Устройство для свинчивания-развинчивания труб Советский патент 1985 года по МПК E21B19/16 

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ограничитель поступательного перемещения свинчиваемой трубы выполнен в виле шибера-вилки.

3,Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, механизм принудительного поступательного перемещения вьшолнен в виде ходовой пары гайка-винт, при этом винт закреплен жестко на стопорящем узле, а гайка связана системой сменных шестерен

с приводом вращателя и размещена в его корпусе между амортизаторами,

4. Устройство по п. 3, о т л ичающе еся тем, что механизм принудительного поступательного перемещения снабжен узлом включениявыключения его поступательного перемещения, выполненным в виде муфты, взаимодействующей с гайкой и связанной с двуплечим подпружиненным рычагом, гаарнирно закрепленным на стопрящем узле.

1. УСТРОПСТВО ДЛЯ СВИНЧИВАНИЯ-РАЗВИНЧИВАНИЯ ТРУК, содержащее стопорящий узел и вращатель, выполненные в виде клещевых захватов,, ограничитель поступающего перемещения свинчиваемой трубы и привод, отличающееся . 24 did . тем, что, с целью повьшения надежности соединения за счет исключения деформации и уменьшения износа резьб, а также повьпаения степени автоматизации процессов свинчиванияразвинчивания, вращатель установлен с возможностью вертикального перемещения относительно стопорящего узла и снабжен механизмом принудительного поступательного перемещения в соответствии с шагом замковой резьбы трубы на один оборот вращателя, а стопорящий узел совместно с вращателем установлен с возможностью вертикального перемещения относительно ограничителя поступательного перемещения свинчиваемой трубы.

Изобретение относится к буровой технике и технологии, преимуществен но для свинчивания - развинчивания бурильных труб, и может найти приме нение в нефтяной, газовой и геолого разведочной -промьшленности.Известен подвесной ключ, состоящий из двух гидроцилиндров, которые управляют завинчивающими и докрепляющими замок труб устройствами-ключами, верхний ключ состоит из двух сводящихся-разводящихся рычагов, несущих- на концах по два ведущих ролика с насечкой, приводящихся во вращение гидродвигателям (а для докрепления-раскрепления замка труб - через обгонные муфты) нижний ключ также состоит из двух сводящихся-разводящихся рычагов, на концах которых имеется по два сухаря с насечкой. Рычаги-челюсти верхнего.и нижнего устройств сводятся и разводятся гидроцилиндрами охватывая и освобождая замковые ча труб 1 . Однако этот Подвесной ключ не фиксируется взаимно со свинчивающим ся-развинчивающимся замком. Кроме того, во время спуско-подъемных операций происходит усиленный изно и заедание замкового резьбового со динения. Известно устройство для свинчивания-развинчивания труб, содержащее стопорящий у$ел, вращатель, вы полненные в виде клещевых захватов и ограничитель поступательного пер мещения свинчиваемой трубы, привод Недостатками известного устройства являются сложность, разделение функций свинчивания - развинчивания и-докрепления - раскрепления замковых резьб между различными механизмами, что ведет к дополнительным связям (и усложняет автоматизацию спускоподъемных операций). Кроме того, недостаточно снижается износ и дефор1 ирование резьб при развинчивании. Цель изобретения - повьшение надежности соединения за счет исключения деформации и уменьшения износа резьб, а также повьшение степени автоматизации процессов свинчивания развинчивания. , Поставленная цель.достигается тем, что в устройстве для свинчивания развинчивания труб, содержащем стопорящий узел и вращатель, выполненные в виде клещевых захватов, ограничитель поступательного перемещения свинчиваемой трубы и.