Буровой ключ Советский патент 1993 года по МПК E21B19/16 

Изобретение относится к области буровой техники, в частности к технике, предназначенной для проведения спуско-подьемных операций и операций наращивания бурильной колонны при бурении скважин.

Известен буровой ключ, включающий корпус, расположенное в нем зажимное устройство, имеющее центральное зубчатое колесо, кулачки, валы-шестерни и средства управления зажимным устройством в виде ленточного тормоза.

Недостатком этого ключа является недостаточная надежность и значительные энергетические потери при его работе, обусловленные конструкцией средств управления, выполнеиных в виде постоянно работающего тормоза.

Известен также ключ для свинчивания- развинчивания бурильного инструмента, содержащий корпус, расположенное в нем зажимное устройство, имеющее центральное зубчатое колесо, кулачки, валы-шестерни и средства управления зажимным устройством, включающим цилиндр, связанный с двуплечим рычагом, и двигатель, связанный с приводной шестерней.

Недостатком этого ключа является недостаточная надежность, вследствие того, что средства управления выполнены в виде двуплечих рычагов, которые в начале работы удерживают посредством пружин зажимное устройство от вращения, что позволяет кулачкам повернуться и зажать бурильные инструменты. В. дальнейшем рычаги принудительно освобождают зажимное устройство и оно начинает вращаться вместе с

W

зажатым в нем бурильным инструментом. Как показал опыт работы с таким ключом, рычаг часто выходит из строя из-за ударного воздействия на него вращающим устройством. В момент удара происходит смятие контактирующих поверхностей рычага и устройства или самопроизвольный отход рычага до того, как кулачки успевают зажать бурильный инструмент. .

Целью изобретения является повыше- ние надежности работы ключа. . Поставленная цель достигается тем, что буровой ключ, содержащий размещенные в корпусе основное центральное колесо с внутренним и внешним зубчатыми венцами, кинематически связанное внутренним венцом с валами-шестернями, оснащенными зажимными кулачками, приводную шестерню, жестко закрепленную на валу двигателя, и рычажно гидравлический механизм сведения-разведения зажимных кулачков, снабжен стаканом с верхней и нижней крышками, установленным на опорно-цент- рирующих роликах, закрепленных на верти

кальных/осях в корпусе, и дополнительным

,.-

центральным колесом с наружным зубчатым венцом, объединенным вместе с основным центральным колесом упомянутым стаканом, расположенным между ними, в единый поворотный узел, при этом валы шестерни пропущены через окна, выполненные в крышках, и закреплены в дополнительном центральном колесе, приводная шестерня кинематически связана с наружным зубчатым венцом дополнитель- ного центрального колеса, рычажно-гидрав- лический механизм сведения-разведения зажимных кулачков выполнен в виде охваченных замкнутой цепью блока звездочка- шестерня,закрепленного на промежуточном валу в корпусе, звездочки, свободно установленной на валу двигателя и двух звездочек, установленных свободно на концах двуплечего рычага, шарнирно закрепленного средней частью .в корпусе, при- чем блок звездочка-шестерня расположен между звездочками, установленными на концах двуплечего рычага, и звездочкой, установленной на валу двигателя, имеет за

цепление с внешним венцом основного

центрального колес и охвачен ветвями цепи, сходящими со звездочек, установленных на концах двуплечего рычага, а последний шарнирно связан собственно с гидроцилиндром механизма сведения-раз- 55 ведения зажимных кулачков,

; Проведенный патентный поиск показал, что в настоящее время не известен буровой ключ, обладающий такой же

5

W 15 20

25

30

35 40 45

50

55

совокупностью отличительных признаков, как предлагаемый ключ.

