КЛЮЧ С ЭЛЕКТРОИНЕРЦИОННЫМ ПРИВОДОМ Российский патент 1995 года по МПК E21B19/16 

Изобретение относится к механизмам для свинчивания-развинчивания труб нефтяного сортамента в процессе бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин.

Известны конструкции разрезных ключей, т.е. ключей, имеющих зев для ввода и вывода труб, например, ключи фирмы Eckel (США), Farr (Канада), TSK (Япония), Weserford (ФРГ-США) (см. Composit Catalog of oil Field Eguipment and Services, с. 1962, 1987-1988 г.).

В ключах такого типа актуальной является задача совмещения зевов роторной шестерни и корпуса при каждом цикле свинчивания-развинчивания труб.

Для гидроприводных ключей с регулированием скорости вращения роторной шестерни путем дросселирования рабочей жидкости совмещение достаточно просто и безударно выполняется при визуальном контроле.

В ключах с электроприводом, имеющих в приводной цепи инерционные массы для повышения момента, выполнение операции совмещения представляет сложную задачу. В силу специфики процесса ее выполняют, останавливая роторную шестерню на подводимом жестком упоре [1] Такое совмещение характеризуется большими динамическими нагрузками, приводящими к ускоренному выходу из строя ключа.

Наиболее близким из известных технических решений к предложенному по своей технической сущности и достигаемому результату является ключ с электроинерционным приводом, содержащий редуктор с боковыми прорезями в корпусе и роторной шестерне для ввода и вывода трубы, маховик на быстроходном валу редуктора, центробежную соединительную муфту с ведущей и ведомой полумуфтами и кулачками между ними и подвижную втулку, связанную с рукояткой управления [2] Недостатками такого ключа, обусловленными нерегелируемостью привода, являются пониженные надежность и производительность. Это вызвано сложностью совмещения боковых прорезей роторной шестерни и корпуса вращателя для ввода (или вывода) трубы в конце процесса свинчивания (развинчивания); возможностью заклинивания резьбы на первых витках при высокой (нерегулируемой) скорости свинчивания с потерей производительности на повторное свинчивание; ударным характером смыкания челюстей захватной части с трубой, влекущим отказы вследствие отскока челюстей.

Целью изобретения является повышение надежности и производительности ключа.

Достигается это тем, что ключ с электроинерционным приводом, содержащий редуктор с боковыми прорезями в корпусе и роторной шестерне для ввода и вывода трубы, маховик на быстроходном валу вращателя, центробежную соединительную муфту с ведущей и ведомой полумуфтами и кулачками между ними и подвижную втулку, связанную с рукояткой управления, снабжен опорой, установленной в ведущей полумуфте, пружиной сжатия, установленной в ведомой полумуфте, пятой, размещенной между опорой и пружиной сжатия и радиальным подшипником, установленным между опорой и ведомой полумуфтой. При этом подвижная втулка установлена на ведущей полумуфте, связана с рукояткой управления включением выключением муфты через подшипник и имеет консольные лапы с внутренними скосами, а кулачки расположены внутри подвижной втулки с охватом ее консольных лап и имеют наружные скосы. Кроме того, ведущая полумуфта установлена с возможностью ограниченного осевого перемещения и контактирования своим торцем с торцем ведомой полумуфты при взаимодействии с консольными лапами подвижной втулки.

При таком исполнении ключа достигается возможность снижения скорости вращения роторной шестерни. Предложенное техническое решение отвечает критерию "Существенные отличия".

Возможность посредством рукоятки управления вводить (или выводить) в соприкосновение торцы ведущей и ведомой полумуфт позволяет регулировать скорость ведомой части в зависимости от длительности и величины усилия этого соприкосновения. Снижение скорости в начале процесса свинчивания позволяет избежать заклинивания резьбового соединения на первых витках и необходимости проведения повторного свинчивания в таких случаях.

Кроме того, при этом упрощается процесс совмещения боковых прорезей корпуса и роторной шестерни по окончании свинчивания (развинчивания), а потери времени на это сводятся к величине, пропорциональной части оборота роторной шестерни (опыт показывает, что при отсутствии такого механизма требуется произвести несколько попыток на протяжении нескольких оборотов роторной шестерни).

Помимо этого, за счет регулируемости скорости достигается повышение плавности (безударности) смыкания челюстей захватной части ключа на трубе (что исключает такие отказы, как незахват, который происходит вследствие отскока челюстей при их ударном подводе к трубе на высокой скорости роторной шестерни).

Таким образом, повышается производительность и надежность ключа.

Технических решений с такими признаками не обнаружено.

На фиг.1 представлен ключ, вид сбоку; на фиг.2 и 3 сечение А-А и по Б-Б, соответственно.

