книги из ГПНТБ / Халилов А.А. Техника подземного ремонта нефтяных скважин

Таблица 29

смотрим спуско-подъемные операции со штангами. Эти операции аналогичны спуско-подъемным операциям с насосно-компрессорными трубами.

Затраты времени на работы, связанные со штанговы­ ми ключами на свинчивание одной штанги при спуске, составляют 51,0%, а при подъеме — 36,0%: всего вре­ мени спуско-подъемных операций.

91

Конструктивные требования к вновь проектируемым штанговым ключам

1. Ключ штанговый должен легко надеваться и сни­ маться и надежно захватывать штанги.

2.Рукоятка ключей типа КШН, КШМН и КШШН должна иметь на конце утолщение, предохраняющее руку от соскальзывания с ключа.

3.Ключи типа КШН, КШМН и головка ключа типа КШШН должны быть износостойкими.

4.Ключи типа КШКН должны иметь зажимное уст­ ройство, регулирующее размер зева для обеспечения на­ дежного захвата штанг всех размеров.

5.Плашки зажимного устройства ключа типа КШКН должны быть износостойкими.

6.Корпус ключа типа КМШ должен соединяться с рукояткой при помощи шарнира.

7.Ключ типа КШКН должен быть снабжен специ­ альным пружинным устройством, удерживающим голов­ ку ключа от откидывания.

8.У ключа типа КМШ должна быть предусмотрена возможность регулирования натяжения пружины, удер­ живающей ключ на муфте.

9.Корпус и зажимное устройство ключа типа КМШ должны быть износостойкими.

Назрел вопрос о необходимости усовершенствования'

иунификации конструкции, специализации производства-

иразработки единой прогрессивной технологии изготов­ ления элеваторов и ключей, применяемых в нефтедобыче.

Г Л А В А V

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КЛЮЧА ДЛЯ ПОДЗЕМНОГО РЕМОНТА НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН

При подземном ремонте ключ является основным и постоянным инструментом оператора для ручного или механизированного свинчивания и развинчивания труб, муфт и штанг. От конструкции ключа зависит произво­ дительность труда.

92

Поэтому при проектировании ключа для подземного ремонта следует учитывать специфику работы и устано­ вить основные его параметры: диапазоны захватываемых диаметров, максимальные передаваемые крутящие мо­ менты и конструктивные удобства в работе.

Необходимо тщательно и критически проанализиро­ вать конструкцию и эксплуатационные качества всех существующих ключей. Только после анализа всех дан­ ных о ключе II его работе можно приступить к проекти­ рованию.

При проектировании ключа следует рассматривать следующие основные вопросы: 1) кинематику захвата ключа; 2) расчет ключа; 3) конструктивное оформление.

1. КИНЕМАТИКА ЗАХВАТА КЛЮЧА

Прежде чем приступить к изложению кинематики за­ хвата проектируемого ключа, скажем несколько слов о кинематическом захвате уже применяемых в подземном ремонте ключей.

На рис. 30 приведены схемы захвата трех различных конструкций ключа, применяемых для свинчивания и развинчивания насосно-компрессорных труб. Все три конструкции имеют один и тот же принцип захвата: звенья ключа обнимают трубы по всей окружности.

В действительности такой захват не нужен. Он за­ трудняет зарядку и разрядку ключа и увеличивает коли­ чество деталей ключа.

Кинематика захвата проектируемого ключа (ключа Халилова) основана на принципе зажима в трех точках по наружному диаметру трубы. Выбранная нами кине­ матика захвата обеспечивает бесступенчатый захва4 ключом трубы в определенном заранее заданном диапа­ зоне.

Бесступенчатая универсальность кинематики захвата ключа является большим преимуществом этого ключа.

В нефтедобыче широко применяются шесть размеров насосно-компрессорных труб от 48,3 до 114,0 мм и муфты к ним от 56,0 до 132,5 мм.

Целесообразно установить два диапазона захвата ключом, обеспечивающих свинчивание и развинчивание всех применяемых размеров насосно-компрессорных труб и муфт.

93

Первый диапазон захвата устанавливается для свин­ чивания и развинчивания труб (гладких) и муфт диа­ метрами 48, 56 и 60 мм, что соответствует диаметрам от

48,3 до 89 мм. Учитывая износ трубы во время работы и погрешность при изготовлении трубы и муфты в наруж­ ном диаметре, диапазон захвата для первого ключа опре­ деляют от 46 до 90 мм (рис. 31).

Второй диапазон захвата устанавливается для свин­ чивания и развинчивания труб и муфт диаметром 89, 102, 107, 114, 121 и 132,5 мм, что соответствует диаметрам 89—132,5 мм. Учитывая износ трубы при работе и по­ грешность при изготовлении трубы и муфты по наруж­ ным диаметрам, диапазон захвата для второго ключа определяют от 86 до 135 мм (см. рис. 31).

Из рис. 31 видно, что при неподвижном положении

94

коррозионности соединений, центрированность колонны в скважине, количество свинчиваний-развинчиваний, ко­ торое выдержало данное соединение, смазка поверхности

иее качество.

