ТРУБОВРАЩАТЕЛЬ БУРОВОГО КЛЮЧА Российский патент 1995 года по МПК E21B19/16 

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано в конструкциях стационарных буровых ключей, применяющихся для свинчивания и развинчивания буровых и обсадных труб.

Известен трубовращатель трубного ключа замкнутого типа, включающий корпус, механизм захвата труб с приводом и узел реверсирования поворота внутреннего кольца относительно наружного (1).

Недостатком этого устройства является сложность конструкции, необходимость специального привода и органов управления для узла реверсирования, а также жесткость удара подвижных частей при переводе трубозахвата в исходное положение, что приводит к интенсивной выработке соударяющихся деталей и к выходу трубовращателя из строя после сравнительно непродолжительной работы.

Известен также трубовращатель бурового ключа замкнутого типа, выбранный в качестве прототипа, включающий корпус с механизмом захвата труб в виде наружного и внутреннего кольца с шарнирными рычагами, фрикционного тормоза и механизм реверсирования поворота внутреннего кольца относительно наружного с узлом управления в виде управляемого переключающегося стопора, установленного с возможностью взаимодействия с фиксатором (2).

Недостатком этого устройства является необходимость установки специального привода механизма реверса и органов его управления, раздельное управление механизма реверса и органов его управления, раздельное управление механизмом реверса переключением частот вращения привода вращателя и фрикционного тормоза, а также различное угловое положение шарнирных рычагов в нейтрали при различных режимах работы (свинчивание или развинчивание), что фактически уменьшает полезную рабочую длину кулачков узла сведения - разведения шарнирных рычагов, а следовательно, уменьшает и диапазон диаметров труб, захватываемых без перенастройки ключа.

Целью изобретения является повышение производительности и надежности за счет совмещения операций переключения частот вращения трубовращателя с переключением механизма реверсирования с одновременным расширением диапазона диаметров, захватываемых без перенастройки ключа.

Указанная цель достигается тем, что в трубовращателе бурового ключа с замкнутым корпусом, содержащим механизм захвата труб в виде наружного и внутреннего колец с шарнирными рычагами и переключателем частот его вращения, фрикционный тормоз с приводом, узел реверсирования поворота внутреннего кольца относительно наружного, в отличие от прототипа (2) выполнено с подпружиненными фиксаторами, наружное кольцо - с внутренними пазами, узел реверсирования - в виде нескольких стопоров, фрикционный тормоз - со средством для создания двух величин тормозного момента, причем стопоры размещения во внутренних пазах наружного кольца - с возможностью перемещения по окружности в пределах паза и взаимодействия с подпружиненными фиксаторами, при этом усилие срабатывания подпружиненных фиксаторов больше усилия, создаваемого стопорами при меньшем тормозном моменте, и меньше усилия, создаваемого стопорами при большем тормозном моменте. Кроме того, замкнутый корпус трубовращателя выполнен с фрикционными накладками с приводом, а средство для создания двух величин тормозного момента выполнено в виде плоского тормозного диска, установленного на внутреннем кольце между фрикционными накладками с возможностью взаимодействия с ними и передачи вращающего момента, при этом привод фрикционных накладок выполнен в виде подпружиненных поршней.

На фиг. 1 показан поперечный разрез устройства; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение В-В на фиг.2.

Трубовращатель бурового ключа содержит установленные в корпусе 1 наружное 2 и внутреннее 3 кольца. На внутреннем кольце 3 на осях 4 установлены двуплечие рычаги 5, снабженные отводными 6 и выдвижными 7 опорными роликами. На внутреннем кольце 3 установлены также подпружиненные фиксаторы 8, имеющие возможность взаимодействия со стопорами 9. Стопоры 9, подвижные в угловом направлении их, установлены в пазах 10 наружного кольца 2.

