Ключ для свинчивания и развинчивания труб Советский патент 1988 года по МПК E21B19/16 

со ьо

со

4

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к устройствам для свинчивания и развинчивания труб.

Целью изобретения является новышение надежности работы к.пюча и обеспечение центрирования труб.

На фиг. 1 изображен ключ, вид сбоку; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2 (направляющая втулка в плавающем положении при свинчивании и развинчивании труб); на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2 (направляющая втулка в зафиксированном положении при центрировании труб); на фиг. 5 - гидравлическая схема противоповоротного узла; на фиг. 6 - схема усиления в узле про- тивоповорота.

Ключ содержит узел вращателя 1 с одно- или двухскоростным редуктором, смонтированными на нем органами 2 управления, 3 контроля, 4 подвески и нротивоповоротно- нентрирующий узел 5, соединенный с узлом вращателя 1 посредством двухпаправляю- ншх щтанг 6, 7.

Кронп1тейны 8 служат для контакта с датчиком 9 усилия, представляющи.м собой, например, мессдозу. Каждая из щтанг 6, 7, а также кронщтейны 8 имеют на свободных концах ограничители 10 хода, которые могут быть подпружинены (пружины не показаны).

По щтангам 6, 7, консольно присоединенным к нижней плоскости корпуса вращателя, могут перемещаться направляющие втулки 1.1, являющиеся щтоками специальных гидроцилиндров 12, заключенных внутри кронштейнов 13. Перемещением в крайние положения порщней 14, скрепленных с направляющими втулками 11, обеспечиваются два положения направляющих втулок 11: плавающее (фиг. 3) и зажатое (фиг. 4), т.е. скрепленное с корпусом противоповоротно-цент- рирующего узла 5.

На фиг. 3 и 4 видно, что в плавающем положении направляющих втулок 11 вращатель 1 относительно корпуса противопо- воротно-центрирующего узла 5 имеет возможность бокового смещения в пределах ра- диальных зазоров 8 , что дает возможность ему самоустанавливаться при эксцентричности свинчиваемых резьб. Во второе положение направляющие втулки И приводятся при центрировании труб.

В корпусе узла 5 радиально вокруг трубы установлены гидроцилиндры 15. (В данном случае их четыре и для сокращения габаритов они телескопические). Количество гидроцилиндров может быть любым, больщим двух. Конструктивная схема их также может быть любой). Указанные гидроцилинд- посредством фланцев 16, пружин 17 и шпилек 18 прижаты к корпусу узла 5 своими двумя боковыми упорами 19, оси пово

5

0

рота которых В и Г не совпадают между собой и вынесены в стороны от оси гидроцилиндра 15. Пружины 17 позволяют гидроцилиндрам 15 поворачиваться относительно одного из упоров 19 при отрыве другого от - корпуса узла 5. Форма упоров может быть цилиндрической, призматической или щаро- вой.

Конструктивное устройство крепления гидроцилиндров .может быть и другим. Оно

0 до.тжно лищь удовлетворять принципу: упоры, аналогичные упорам 19, с обеих сторон гидроцилиндра должны быть смещены от его оси и доцускать его перемещение к трубе. Ключ работает следующим образом. Колонна труб, спущенных в скважину, закреплена в клиновом захвате ротора или спайдера таким образом, что над полом буровой выступает небольщая часть последней трубы с муфтой 20. В заходный конус муфты вставлена очередная наращиваемая

0 труба 21, верхний конец которой поддерживается элеватором, подвещенным к талевой системе буровой установки. (В боль пинст- ве случаев оси трубы и колонны не совпадают).

5Ключ через пружину 22 подвешен к высокой точке внутри буровой установки, расположенной вблизи оси скважины, и вначале находится в отведенно.м состоянии.

На трубу ключ надвигают вручную, что облегчается высокой точкой подвески. Да0 лее выдвигаются штоки двух расположенных друг против друга гидроцилиндров до прижима к трубе. (При необходимости могут быть подведены щтоки всех гидроцилиндров) . Таким образом облегчается удержание ключа на оси скважины при закрывании его

5 зева створкой.