привод, вращатель установлен с возможностью вертикального перемещения относительно стопорящего узла и снабжён механизмом принудительного поступательного перемещения в соответствии с шагом замковой резьбы трубы на один оборот вращателя, а стопорящий узел совместно с вращателем установлен с возможностью вертикального перемещения отно ;сительно ограничителя поступательного перемещения свинчиваемой трубы. ; Ограничитель поступательного перемещения свинчиваемой трубы вьшолнен в виде шибера-вилки, а механизм принудительного поступательного перемещения выполнен в виде ходовой пары гайка-винт, при этом винт закреплен жестко на стопорящем узле, а гайка связана системой смен ных шестерен с приводом вращателя и размещена в его корпусе между амортизаторами. Механизм принудительного поступательного перемещения снабжен узлом включения-выключения его поступательного перемещения, выполненнь1м в виде муфты, взаимодействующей с гайкой и связанной с двуплечим -подпружиненным рычагом, шарнирно закрепленным на стопорящем узле. На фиг. 1 представлено устройство, продольный разрезi на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 и 4 варианты выполнения механизма посту пательного вертикального перемещения вращателя. Устройство состоит из следующих основных узлов: подкладного инструмента-ловителя 1, стопорящего узла 2,- вращателя 3 с механизмом поступательного вертикального перемещения 4, ограничителя 5 поступательного движения свинчиваемой труб (при установке в устройство). Подкладной инструмент-ловитель 1, на опорную поверхность 6 которого садится опорный торец 7 муфты 8 головы колонны труб, состоит из пары рычагов 9, поворачивающихся гидроили пневмоцилиндром 10 на полой вту ке 11, сидящей на колонне 12,зафиксированных разрезной щайбой 13. Стопорящий узел 2 состоит из дву рычагов 14 и 15, поворачивающихся гидро-или пневмоцилиндром 16 на пол втулке 11. Под различные типоразмер муфт 8 стопорящий узел 2 регулирует ся посредством гаек 17 и 18. В коль цевом Т-образном пазу рычагов 14 и 15 неподвижно закреплено устройство зажима 19. И рычагах 14 и 15 неподвижно закреплены две колонки 20, по которым поступательно перемещается вращатель 3. Вращатель 3 состоит из двух рыча гов 21 и 22, поворачивающихся на полой втулке 23, сидящей на колонне 12. Вращатель 3 имеет центрирующую воронку 24, В кольцевом Т-образном пазу рычагов 21 и 22 помещено с воз можностью вращения устройство зажима 25, приводящееся во вращение реверсивным приводом 26 посредством приводной шестерни 27. Механизм поступательного вертикального перемещения 4 может быть двух вариантов ,выполнения. По варианту ) механизм состоит из винта 28, неподвижно закрепленного на рычаге 14 стопорящего узла 2 и ходовой гайки 29, помещенной в корпусе рычага 21 вращателя 3 между амортизаторами 30 и 31 Ходовая гайка 29 оснащена шестер ней 32, соединенной системой смен- ньпс шестерен 33 с приводной шестерней 27 привода 26. По варианту Xl выполнения механизма ,поступательного вертикального перемещения 4 ходовая гайка 34 помещена между амортизаторами 30 и 31 в корпусе рычага 21, шестерня 35, соединена гитарой сменных шестерен 33 с приводной шестерней 27 привода 26, свободно вращается на ходовой гайке 34. Торец шестерни 35 оснащен полумуфтой 36. На ходовой гайке 34, на шпонке 37 с возможностью поступательного перемещения помещена полумуфта 38, переключающаяся двуплечим рычагом 39, поворачивающимся на оси 40, помещенной на рычаге 14 стопорящего угла 2. Рычаг 39 оснащен пружинами 41 и 42. Ограничитель 5 поступательного движения состоит из шибера -вилки 43, двигающегося в направляницих 44 и размещенного на рычаге 15 стопорящего узла 2 под рычагом 22 вращателя 3, и гидро-пневмоцилиндра 45 (46 - опорная поверхность шибера-вилки 43, 47 - противоположная ей поверхность шибера-вилки 43, АВ - упорный торец ниппельного конца 49 свинчиваемой трубы, 50 - упорный торец муфты Я головы колонны). Устройство работает следующим образом. Операция подъема и разборки колонны бурильных труб. Колонна поднимается на одну свечу (трубу), при этом рычаги 9 подкладного инструмента-ловителя 1 разведены цилиндром 10, а рычаги 14 и 15 стопорящего устройства 2 совместно с рычагами 21 и 22 вращателя 3 разведены цилиндром 16, щибер-вилка 43 ограничителя 5 отведен цилиндром 4,5 и постоянно в процессе развинчивания находится в отведенном состоянии. Вращатель 3 в исходном положении при развинчивании находится в нижнем положении на рычагах 14 rt 15 стопорящего узла 2 (показано штриховыми линиями на фиг. 1). После прохождения замкового соединения, которое нужно развинтить, рычаги 9 подкладного инструмента-ло вителя 1 сводятся цилиндром 10 и колонна труб опускается