На наружном кольце 2 на двух разных уровнях установлены две группы спиральных кулачков 11 и 12 с возможностью взаимодействия с соответствующими роликами 6 и 7 двуплечих рычагов 5. Спиральные кулачки 12, находящиеся в контакте с выдвижными роликами 7, выполнены с карманами 13 для размещения выдвижных роликов 7 при нейтральном положении двуплечих рычагов 5. С внутренним кольцом 3 посредством шлицев 14 связан тормозной диск 15, установленный с возможностью перемещения в осевом направлении.

В корпусе 1 выше и ниже тормозного диска 15 посредством пальцев 16 установлены фрикционные накладки 17 и 18. Верхние накладки 17 связаны с подпружиненными поршнями 19, установленными в крышке 20.

Трубовращатель бурового ключа работает следующим образом.

При свинчивании труб шестерня 21, связанная с приводом (на чертеже не показано), передает вращение наружному кольцу 2, которое начинает вращаться по часовой стрелке (фиг.1 и 2), при этом внутреннее кольцо 3 заторможено, так как связанный с ним тормозной диск 15 заторможен усилием пружин поршней 19. За счет этого наружное кольцо 2 начинает поворачиваться относительно внутреннего кольца 3, при этом выдвижные ролики попадают на скосы 22 карманов 13 и при дальнейшем относительном движении ролики 7 с рычагами 5 выводятся в рабочую позицию и, двигаясь далее по спиральной поверхности кулачка, подводятся к трубе (на фиг. не показано). В процессе выдвижения двуплечих рычагов 5 и подвода их к трубе опорные поверхности 23 прорезей 10 наружного кольца 2 отводят стопоры 9 от фиксаторов 8 на угол, зависящий от диаметра свинчиваемой трубы. В этом положении двуплечих рычагов происходит свинчивание труб. Перед их докреплением, т.е. кратным увеличением крутящего момента, во избежание пробуксовок захватных элементов двуплечих рычагов 5 оператор производит включение второй ступени тормоза. Это производится одновременно (от одной силовой линии) с переключением скоростей редуктора на более медленную скорость. Вторая ступень тормоза включается путем подачи рабочего агента по каналу 24 в полости подпружиненных поршней 19.

По завершении операции свинчивания и докpепления осуществляется реверс привода вращателя (на фиг. не показан) с одновременным переключением на быструю скорость (соответственно и на малый тормозной момент).

При этом рычаги с помощью спиральных кулачков 11 и отводных роликов 6 отводятся от трубы и при дальнейшем движении наружного кольца 2 в обратную сторону выдвижные ролики 7 попадают в карманы 13, что соответствует нейтральному положению двуплечих рычагов 5. Одновременно с этим (посредством упорных поверхностей 26 паза 10) стопоры 9 возвращаются в исходное положение до контакта их симметричных рабочих поверхностей 25 с шариками фиксаторов 8.

При дальнейшем совместном вращении наружного и внутреннего колец 2 и 3 (если оператор по какой-либо причине не успел остановить вращение в нужный момент) выдвижение двуплечих рычагов не происходит, так как суммарный момент фиксаторов 8 больше момента первой ступени тормоза и не возникает относительного движения наружного и внутреннего колец. За счет того, что шарики фиксаторов 8 подпружинены, а рабочие поверхности 25 стопоров 9 скошены, не возникает жесткого удара, а инерция внутреннего кольца гасится пружинами фиксаторов 8.