Снабжение ключа дополнительным центральным зубчатым колесом, установленным соосно и с возможностью поворота относительно центрального колеса и связанного с валами-шестернями, а также использование в качестве средств управления цепной передачи с подвижными осями звездочек, одна из которых выполнена в виде блока звездочка-шестерня и находится в зацеплении с центральным колесом, придает ключу новое свойство, а именно высокую надежность в работе благодаря исключению ударных нагрузок в зажимном устройстве ключа во время сведения кулачков на поверхности бурильного инструмента.

На основании изложенного можно сделать вывод, что предлагаемый ключ соответствует критерию существенные отличия.

На фиг. 1 представлен вертикальный разрез бурового ключа; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг, 4- кинематическая схема ключа.

Ключ включает стойку 1, на которой установлены стопорный механизм 2 и собст венно буровой ключ 3.

Между стопорным механизмом 2 и ключом 3 расположен привод 4 перемещения ключа 3 по вертикали.

На корпусе 5 ключа 3 установлен двигатель 6, а внутри на опорно-центрирующих роликах 7, закрепленных посредством осей 8 в стенке корпуса 5, размещен единый поворотный узел 9, включающий в себя стакан 10 с верхней 11 и нижней 12 крышками, а также установленные в крышка-х основное центральное зубчатое колесо 13 и дополнительное центральное зубчатое колесо 14.

Колесо 13 имеет наружный зубчатый венец 15 и внутренний зубчатый венец 16. Колесо 14 выполнено с наружным зубчатым венцом 17,

В крышках 11 и 12 выполнены окна 18. В зацеплении с венцом 16 находятся вал- шестерня 19, валы которых пропущены через окна 18 и закреплены в дополнительном центральном колесе 14. На вал-шестернях 19 установлены зажимные кулачки 20.

На валу 21 двигателя 6 установлена приводная шестерня 22, связанная через паразитную шестерню 23 с зубчатым венцом 17 дополнительного колеса 14.

В верхней части корпуса 5 смонтированы рычажно-гидравлический механизм 24 сведения-разведения зажимных кулачков 20. Механизм 24 включает в себя цепь 25, звездочку 26, свободно установленную на валу 21, блок звездочку-шестерню 27, закрепленный на промежуточном валу 28 в

корпусе 5 и имеющий зацепление с венцом 15 колеса 13, и звездочки 29, установленные свободно на осях 30 по концам двуплечего рычага 31, размещенного на оси 32, закрепленной в корпусе 5.

Рычаг 31 шарнирно связан с цилиндром 33, также закрепленным на корпусе 5. В корпусе 5 выполнено центральное отверстие 34 для размещения в нем бурильного инструмента (на фиг. 1 показан тонкими линиями), .

Работает ключ следующим образом.

В исходном положении шток цилиндра 33 находится в среднем положении, кулачки 20 развернуты в положение от оси бурильного инструмента, шток цилиндра 4 находится в верхнем положении при выполнении операции свинчивание и в нижнем положении при выполнении операции развинчивание.

Стопорный механизм 2 захватывает муфту бурильного инструмента, после чего включает двигатель 6 ключа 3, который через шестерни 22 и 23 и колесо 14 приводит во вращение поворотный узел 9, включая колеса 13 и 14, валы-шестерни 19 с кулачками 20 и стакан 10, вокруг общей оси. От колеса 13 вращение передается на блок звездочки-шестерни 27 и далее через цепь 25 на звездочки 26 и 29, при этом колеса 13 и 14 вращаются с одинаковой угловой скоростью. Затем включают цилиндр 33, который поворачивает двуплечий рычаг 31 вокруг оси 32, что придает дополнительную (положительную или отрицательную) угловую скорость звездочке 26, звездочке-шестерне 27 и колесу 13.