опорным тор цом очередной муфты на опорную пове ность 6 подкладного инструмента- юв теля 1. Рычаги 14 и 15 стопорящего узла 2 совместно с рьгаагами 21 и 22 вращателя 3 сводятся цилиндром 16, устройства зажима 19 и 25 зажимают соответственно муфту S и ниппел |49 развинчиваемого соединения. Прив 26 приводной шестерней 27 приводит во вращение устройство зажима 25 вр щателя 3, при этом через систему сменных шестерен 33, которая выполнена для регулировки механизма поступательного вертикального перемещения 4 вращателя 3 точно на лю бой шаг замковой резьбы, вращение п редается на механизм поступательного вертикального перемещения 4 . вращателя 3 и происходит развинчива ние замкового соединения с принудительным вертикальным перемещением ниппеля 49 развинчиваемой трубы в точном соответствии с шагом замковой резьбы. После развинчивания очередной свечи (трубы) устройства зажима 19 и 25 разжимаются, рычаги и 15 стопорящего узла 2, совместно с рычагами 21 и 22 вращателя 3 разводятся цилиндром 16, рычаги 9 подкладного инструмента-ловителя 1 разводятся цилиндром 10. Отвинченная свеча (труба) отводится. Во время отвода отвинчиваемой свечи (трубы) и очередного подъема колонны на очередную свечу (трубу) вращатель 3 с помощью реверсивного привода 26 возвращается в исходное для развинчивания нижнее положение И все повторяется. Механизм 4 может быть выполнен в двух вариантах 1 (фиг. 3) и 11 (фиг.4). По варианту I механизм 4 при развинчивании работает следующим образом. При раскреплении замковой резьбы, когда снимаются упругие деформации затяжки резьбы, так как приводная шестерня 27 (фиг. 2) через систему сменных шестерен 33 приводит во вращение шестерню 32, вьтолненную непосредственно на ход вой гайке 29, происходит сжатие амортизатора 30 на величину упругих деформаций витков замковой резьбы и упорных торцов 50 и 48 муфты и ниппеля труб. И поэтому после раскрепления усилие сжатия амортизатора 30 будет действовать на верхнюю контактирующую поверхность витков ниппеля 49 и соответствующую контактирующую поверхность витков муфты 50 в процессе развинчивания, уменьшаясь к концу развинчивания вследствие конусности замковой резьбы. Применив выполнение механизма 4 по варианту II (фиг. 4), когда механизм 4 дополнен механизмом путевого включения-выключения поступательного перемещения, этого можно избежать. В этом случае при раскреплении замковой резьбы, когда снимаются упругие деформации в замковом соединении, полумуфты 36 и 38 расцеплены и вращение от шестерни 35 и передается ходовой гайке 34, т.е. при раскреплении осуществляется только вращение устройства зажима 25 без поступательного вертикального перемещения вращателя 3. Как только замковая резьба раскрепилась, т.е. снялись упругие деформации в замковом соединении, и ниппель 49 сдвинулся вверх, с ниппелем начнет перемещаться устройство зажима 25 и весь вращатель 3 по колонкам 20 и колонне 12, корпус рычага 21 вращателя 3 через пружину 42 увлечет за собой в поступательное движение вверх полумуфту 38 и конец рычага 39, поворачивая последний относительно оси 40, установленной на рычаге 14 стопорящего узла 2. К другому концу рычага 39 присоединена переключающая пружина 41, закрепленная концом на рычаге 14 (с возможностью регулировки), которая прощелкивает, проходя через мертвую точку, быстро включая сцепление полумуфт 38 и 36 (показано штриховыми линиями на фиг. 4). Пружина 42 поддерживает сцепление полумуфт 38 и 36 при развинчивании. Вследствие возможности применения, любого известного мультипликатора (различные длины плеч рычага 39) обеспечивается включение прлумуфт 38 и 36 при незначительных поступательных перемещениях ниппеля 49 (с корпусом рычага 21) вверх. После включения полумуфт 38 и 36 вращение от шестерни 35 через полумуфту 38 и шпонку 37 начинает пер даваться на ходовую гайку 34 и весь вращатель 3 с зажатым ниппелем 49 начинает принудительно ходовой гайкой 34 поступательно перемещаться вверх по колонкам 20 и колонне 12 в точном соответствии с шагом замко вой резьбы на оборот устройства зажима 25 с зажатым ниппелем. В этом случае, так как резьбы конические, можно практически при развинчивании снизить износ резьбы. Операция спуска и сборки колонны бурильных труб. Колонна опускается на одну свечу (трубу, и перед прохождением муфты головы колонны рычаги 9 подкладного инструмента-ловителя 1 сводятся цилиндром 10, поворачиваясь на поло втулке 11. Муфта 8 головы колонны спускается своим опорным торцом 7 на опорную по.