят так же, как и бурильных труб — ударами. Для надежного закрепления резьбы необходимо произвести 4—5 ударов до момента трогания муфты обсадной трубы. 7. СБОРКА И РАЗБОРКА КЛЮЧА АКБ 7.1 Разборка ключа По окончании бурения скважины все узлы ключа и пульта управления должны быть подвергнуты осмотру и проверке. Разборку узлов необходимо проводить настолько, чтобы можно было проверить состояние его деталей и наиболее изнашивающихся частей. При разборке детали должны быть тщательно очищены от смазки и грязи, промыты в бензине и подвергнуты наружному осмотру с замерами выработки. Разборка ключа может быть полной или частичной. Полную разборку производят только в мастерской. Частичная разборка с целью замены отдельных узлов (верхний корпус, пневмомотор, пневмоцилиндры, маховик, блок цилиндров, ролики и пальцы роликов, вкладыш и подпоры разрезной шестерни) допустима в условиях буровой. 7.2. Сборка ключа Сборка ключа производится в порядке, обратном разборке. Сборку производят с одновременной смазкой деталей, руководствуясь картой смазки. В случае замены подшипников установку подшипников на валы необходимо производить с предварительным нагревом их в масляной ванне до температуры 80—90°С. В процессе сборки, в зависимости от характера произведенного ремонта, необходимо проверить следующее: - установку вкладышей в корпусах трубозажимного устройства. 22

В верхнем корпусе должны быть установлены унифицированные (утолщенные) вкладыши. В нижнем корпусе должны быть установлены вкладыши под углом 11°. Вкладыши должны плотно прилегать к опорным поверхностям гнезда в корпусах. - четкость выдвижения храповика из нижнего челюстедержателя. - проворачивание втулки храповика в шестерне. Втулка должна свободно проворачиваться в пределах люфта между хвостовиком и пазом втулки. - соединение хвостовика с верхним челюстедержателем. Хвостовик должен свободно покачиваться на оси и не иметь заметного люфта вдоль оси. - установку промежуточного диска. Промежуточный диск должен от руки перемещаться от нейтрального в оба крайние положения (в направлении, перпендикулярном вырезу) не менее 5 мм. - максимальный угол поворота верхнего челюстедержателя относительно верхнего корпуса должен быть не менее 28° в обе стороны от нейтрального положения, а у нижнего челюстедержателя относительно нижнего корпуса не менее 23° в обе стороны. фиксацию верхнего челюстедержателя в верхнем корпусе в нейтральном положении; верхний челюстедержатель должен, надежно удерживаться в нейтральном положении подпружиненным шариковым фиксатором и подпружиненными бойками. установку шарикового фиксатора и упора. Шарик должен равномерно по окружности касаться конусного углубления упора или иметь равномерный зазор не более 0,3 мм. установку штока совмещения. В нижнем положении зазор между штоком и низшей точкой торца шестерни должен быть не менее 0,4 мм. В верхнем положении (при выдвинутом до отказа штоке) зазор между штоком и плоскостью впадины гнезда шестерни должен быть не более 1,5 мм. Сборку челюстей: - ролики должны легко вращаться в челюсти и прилегать всей образующей; - сухари должны плотно, всей поверхностью, прилегать к поверхности паза челюсти. Сухари должны быть надежно закреплены пальцами, и не иметь какихлибо боковых люфтов вдоль и перпендикулярно пазу; - челюсти, при их установке в гнезда челюстедержателей, должны легко проворачиваться. Сборку подпружиненных бойков толкателей и стаканчиков. Перемещение их до своих крайних положений при нажатии должно происходить плавно, без заеданий. 23