После закрытия створки производится зажим наращиваемой трубы вращателе.м. Если наращиваемая труба несоосна с колонной и ее следует отклонить в нужном на0 правлении, то дают команду на выдвижение штока гидроцилиндра 15 (или двух соседних), лежащего в плоскости наклона трубы. При этом, отталкиваясь от неподвижной колонны, гидроцилиндр 15 создает опрокидывающую горизонтальную силу, приложенную к концам штанг 6, 7.

Момент этой силы относительно торца трубы 21, вложенного в раструб .муфты 20, наклоняет ключ вместе с наращивае.мой трубой на нужную величину (до достижения требуемой соосности). Как видно из гидросхемы (фиг. 5), центрирование трубы осуществляется с помощью одной оперативной рукоятки 23 управления щарового типа, которая может занимать одно из восьми положений. При количестве гидроцилиндров 15 более четырех количество положений рукоятки соответственно возрастет.

Рукоятка 23 установлена на сферическом подпятнике 24 (может быть любое дру10

15

20

roe конструктивное устройство опоры, обеспечивающее поворот рукоятки вокруг двух горизонтальных осей) и через поворотные рьь чаги 25 связана с плунжерами распределителей 26 (1, 2) установленных под углом 90° друг к другу параллельно осям гидроцилиндров 15. Такая конструкция позволяет наклоном рукоятки 23 в ту или иную сторону смещать плунжеры распределителей 16 (последовательно или попарно) от их центрального положения, посылая команду соответствующим гидроцилиндрам 15. При этом обеспечивается мнемоника движений: труба отклоняется в ту сторону, в которую наклонена рукоятка 23.

При четырех цилиндрах в механизме центрирования трубу 21 можно отклонять в любых направлениях в плане: в направлениях, совпадающих с осями гидроцилиндров, - выдвижением штока соответствующего гидроцилиндра; в направлениях плоскостей симметрии соседних гидроцилиндров - одновременным выдвижением щтоком близлежащих гидроцилиндров; в остальных направлениях - несинхронным выдвижением щтоков соседних гидроцилиндров.

Распределители 27 служат для переключения полостей гидроцилиндров 15. В положение, показанное на фиг. 5, они устанавливаются при выполнении операции центрирования. В этом случае гидроцилиндры 15 работают оппозитно (если шток одного гидроцилиндра выдвигается, то шток противоположного получает команду на отвод).

При свинчивании (развинчивании) резьбовых соединений противоповоротно-цент- рирующий узел воспринимает реактивный момент корпуса, для чего должно быть обеспечено надежное сцепление его с неподвижной колонной обсадных труб.

В рассматриваемой конструкции необходимая величина прижима обеспечивается следующим образом (фиг. 2, 5).

Распределители 26 устанавливаются в по- ложения, обозначенные щтрихпунктирной линией, рукояткой 28, командой от щаровой рукоятки 23 производится последовательный (попарный) подвод штоков противопо25

30

35

бьев насечек 29. При это.м клапаны 30 запирают рабочие полости гидроцилиндров 15. Далее вращатель 1 начинает завинчивать (развинчивать) наращиваемую трубу 21. Реактивный момент корпуса вращателя передается через кронштейн 8 и датчик 9 усилия противоповоротно-центрирующему узлу 5, стремясь повернуть его относительно оси трубы.

В местах контакта зубчатой насечки 29 с поверхностью трубы возникают тангенциальные реактивные силы, направленные противоположно приложенному к корпусу приставки моменту. Эти силы стремятся повернуть их на небольшой угол (примерно 5°) вокруг осей В и Г в зависимости от направления приложенного момента. При этом реализуется двузвенный шарнирно-рычажный усилитель (фиг. 6), звеньями которого являются труба радиуса г и плечо R гидроцилиндра 15.

