БУРОВОЙ ПРИВОДНОЙ КЛЮЧ Российский патент 1995 года по МПК E21B19/16 

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к инструменту для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений бурильных и обсадных труб.

Известны приводные буровые ключи замкнутого типа с индивидуальным приводом, содержащие корпус, в котором размещено трубозажимное устройство с силовым цилиндром двойного действия, шток которого шарнирно соединен с рычагом нижнего челюстедержателя, угол поворота которого зависит от величины выдвижения штока (1).

Недостатком этого устройства является небольшой ход зажимных элементов, а следовательно, и небольшой диапазон работы без смены захватных элементов.

Известен также механический ключ (трубный) замкнутого типа, выбранный в качестве прототипа, включающий силовой привод, связанный с наружным приводным кольцом, внутри которого установлено внутреннее кольцо, связанное с поворотными рычагами, оснащенными зажимными плашками. Механизм поворота рычагов выполнен в виде приводных эксцентриков, расположенных в окнах поворотных рычагов и сателлитов на осях эксцентриков, взаимодействующих с внутренним зубчатым венцом наружного кольца (2).

Недостатком известного ключа является небольшой ход захватных элементов, что приводит к необходимости использования большого числа сменных элементов при работе с трубами разного диаметра, а также невозможность создания большого усилия на зажимных элементах без значительного увеличения габаритов ключа.

Целью изобретения является расширение диапазона захватываемых труб и повышение производительности за счет уменьшения количества перенастроек при работе с трубами разного диаметра.

Указанная цель достигается тем, что в сравнении с известной конструкцией бурового ключа с замкнутым корпусом, включающей замкнутый трубозахватный механизм в виде внутреннего и наружного колец, установленных с возможностью взаимного перемещения, шарнирные рычаги и захватные плашки, предложенная конструкция бурового ключа снабжена сменными челюстями с опорными выдвижными силовыми роликами, при этом внутреннее кольцо выполнено сменным, шарнирные рычаги выполнены двуплечими с опорным отводным роликом на одном из плеч, а на другом шарнирно установлена сменная челюсть, наружное кольцо выполнено с жестко закрепленными на внутренней поверхности на двух разных уровнях группами кулачков, установленных с возможностью взаимодействия с соответствующими выдвижными силовыми и опорными отводными роликами, причем захватные плашки установлены на сменных челюстях. Кроме того, для надежного захвата труб максимального для данного типоразмера ключа диапазона диаметров сменные челюсти выполнены с жестко закрепленными захватными плашками, а для надежного захвата труб минимального для данного типоразмера ключа диапазона диаметров сменные челюсти снабжены плавающими обоймами с цилиндрической опорной поверхностью, установленными с возможностью поворота в цилиндрических гнездах, выполненных в сменных челюстях, а захватные плашки жестко закреплены в сменных плавающих обоймах.

На фиг.1 показан общий вид (вид сбоку); на фиг.2 - продольный разрез по трубозахватному механизму (положение механизма с разомкнутыми челюстями); на фиг.3 - то же, в положении захвата трубы; на фиг.4 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 5 - продольный разрез по трубозахватному механизму с челюстями для минимального интервала диаметров; на фиг.6 - сечение Б-Б на фиг.3; на фиг.7 - вид в плане на стопорный нижний ключ.

Предложенный ключ с замкнутым трубозахватным механизмом (фиг.1) может быть применен в двух вариантах: как стопорный нижний ключ 21, удерживающий муфту трубы при ее свинчивании-развинчивании, и как верхний вращатель 22. В обоих случаях конструкция и принцип работы зажимных механизмов идентичны.

Буровой приводной ключ, используемый в качестве стопорного (фиг.2), содержит корпус 1 с неподвижно установленным в нем наружным силовым кольцом 2. На силовом кольце установлена крышка 3, соединенная с приводом в виде силовых гидроцилиндров 23 (фиг. 7 и 6). Крышка 3 посредством, например, шлицевого соединения 4 или шестеренчатого редуктора (на чертеже не показан) соединена с внутренним кольцом 5. На внутреннем кольце 5 закреплены оси 6 двуплечих рычагов 7.