Колесо 13 обкатывает внутренним зубчатым венцом 16 вал-шестерни 19, повораФормула изобретения Буровой ключ, содержащий размещенные в корпусе основное центральное колесо с внутренним и внешним зубчатыми венцами, кинематически связанное внутренним венцом с валами-шестернями, оснащенными зубчатыми кулачками, приводную шее-. терню, жестко закрепленную на валу двигателя, и рычажно-гидравлический механизм сведения-разведения зажимных кулачков, отличающийс ятем, что, с целью повышения надежности; он снабжен стаканом с верхней и нижней крышками, установленным на опорно-центрирующих роликах, закрепленных на вертикальных осях в корпусе, и дополнительным центральным колесом с наружным зубчатым венцом, объединенным вместе с основным центчивая их вместе с закрепленными на них кулачками 20, которые сводятся на поверхности бурильного инструмента и зажимают ее.

Продолжая вращение, поворотный узел 9 производит свинчивание или рззвинчива- ние резьбового замкового соединения бурильного инструмента, при этом во время свинчивания шток цилиндра 4 опускают

0 ключ, а во время развинчивания поднимает, тем самым обеспечивая разгрузку резьбового соединения от веса ключа.

Технические преимущества предлагаемого ключа по сравнению с применяемым в

5 настоящее время ключом АКБ-ЗМ2, серийно выпускаемым отечественной промышленностью, заключаются в повышении надежности его в работе, снижении количества простоев на 50% из-за неисправностей в

0 ключе, увеличении срока эксплуатации ключа с 6 до 10 лет и бурильного инструмента за счет плавной, без ударов и рывков работы, обусловленной новой конструкцией устройства для сведения захватных

5 элементов на поверхности бурильного инструмента,

Полезные преимущества заявляемого изобретения, п роизводные от технических,

0 заключаются в повышении производительности работы ключа, а следовательно и всей буровой установки, увеличении коммерческой скорости проходки скважины приблизительно на 15% за счет сокращения

5 времени простоев по причине отказов в работе ключа и сокращения рабочего цикла ключа, сокращении потребности промышленности в ключах за счет увеличения их срока службы,

0

ральным колесом стаканом, расположенным между ними, в единый поворотный узел, при этом валы-шестерни пропущены через окна, выполненные в крышках, и закреплены в дополнительном центральном колесе, приводная шестерня кинематически связана с наружным зубчатым венцом до-- полнительного центрального колеса, рычажно-гидравлическиймеханизмсведения-разведения зажимных кулачков выполнен в.виде охваченных замкнутой цепью блока звездочка-шестерня, закрепленного на промежуточном валу в корпусе, звездочки, свободно установленной на валу двигателя, и двух звездочек, установленных свободно на концах двуплечего рычага, шарнирно закрепленного средней частью в .кор-nyce, причем блок звездочка-шестерня

расположен между звездочками, установленными на концах двуплечего рычага, и звездочкой, установленной на валу двигателя, имеет зацепление с внешним венцом основного центрального колеса и охвачен

ветвями цепи, сходящими со звездочек, установленных на концах двуплечего рычага, а последний шарнирно связан с собственно гидроцилиндром механизма сведения-разведения зажимных кулачков.

гьм 6

Использование: при бурении скважин, а именно в технике, предназначенной для проведения спуско-прдъемных операций и операций наращивания бурильной колонны. Сущность изобретения: ключ буровой включает корпус, внутри которого находит : 2 ся зажимное устройство, центральное зубчатое колесо с внутренним и наружным венцами, связанные с ним валы-шестерни с зажимными кулачками и механизм сведения-разведения зажимных кулачков. В ключ введено дополнительное центральное колесо, связанное с валами-шестернями и объединенное с основным центральным колесом посредством стакана в единый поворотный узел. Механизм сведения-разведения зажимных кулачков выполнен в виде замкнутой цепной . передачи, связанной посредством блока звездочка-шестерня с основным центральным зубчатым колесом. После захвата свинчиваемых или развинчиваемых элементов бурильной колонны пово- ротным узлом осуществляется их свинчивание или развинчивание с разгрузкой резьбового соединения от веса ключа. 4 ил. ел

$uz

15 А-А

5-6

fit;. 2