верхность 6 подкладного инструмента 1. Рычаги 14 и 15 стопорящего устройства 2 совместно с рычагами 21 и 22 вращателя 3 свод ся цилиндром 10, после чего цилиндром 45 вьщвигается шибер-вилка 43 ограничителя 5. Полая втулка 11 име ет снаружи ленточные резьбы, и пере началом работ посредством гаек 17 и 18 положение стопорящего узла 2 и вращателя 3 регулируется и фиксированно выставляется по длине переменяемого типоразмера муфт 8 с таким расчетом, чтобы упорный торец 50 му ты 8 несколько не доходил до поверх ности 47 шибера-вилки 43 (при этом соответственно регулируется и фиксированно выставляется по высоте механизм путевого включения-выключения, так как его ось 40 и закрепление конца пружины 41 могут подниматься и закрепляться в поднятом положении, например, с помощью винтов и гаек (что для простоты на фиг. 4 не показано). I Происходит опускание очередной свечи (трубы), которая при этом 1хл у ./ 11 ri -j л jii центрируется воронкой 24 вращателя Упорный торец 48 ниппеля 49 этой трубы садится на опорную поверхност 46 шибера-вилки 43 ограничителя 5. Муфта 8 и ниппель 49 зажимаются уст ройствами зажима 19 и 25 соответственно. Шибер-вилка 43 ограничителя отводится цилиндром 45 по направляю щим 44, и включается привод 26,. от которого с помощью приводной шестерни 27 вращение передается устройству зажима 25 вращателя 3. Посредством системы сменных шестерен 33 вращение от приводной шестерни 27 передается также на механизм поступательного вертикального перемещения 4 (фиг. 2), который принудительно перемещает поступательно вниз вращатель 3 с зажитым ниппелем 49 в соответствии с шагом замковой резьбы на один оборот устройства зажима 25. Труба свинчивается, после чего устройства зажима 19 и 25 разжимаются,освобождая колонну труб, рычаги 14 и 15 стопорящего узла 2 совместно с рычагами 21 и 22 вращателя 3 разводятся цилиндром 16, рычаги 9 подкладного инструмента-ловителя 1 разводятся цилиндром 10, колонна труб опускается на свинченную свечу (трубу) , а в это время вращатель 3 с помощью реверсивного привода 26 возвращается в исходное для развинчивания верхнее положение, и все повторяется в том же порядке. Работа механизма 4 при свинчивании. Начало свинчивания при выпЬлнении механизма 4 по обеим вариантам (фиг. 3 и 4) протекает одинаково. После встречи ниппеля 49 с муфтой 8, но пока витки резьбы этих резьбовых концов труб не попали в соответствующие резьбовые впадины, происходит сжатие амортизатора 31 ходовой гайкой (29 при варианте J и 34 при варианте II). После попадания резьбовых витков резьбовых концов труб в соответствующие резьбовые впадины происходит свинчивание. Разница же в работе двух вариантов вьшолнения механизма 4 наблюдается в конце свинЧивания при докреплении замковой резьбы. При вьтолнении механизма 4 по варианту 1 при докреплении замковой резьбы ходовая гайка 29 продолжает двигаться вниз по винту 28, в то время как движение рычага 21 01- - вращателя 3 приостанавливается. Зга разница хода компенсируется амортизатором 31, который сжимается (фиг. 3). При вьтолнении механизма 4 по варианту 31 (фиг.4), когда механизм 4 оснащен механизмом путевого включения-выключения, ходовая гайка 34 и прлумуфта 38 своим поступательным 9 движением вниз увлекают левый конеь. рычага 39, поворачи1вая его вокруг оси 40. Правый конец рычага 39 в самом конце свинчивания прощелкивает пружину 41 через мертвую точку, расцепляя полумуфты 36 и 38 и отключая ходовую гайку 34 от шестерни 35. Движение вниз ходовой гайки 34 прекращается, и докрепление замковой резьбы осуществляется при от« 33 33 V 118 ключенном принудительном поступательном перемещении ниппеля 49 зажимами только при вращении его. Применение предлагаемого устройства повысит надежность замковых соединений за счет исключения деформации и уменьшения износа резьб, а также повысит степень автоматизации процессов свинчивания и развинчивания . 21 26 27 / V /