В качестве звеньев рычажной системы усилителя используются гидроцилиндры с защемленными объемами жидкости (между порщнями и управляемыми обратными кла- пана.ми 30 вследствие более низкой жесткости рабочей жидкости перегрузка системы исключена) .

Формула изобретения

Ключ для свинчивания и развинчивания труб, включающий вращатель с захватом и приводом, узел подвески и узел противопо- ворота с установленными на его корпусе радиальными силовыми цилиндрами с зубчатой насечкой и соединенный с вращателем направляющими втулками и штангами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы ключа и обеспечения центрирования труб, он снабжен боковыми упорами, специальными цилиндрами и запорными клапанами, соединенными с рабочей полостью силовых цилиндров, причем боковые упоры установлены на корпусе узла противоповорота с возможностью взаимодействия с силовыми цилиндрами, а специальные цилиндры установлены с возможложных гидроцилиндров 15 к трубе и созда- д5 ностью взаимодействия с направляющими ние предварительного прижима к ней зу-втулками и корпусом узла противоповорота.

0

5

0

5

0

5

бьев насечек 29. При это.м клапаны 30 запирают рабочие полости гидроцилиндров 15. Далее вращатель 1 начинает завинчивать (развинчивать) наращиваемую трубу 21. Реактивный момент корпуса вращателя передается через кронштейн 8 и датчик 9 усилия противоповоротно-центрирующему узлу 5, стремясь повернуть его относительно оси трубы.

В местах контакта зубчатой насечки 29 с поверхностью трубы возникают тангенциальные реактивные силы, направленные противоположно приложенному к корпусу приставки моменту. Эти силы стремятся повернуть их на небольшой угол (примерно 5°) вокруг осей В и Г в зависимости от направления приложенного момента. При этом реализуется двузвенный шарнирно-рычажный усилитель (фиг. 6), звеньями которого являются труба радиуса г и плечо R гидроцилиндра 15.

В качестве звеньев рычажной системы усилителя используются гидроцилиндры с защемленными объемами жидкости (между порщнями и управляемыми обратными кла- пана.ми 30 вследствие более низкой жесткости рабочей жидкости перегрузка системы исключена) .

Формула изобретения

Ключ для свинчивания и развинчивания труб, включающий вращатель с захватом и приводом, узел подвески и узел противопо- ворота с установленными на его корпусе радиальными силовыми цилиндрами с зубчатой насечкой и соединенный с вращателем направляющими втулками и штангами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы ключа и обеспечения центрирования труб, он снабжен боковыми упорами, специальными цилиндрами и запорными клапанами, соединенными с рабочей полостью силовых цилиндров, причем боковые упоры установлены на корпусе узла противоповорота с возможностью взаимодействия с силовыми цилиндрами, а специальные цилиндры установлены с возмож5 ностью взаимодействия с направляющими втулками и корпусом узла противоповорота.

id 15

19

Изобретение относится к бурению скважин и нозволяет повысить надежность работы ключа и обеспечить центрирование труб. Ключ включает вращатель 1 с захватом и приводом, узел 4 подвески и узел 5 противоповорота с установленными на его корпусе радиальными силовыми цилиндрами с зубчатой насечкой, соединенный с вращателем 1 направляющими втулками 11 и штангами 6, 7. На корпусе узла 5 установлены боковые упоры, взаимодействующие с цилиндрами. Специальные цилиндры 12 ключа взаимодействуют с втулками 11 и корпусом узла 5. С рабочей полостью цилиндров соединены запорные клапаны. Удержание наращиваемой трубы обеспечивается выдвижением штоков цилиндров 12 до прижима к трубе. В случае несоосности трубы с колонной выдвигают щток цилиндра, создающего горизонтальную опрокидываю- щ,ую силу. Центрирование трубы производят рукояткой управления. При свинчивании резьбовых соединений узел 5 воспринимает момент корпуса. 6 ил. I (Л

(Puz.2

6-6

f3

6-5

//

ФигМ

Фиг.6