Проверка пульта управления заключается в следующем: - проверить правильность установки кранов относительно центрального отверстия копиров и надежность их крепления. - проверить возврат рукоятки управления из любого рабочего положения в нейтральное (выключенное) положение. Для этой проверки каждую рукоятку необходимо устанавливать во все крайние положения прорези копиров, а затем плавно ее отпускать и проверять, устанавливается ли она сама под действием усилия пружин штоков в нейтральное (выключенное) положение и осуществляется ли при этом ее стопорение в центральном отверстии копира под действием ее пружины. Проверить на герметичность входной кран при давлении 0,98 МПа, для чего необходимо: - установить обе рукоятки в нейтральное положение; - закрыть входной кран; - отсоединить рукава в местах их присоединения к пневмоцилиндрам и пневмомотору; - включить кран пульта в положение «подвод ключа» или «отвод ключа»; - 3-4 раза открыть и закрыть входной кран. При этом убедиться, что при открытом входном кране воздух нормально поступает из рукава крана «подвода-отвода», а при закрытии входного крана отсутствует утечка воздуха через этот рукав. Проверить на герметичность краны пульта при давлении 0,98 МПа (10 кгс/см2), для чего необходимо: - выполнить пункты предыдущего раздела; - открыть входной кран; - наклонить одну из рукояток вдоль прорези копира до упора, а затем возвратить ее в нейтральное положение. При этом убедиться, что проверяемый кран обеспечивает нормальную подачу воздуха из рукава при его открытии и не обнаруживается утечки воздуха при его закрытии. Подобную проверку этого крана произвести при наклоне рукоятки в противоположную сторону, а также наклонах этой рукоятки во взаимоперпендикулярном направлении в одну и в другую сторону. При этом убедиться, что по всем четырем шлангам, выходящим из крана, соответствующим наклоном рукоятки обеспечивается нормальная подача сжатого воздуха и не обнаруживается утечка воздуха при установке рукоятки в нейтральное положение. 24

По окончании сборки необходимо произвести следующие работы: обкатать редуктор ключа при давлении воздуха в сети 0,147—0,196 МПа (1,5—2 кгс/см2) вхолостую в течение 0,5 часа в одну и 0,5 часа в другую сторону. При этом работа шестерен должна быть плавной, с равномерным шумом, отдельные удары и дробные перекаты не допускаются, также не допускается нагревание подшипников качения и роликов трубозажимного устройства. После обкатки пальцы роликов трубозажимного устройства должны легко, без люфтов, вращаться в своих втулках; - испытать на герметичность пневматические цилиндры при давлении воздуха в сети 0,98 МПа (10 кгс/см2). При этом не допускаются утечки воздуха через прокладки, сальниковые уплотнения, манжеты, шланги и их соединения; - испытать пневматические цилиндры на плавность перемещения штоков при давлении воздуха в сети не более 0,1 МПа (1 кгс/см2). Передвижение штоков всех цилиндров ключа до своих крайних положений должно происходить легко и плавно, без рывков и заеданий; - проверить работу штока совмещения при вращении верхнего корпуса в обе стороны при давлении сжатого воздуха в линии 0,98 и 0,49 МПа (10 и 5 кгс/см2). При этом верхний корпус должен четко, без пробуксовок (без отжатия штока) останавливаться в нейтральном положении. 8. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ Уход за ключом заключается в систематическом осмотре надежности крепления колонны ключа, в проверке исправности пульта управления, в проверке наличия смазки во всех подшипниковых узлах, проверке уровня масла в редукторе ключа и пневмомоторе, в проверке герметичности воздухопроводов и манжет цилиндров. По мере загрязнения ключ должен очищаться от глинистого раствора, в особенности места в челюстедержателях и полозья в каретке. В процессе эксплуатации запрещается следующее: - производить работу ключа, если обнаружена какая-либо неисправность как механической, так и в пневматической части ключа; неисправен пульт управления; - подводить ключ к трубе, если при посадке колонны последние начали пробуксовывать; - - включать пневмомотор, если ключ не плотно прижат нижним упором к трубе; - работать ключом, если установка челюстей и упоров не соответствует диаметру бурильных замков и обсадных труб; 25

При эксплуатации необходимо: - работу ключом производить в полном соответствии с правилами пооперационного включения механизмов ключа пульта управления как при процессах завинчивания и развинчивания бурильных труб, так и при завинчивании обсадных труб; - периодически спускать конденсат из цилиндров и пневмомотора через специальные для этого отверстия в этих механизмах; смазывать ключ нужно в полном соответствии с указаниями, приведенными в карте смазки. Таблица 8.1. Карта смазки Место смазки Масла и смазки Указание по смазке 1 2 3 4 Центральные Пресс-солидол «С» Заправлять шприцем втулки каретки один раз в месяц через масленку на цилиндрической части каретки Втулки цилиндров подвода-отвода

Пресс-солидол «С»

Втулки роликов каретки

Пресс-солидол «С»

Верхний подшипник промежуточного вала Редуктор

Пресс-солидол «С»

Масло ТС

26

Заправлять шприцем перед каждым спускоподъемом не реже одного раза в неделю через пресс-масленку Заправлять шприцем один раз в неделю через пресс-масленки на осях роликов Заправлять шприцем один раз в неделю через пресс-масленки Заливать маслом до уровня контрольной пробки на боковой крышке редуктора, доливать один раз в неделю и по мере надобности; смена масла 1 раз в три месяца.