На каждом двуплечем рычаге 7 установлены с одной стороны отводной ролик 8, а с другой посредством шарнира 14 закреплена сменная челюсть 9 с зажимными плашками 10 и выдвижным силовым роликом 11. Причем ролик 11 расположен симметрично относительно плашек 10.

Сменные челюсти 9 снабжены упорами 12, имеющими возможность взаимодействия с аналогичными упорами 13 на двуплечих рычагах 7. Для работы с трубами наименьшего для данного типоразмера ключа диапазона диаметров сменные челюсти посредством шарнира 14 жестко закреплены на двуплечих рычагах 7, при этом зазор между упорами 12 и 13 отсутствует. В этом диапазоне сменным элементом является зажимная плашка 18 (фиг.5). Самоустановка плавающей обоймы 18 по трубе в этом случае обеспечивается выполнением на несущей плавающую обойму 18 челюсти 19 опорной цилиндрической поверхности 15, контактирующей с аналогичной поверхностью плашки, которая заперта замковым элементом 20 с возможностью шарнирного поворота относительно челюсти 19.

Для работы с трубами наибольшего для данного типоразмера ключа диапазона диаметров устанавливаются челюсти 9 с жестким креплением плашек 10 (фиг. 2, 3). При этом самоустановка по трубе осуществляется за счет поворота на шарнире 14 и смещения последнего по окружности относительно оси трубозахвата вместе с внутренним кольцом 5.

Отводные 8 и силовые 11 ролики установлены по отношению к двуплечим рычагам 7 на дух уровнях и имеют возможность взаимодействия с двумя группами кулачков 16 и 17, жестко закрепленных на соответствующих уровнях на внутренней поверхности наружного кольца 2.

В случае применения предложенного ключа в качестве вращателя наружное кольцо 2 выполнено в виде шестерни с наружным венцом для передачи вращения от привода, а внутреннее кольцо 5 снабжено фрикционным тормозом относительно корпуса (на фиг. не показано) для обеспечения взаимного углового перемещения, обеспечивающего выдвижение-отвод двуплечих рычагов с челюстями.

Кроме того, для ограничения поворота внутреннего кольца 5 относительно наружного кольца 2 при выдвижении челюстей 9 или 19 на наружном и внутреннем кольцах установлены ограничители, например, в виде жестких упоров (на фиг. не показано).

В случае работы с трубами, диапазон изменения диаметров которых значителен, внутреннее кольцо 5 может быть также выполнено сменным, что видно из сравнения фиг.2 и 5.

Буровой приводной ключ, используемый в качестве стопорного ключа, работает следующим образом. Для зажима трубы включают привод, начинающий поворачивать крышку 3, а следовательно, и внутреннее кольцо 5. При повороте внутреннего кольца 5 отводные ролики 8 скатываются с отводных кулачков 16, а выдвижные силовые ролики 11 накатываются на выдвигающие кулачки 17, при этом сменные челюсти 9 или 19 начинают выдвигаться в радиальном направлении, зажимая трубу. Зазор между упорами 12 и 13 при челюстях 9 с жестким креплением плашек 10 или возможность поворота плашек 18 в челюстях 19 обеспечивают самоустановку плашек по трубе и равномерное зажатие последней.

При повороте внутреннего кольца 5 в противоположную сторону выдвигающие кулачки 17 освобождают ролики 11, а отводные ролики 8 накатываются на кулачки 16; при этом двуплечие рычаги 7 под действием отводных роликов 8 поворачиваются вокруг осей 6 и отводят сменные челюсти 9 или 19 от трубы в исходное положение. Точная установка внутреннего кольца 5 относительно наружного кольца 2, т.е. гарантированное положение челюстей в отведенном положении обеспечивается любым известным в технике способом, например переставным упором, выполненным на наружном 2 или внутреннем 5 кольцах.