При необходимости переключения трубовращателя на режим развинчивания наружное кольцо 2 необходимо вращать против часовой стрелки. При этом, поскольку резьба трубы затянута, процесс развинчивания начинается с медленной скорости (раскрепление) и при второй ступени тормозного момента. Поэтому величина второй ступени тормозного момента кратно больше момента, создаваемого пружинами фиксаторов 8. Рабочие поверхности 25 стопоров 9 утапливают шарики фиксаторов 8 и выступ 27 стопора 9 переходит в зону по другую сторону фиксатора 8. При движении в этом направлении (против часовой стрелки) наружного кольца 2 происходит вывод выдвижных роликов 7 из карманов 13 скосами 28; при дальнейшем движении за счет взаимодействия выдвижных роликов 7 и спиральных кулачков 12 происходит подвод рычагов к трубе, зажатие ее и раскрепление. После раскрепления развинчивание осуществляется на высокой скорости. Возврат рычагов в нейтральное положение осуществляется по ранее описанной схеме, с той только разницей, что выступ 27 стопора 9 подходит к шарику фиксатора 8 с противоположной стороны, переместившись на величину свободного хода. Но так как угловой свободный ход стопора равен углу между двумя положениями фиксатора, т.е. ∠α = ∠β (фиг.1), то взаимное положение внутреннего и наружного колец в нейтрали остается неизменным, что дает возможность свести к минимуму угловой размер кармана 13 и значительно увеличить рабочую длину спиральных кулачков 12, а следовательно, и увеличить диапазон диаметров труб, захватываемых без перенастройки ключа. Использование предложенного трубовращателя бурового ключа позволит значительно упростить конструкцию буровых ключей, повысить надежность и производительность спускоподъемных операций за счет автоматизации управления реверсированием, снизить металлоемкость и повысить диапазон диаметров труб, захватываемых без перенастройки ключа.

Использование: свинчивание и развинчивание буровых и обсадных труб. Сущность: трубовращатель содержит механизм захвата в виде наружного и внутреннего колец с шарнирными рычагами и переключателем частот его вращения, фрикционный тормоз с приводом, узел реверсирования поворота внутреннего кольца относительно наружного. Внутреннее кольцо выполнено с подпружиненными фиксаторами, наружное кольцо - с внутренними пазами, узел реверсирования в виде нескольких стопоров, фрикционный тормоз - со средством для создания двух величин тормозного момента, стопоры размещены во внутренних пазах наружного кольца с возможностью перемещения по окружности в пределах паза и взаимодействия с подпружиненными фиксаторами, при этом усилие срабатывания подпружиненных фиксаторов больше усилия, создаваемого стопорами при меньшем тормозном моменте, и меньше усилия, создаваемого стопорами при большем тормозном моменте. Замкнутый корпус трубовращателя выполнен с фрикционными накладками с приводом, а средство для создания двух величин тормозного момента выполнено в виде плоского тормозного диска, установленного на внутреннем кольце между фрикционными накладками с возможностью взаимодействия с ними и передачи вращающего момента, при этом привод фрикционных накладок выполнен в виде подпружиненных поршней. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ТРУБОВРАЩАТЕЛЬ БУРОВОГО КЛЮЧА с замкнутым корпусом, содержащий механизм захвата труб в виде наружного и внутреннего колец с шарнирными рычагами и переключателем частот его вращения, фрикционный тормоз с приводом, узел реверсирования поворота внутреннего кольца относительно наружного, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и надежности путем совмещения операций переключения частот вращения с переключением узла реверсирования с одновременным расширением диапазона диаметров захватываемых без перенастройки ключа труб, внутреннее кольцо выполнено с подпружиненными фиксаторами, наружнее кольцо - с внутренними пазами, узел реверсирования - в виде нескольких стопоров, фрикционный тормоз - со средством для создания двух величин тормозного момента, стопоры размещены во внутренних пазах наружнего кольца с возможностью перемещения по окружности в пределах паза и взаимодействия с подпружиненными фиксаторами, при этом усилие срабатывания подпружиненных фиксаторов больше усилия, создаваемого стопорами при меньшем тормозном моменте, и меньше усилия, создаваемого стопорами при большем тормозном моменте. 2.Трубовращатель по п.1, отличающийся тем, что замкнутый корпус выполнен с фрикционными накладками с приводом, а средство для создания двух величин тормозного момента выполнено в виде плоского тормозного диска, установленного на внутреннем кольце между фрикционными накладками с возможностью взаимодействия с ними и передачи вращающего момента, при этом привод фрикционных накладок выполнен в виде подпружиненных поршней.