продолжение таблицы 8.1. 1 2 3 Полозья ключа Пресс-солидол «С»

Цилиндры зажима и отвода –подвода

Индустриальное И30А

Зубья разрезной шестерни Ролики челюстей

Пресс-солидол «С»

Полости и вкладыши в корпусах трубозажимных устройств Подшипники паразитных шестерен редуктора

Пресс-солидол «С»

Графитная УСсА

Пресс-солидол «С»

Транспортировка ключа в промысловых отдельными блоками.

4 Смазывать помазком перед каждым спускоподъемом, очистив полозья от грязи. Смазывать поршни цилиндров и внутреннюю полость один раз в три месяца, очистив от грязи. Смазывать помазком один раз в неделю Смазывать при каждой установке челюстей Смазывать помазком перед каждым спускоподъемом, очистив детали от грязи Заправлять шприцем один раз в месяц через пресс-масленки, установленные внизу на редуктор условиях производится

Рис. 14. Схема применения челюстей, упоров, прокладок. 27

Рис.15 . Положение челюстей в период работы ключа

28

Рис. 16 Схема установки ключа для работы с пневмоклиньями: 1 – низ полоза ключа; 2 – центр колонны ключа; 3 – пневмоклинья 29

Рис. 17 Схема установки ключа для работы на элеваторах бурильными трубами. 1 – низ полоза блока ключа; 2 – зона допускаемых положений элеватора на роторе; 3 – центр колонны ключа.

Рис.18 Эскиз ухаря с прокладками 1 – сухарь; 2 – прокладка; 3 – челюсть. 30

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Назначение автоматического бурового ключа? 2. Из каких основных узлов состоит ключ АКБ? 3. Расскажите устройство блока ключа АКБ? 4. Расскажите устройство трубозажимного устройства АКБ? 5. Расскажите устройство колонны ключа с кареткой? 6. Каким образом ключ бееступенчато регулируется по высоте? 7. Расскажите устройство клапанного крана? 8. Как происходит установка ключа на основании буровой установки? 9. Последовательность операций при подготовке работы ключа при спуско-подъеме бурильных труб? спуске обсадных труб? 10. Каким образом происходит свинчивание-развинчивание бурильных замков ключом АКБ? 11. Расскажите, как происходит сборка и разборка ключа АКБ? 12. Каким образом проверяется правильность сборки узлов ключа АКБ? СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. 2. 3. 4.

Палашкин Е.А. Справочник механика по глубокому бурению. – М.: Недра, 1981 – 510 с. Справочник механика буровых установок/ Гноевых А.Н., лобкин А.Н., Абубакиров В.Ф. и др. – М.: ОАО «Издательство «Недра», 1997. – 491 с. Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование/ под ред. А.М. Гусмана и К.П. Порожского: Научное издание. Екатеринбург: УГГГА, 2002, 592 с. Буровое оборудование / Малкин И.Б., Мороз Е.П., Архангельский и др. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 480 с.

31

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Машины и оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин на суше» для студентов специальности 170200 (МОП) очной и заочной форм обучения Составители: доцент, к.т.н. ассистент

Подписано к печати Заказ № Формат 60х84 1/16 Отпечатано на RISO GR 3750

А.Е. Анашкина М.Б. Грушевский

Бум.писч. №1 Уч. - изд. л. 2 Усл. печ. л. 2 Тираж 200 экз.

Издательство “Нефтегазовый университет” Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

“Тюменский государственный нефтегазовый университет” 625000, г.Тюмень, ул.Володарского, 38 Отдел оперативной полиграфии издательства “Нефтегазовый университет”, 625000, Тюмень, ул.Володарского, 38