Вконце свинчивания и особенно в начале развинчи­

вания необходимо прикладывать значительные крутящие моменты. Из практики бригад подземного ремонта вы­ явлено, что величины моментов отвинчивания резьбовых соединений всегда превышают величины моментов за­ винчивания. Все остальное время свинчивания труб и развинчивания врагцаюіДие моменты незначительны — примерно 10—20 кГм.

В некоторых случаях приходится развинчивать тру­ бы в сильно корродированном состоянии. В таких слу­ чаях необходимый для отворачивания момент значитель­ на больше (примерно в 2—3 раза), чем расчетный, или момент, определенный в лабораторных условиях.

Мы считаем, что не следует в основу расчета ключа класть завышенный крутящий момент, который требу­ ется лишь в редких случаях. Для отвинчивания таких резьбовых соединений необходим индивидуальный под­ ход.

Известно, что крутящие моменты увеличиваются при увеличении диаметра труб.

Определением необходимых вращающих моментов для свинчивания и развинчивания насосно-компрессор­ ных труб занимались в бывшем АзНИИ ДН СКВ по тру­ бам, бакинском филиале ЦИМТнефти и Гипронеф^емаше как в промысловых условиях, так и в лабораторных.

Основным критерием, определяющим правильность резьбовых соединений насосно-компрессорных труб в нефтяной промышленности, является герметичность со­ единений.

Гидравлические испытания трубы на герметичность, согласно ГОСТу 633-63, зависят от диаметра и материа­ ла труб. Для часто применяемых труб из стали марки

D испытательное давление установлено' равным 255—

210 кг/см2.

При испытаниях в стенках и резьбе труб и муфт не должно быть течи и потения.

Часто правильность соединения практически опреде­ ляется натягом резьбы (согласно требованиям ГОСТа 633-63 допускается натяг±нитка).

Величину натяга измеряют по расстоянию от послед­ ней риски на трубе до торца муфты. Натяг считается положительным, если в свинченном состоянии риска на­ ходится снаружи, за торцом муфты. При отрицательном натяге последняя риска трубы углубляется внутрь муфты.

Для расчета ключа автор взял примерные средние значения крутящих моментов, рекомендуемые в литера­ туре [4, 9].

Ниже приводим рекомендуемые максимальные кру­ тящие моменты для свинчивания насосно-компрессорных труб, обеспечивающие необходимую герметичность со­ единений.

В результате испытаний выявилось, что крутящие моменты при развинчивании труб превышают таковые свинчивания на 15—20%.

Ключ зажимает захватываемую трубу под действием усилия, приложенного к его рычагу. Возникающие в результате зажима силы трения и силы сцепления (меж­ ду сухарями и поверхностью трубы) препятствуют про­ скальзыванию ключа, обеспечивая тем самым свинчи­ вание и развинчивание труб.

Исходными данными для расчета являются диаметры захватываемых труб и муфт, усилие, действующее на рукоятку ключа, и расчетная длина рычага (рукоятки).

Графически достаточно точно для расчета определя­ ем усилия, действующие в элементах ключа.

Под действием усилия Р, приложенного на конце ру­ коятки, в ключе возникают следующие усилия: силы Q\

Треугольники сил, действующих на рукоятку и че­ люсть ключа, строятся графически. Сила Р известна по направлению и величине, усилие Qi, действующее в точ­ ке соприкосновения трубы с сухарем ключа, направлено

98

перпендикулярно к линии, соединяющей точку приложе­ ния Qi с центром шарнира.

Так как из условия равновесия действующие на руко­ ятку силы должны составить замкнутый треугольник, то Q2 д о л ж н о проходить через точки пересечения силы Р и

-усилия Qi. Определив направление действующих сил, легко построить треугольник сил и по принятому мас­ штабу для Р определить величины Qi и Q2.

Без труда можно построить треугольник сил, действу­

ющих на челюсть ключа, так как направление и вели­ чина усилия Q'2 известны, а Q3 и Q4 направлены от центра перпендикулярно к соответствующим плоскостям челюсти.

Рис. 32. Схема расположения действующих усилий на детали ключа:

Л —для минимального;*/) —для максимального захватываемого диаметра, / —треугольник сил, действующих на челюсть ключа; 2 —треугольник

сил, действующих на рукоятку ключа

Таким образом, построив треугольник сил (рис. 32), действующих на челюсть и рукоятку ключа, определим величины этих сил. При этом для упрощения графиче­

ских построений условно принято, что Р — 1. Величина усилий, действующих в ключе при Р = 1 (без учета сил трения), приведена в таблице 27.

Для расчета на прочность основных деталей ключа выбираем наиболее напряженное положение захвата ключом трубы при максимальном диаметре — 89 мм. Для данного случая передаваемый крутящий момент, как указано выше, будет М кр ~ 150 кГм, а приложенное к концу рукоятки усилие будет Р — 300 кг, так как длина рукоятки равна 0,5 м.

Поскольку под действием сил труба, зажатая клю­ чом, находится в равновесии, то и отдельные элементы ключа должны находиться в равновесии. Поэтому от­ дельно рассмотрим равновесие рукоятки и челюсти клю­ ча под действием приложенных сил.

ную изгибу. Расчет рукоятки на прочность производим по трем предполагаемым наиболее опасным сечениям.

100