При использовании предложенного ключа в качестве вращателя трубы (фиг. 2) угловое смещение внутреннего кольца 5 относительно вращающего наружного кольца 2 обеспечивается торможением внутреннего кольца 5, например, фрикционным тормозом относительно неподвижного корпуса ключа.

Использование предложенного бурового приводного ключа позволит за счет большого диапазона диаметров, охватываемых одним типоразмером челюстей, сократить число операций по перенастройке ключа и повысить за счет этого производительность труда при бурении и ремонте скважин, повышается также надежность работы ключа, поскольку усилия зажима создаются выдвижным силовым роликом, расположенным напротив зажимных плашек, что исключает деформации рычагов и их поломки. Кроме того, размещение зажимной и отводной частей трубозахватного механизма по окружности, а не в радиальном направлении, позволит значительно расширить диапазон диаметров труб, свинчиваемых ключом, без увеличения габарита, что весьма важно, так как замкнутый ключ постоянно находится на оси скважины.

Использование: свинчивание и развинчивание резьбовых соединений бурильных и обсадных труб. Сущность: буровой приводной ключ, включающий замкнутый трубозахватный механизм в виде концентрических внутреннего и наружного колец, установленных с возможностью взаимного перемещения, шарнирные рычаги и захватные плашки. Ключ снабжен сменными челюстями с опорными выдвижными силовыми роликами, при этом внутреннее кольцо выполнено сменным, шарнирные рычаги выполнены двуплечими с опорными отводным роликом на одном из плечей, а на другом шарнирно установлена сменная челюсть, наружнее кольцо выполнено с жестко закрепленными на внутренней поверхности на двух разных уровнях группами кулачков, установленных с возможностью взаимодействия с соответствующими выдвижными силовыми и опорными отводными роликами, причем захватные плашки установлены на сменных челюстях. Для надежного захвата труб максимального для данного типоразмера ключа диапазона диаметров сменные челюсти выполнены с жестко закрепленными захватными плашками, а для надежного захвата труб минимального для данного типоразмера ключа диапазона диаметров - сменные челюсти снабжены сменными плавающими обоймами с цилиндрической опорной поверхностью, установленными с возможностью поворота в цилиндрических гнездах, выполненных в сменных челюстях, а захватные плашки жестко закреплены в сменных плавающих обоймах. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. БУРОВОЙ ПРИВОДНОЙ КЛЮЧ, включающий замкнутый трубозахватный механизм в виде концентрических внутреннего и наружного колец, установленных с возможностью взаимного перемещения, шарнирные рычаги и захватные плашки, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона диаметров захватываемых труб и повышения производительности за счет снижения количества перенастроек при работе с трубами разного диаметра, он снабжен сменными челюстями с опорными выдвижными силовыми роликами, при этом внутреннее кольцо выполнено сменным, шарнирные рычаги выполнены двуплечими с опорным отводным роликом на одном из плеч, а на другом шарнирно установлена сменная челюсть, наружнее кольцо выполнено с жестко закрепленными на внутренней поверхности на двух разных уровнях группами кулачков, установленных с возможностью взаимодействия с соответствующими выдвижными силовыми и опорными отводными роликами, причем захватные плашки установлены на сменных челюстях. 2. Ключ по п.1, отличающийся тем, что, с целью надежного захвата труб максимального для данного типоразмера ключа диапазона диаметров, сменные челюсти выполнены с жестко закрепленными захватными плашками. 3. Ключ по п.1, отличающийся тем, что, с целью надежного захвата труб минимального для данного типоразмера ключа диапазона диаметров, сменные челюсти снабжены сменными плавающими обоймами с цилиндрической опорной поверхностью, установленными с возможностью поворота в цилиндрических гнездах, выполненных в сменных челюстях, а захватные плашки жестко закреплены в сменных плавающих обоймах.