Ключ содержит вращатель с редуктором 1, электродвигатель 2 и спайдер 3. На быстроходном валу ключа установлены маховик 4 и ведомая полумуфта 5, а на валу электродвигателя 2 с возможностью небольшого вертикального перемещения ведущая полумуфта 6 центробежной муфты. Разгон кулачков 7 центробежной муфты осуществляется через пальцы 8, установленные в ведущей полумуфте 6. На ведущей полумуфте 6 установлена с возможностью вертикальных перемещений подвижная втулка 9 с консольными лапами 10, которая через подшипник 11 связана с рукояткой управления 12 включения-выключения центробежной муфты и прижатия торцев ведущей и ведомой полумуфт. В ведущей полумуфте установлена опора 13, которая опирается на подшипник 14 и пружин сжатия 15 через пяту 16, установленные в ведомой полумуфте. На кулачках 7 и консольных лапах 10 выполнены соответственно внутренние 17 и наружные 18 скосы.

Ключ работает следующим образом.

Спайдер 3 крепится на фланце устья скважины (не показан) и удерживает колонну труб от осевого смещения. Очередная наращиваемая труба вводится во вращатель 1 через его боковую прорезь и ниппельным концом устанавливается в муфту резьбового соединения колонны труб.

Включается электродвигатель 2. Рукоятка управления под своей тяжестью в этот момент находится в нижнем положении, соответственно в нижнем положении находится подвижная втулка 9 с подшипником 11, а ее консольные лапы 10, находясь внутри кулачков, блокируют их от горизонтальных перемещений под действием центробежных сил. При этом торец ведущей полумуфты 6 пружиной 15 через пяту 16 и опору 13 отсоединен от торца ведомой полумуфты 5. В радиальном направлении опора 13 установлена в подшипнике 14.

Воздействуя на рукоятку управления 12 через подвижную втулку 9 и консольные лапы 10, прижимают торцы ведущей 6 и ведомой 5 полумуфт.

Изменяя силу нажима на рукоятку, можно регулировать скорость вращения ключа, производя свинчивание резьбового соединения на начальном участке с малой скоростью и совмещая визуально прорези корпуса и роторной шестерни ключа. При поднятой указанной рукоятке и включенном электродвигателе кулачки 7 центробежной муфты раздвинутся на пальцах 8 и начнут взаимодействовать с ведомой полумуфтой в радиальном направлении. При этом вращатель разовьет момент соответствующий маховой массе маховика 4. После разгона рукоятка 12 будет удерживаться в верхнем положении за счет раздвинутых кулачков 7, мешающих ее опусканию. При выключении электродвигателя радиальные силы прижима кулачков 7 исчезнут, а за счет скосов 17 и 18 на консольных лапах кулачков подвижная втулка 9 опустится под действием собственного веса и веса рукоятки 12, блокируя кулачки 7 в отведенном состоянии.

Экономический эффект от использования предлагаемого ключа образуется за счет повышения его надежности и производительности.

Использование: изобретение относится к устройствам для свинчивания и развинчивания труб нефтяного сортамента в процессе бурения и ремонта нефтегазовых скважин. Сущность изобретения: подвижная втулка центробежной соединительной муфты снабжена консольными лапами с внутренними скосами. Кулачки расположены внутри ведомой полумуфты с охватом консольных лап подвижной втулки. Ведущая полумуфта опирается на установленные в ведомой полумуфте радиальный подшипник и осевую пружину. Ключ в таком конструктивном исполнении характеризует повышенными надежностью и производительностью. 3 ил.

КЛЮЧ С ЭЛЕКТРОИНЕРЦИОННЫМ ПРИВОДОМ, содержащий редуктор с боковыми прорезями в корпусе и роторной шестерне для ввода и вывода трубы, маховик на быстроходном валу вращателя, центробежную соединительную муфту с ведущей и ведомой полумуфтами и кулачками между ними и подвижную втулку, связанную с рукояткой управления включением-выключением муфты, отличающийся тем, что он снабжен опорой, установленной в ведущей полумуфте, пружиной сжатия, установленной в ведомой полумуфте, пятой, размещенной между опорой и пружиной сжатия, и радиальным подшипником, установленным между опорой и ведомой полумуфтой, подвижная втулка установлена на ведущей полумуфте, связана с рукояткой управления включением-выключением муфты через подшипник и имеет консольные лапы с внутренними скосами, кулачки расположены внутри подвижной втулки с охватом ее консольных лап и имеют наружные скосы, ведущая полумуфты установлена с возможностью ограниченного осевого перемещения и контактирования своим торцом с торцом ведомой полумуфты при взаимодействии с консольными лапами подвижной втулки.