Штанговые механические ключи

Автоматический штанговый ключ АШК-ТМ

 

Ключ АШК-ТМ (рис. 10.21) состоит из двух основных бло­ков: блока редуктора I и блока стойки II [61, 62].

Рис. 10.21. Штанговый ключ АШК-ТМ

 

В блок редуктора входят захватная часть со сменными верх­ними ключами 1, редуктор 2, сменные маховики 3, пост управ­ления приводом 4, электродвигатель 5, стопорное устройство штанг 9 со сменными нижними ключами.

Блок стойки состоит из кронштейна 6, основания воронки 7, сменных переводников 8. Одним плечом кронштейн 6 смонти­рован на основании-воронке 7и может свободно вращаться от­носительно оси скважины. Редуктор ключа 1 может свободно подворачиваться относительно оси электродвигателя в подшип­никах, расположенных на другом плече кронштейна 6.

Технические характеристики

 

Максимальный крутящий момент

на захватной части ключа, Нм...............................................1078

Диаметр насосных штанг, мм...............................................16—25

Частота вращения захватной части ключа, мин^-1................................110

Привод................................................................... Электрический инерционный

взрывобезопасный с питанием

от промысловой сети

Электродвигатель..................................................................В71/В4

Мощность, кВт..........................................................................0,75

Частота вращения, мин^-1.......................................................... 1380

Габаритные размеры, мм:

длина............................................................................................740

ширина.........................................................................................560

высота..........................................................................................720

Масса ключа с приводом, кг......................................................170

 

В комплект АШК-ТМ входят также специальные ключи и штанговые элеваторы. При монтаже ключа АШК-ТМ на сква­жине в резьбовую часть устьевого оборудования ввинчивается основание воронки 7 с кронштейном 6 и сменным переводни­ком 8 соответствующего размера. На кронштейне 6 монтируется блок редуктора. К промысловой сети подключается электродви­гатель 5, а пост управления приводом 4 крепится на стойке бло­ка редуктора.

Перед началом работы в зависимости от типоразмера штанг в захватную часть 1 вставляется верхний ключ соответствующего размера, а в стопорное устройство 9 — нижний ключ. На вал электродвигателя 5 насаживается маховик 3 соответствующего размера. При свинчивании или развинчивании очередного резь­бового соединения штанг оператор надвигает блок редуктора на штангу, чтобы грани квадрата верхней штанги совместились с гранями выреза сменного верхнего ключа. Затем оператор кру­говым вращением блока редуктора устанавливает на квадрат нижней штанги сменный нижний ключ стопорного устройства 9.

После совмещения вырезов сменных ключей с квадратами резь­бового соединения оператор поворотом рукоятки включает элек­тродвигатель 5 и осуществляет свинчивание и развинчивание соединения. По окончании этого процесса оператор отводит рукоятку стопорного устройства 9. При этом квадрат нижней штанги освобождается от сменного нижнего ключа. При после­дующем повороте блока редуктора относительно оси скважины осуществляется совмещение прорези сменного ключа с проре­зью блока редуктора, после чего отодвигается блок редуктора в исходное положение.

В последующем при свинчивании или развинчивании оче­редного резьбового соединения штанг цикл повторяется.

 

Ключ КМШЭ

Ключ механический штанговый электроприводной КМШЭ состоит из устьевого блока и блока управления (рис. 10.22)

Устьевой блок выполнен из двух частей: неподвижного осно­вания для установки на устье скважины и подвижного корпуса 4, фиксирующегося при повороте в любом положении относительно неподвижного основания 5. На основании шарнирно установ­лена откидная вилка 1, предназначенная для удержания на весу колонны штанг.

Двухступенчатый редуктор 6, расположенный в корпусе 4, обеспечивает передачу вращения от электропривода 3 ручного штанговому ключу через водило 2.

Рис. 10.22 Ключ механический штанговый типа КМШЭ

При установке на скважине устьевой блок монтируют на муфту устьевого фланца с таким расчетом, чтобы штанги, спускаемые в скважину, прижимались к откидной вилке; в таком положе­нии закрепляют блок двумя винтами. После крепления устьево­го блока корпус ключа с приводом поворачивают в положение, позволяющее оператору видеть мостки и подъемник, после это­го закрепляют в этом положении.

 

Технические характеристики

 

Максимальный крутящий момент, кНм....................... 0,98

Диаметр насосных штанг, мм................................... 16—25

Частота вращения водила, мин^-1.....................................100

Привод...........................................В71В4 взрывобезопасный

Мощность привода, Вт....................................................750

Частота вращения, мин^-1...............................................1380

Передаточное число редуктора..................................... 13,6

Габаритные размеры, мм:

длина.................................................................................610

ширина..............................................................................430

высота................................................................................470

Масса комплекта, кг.........................................................145

Ключ КДГ

Ключ с дистанционным управлением предназначен для авто­матизированного свинчивания и развинчивания насосных штанг в процессе спускоподъемных операций при текущем ремонте скважин [60]. Привод КДГ гидравлический с питанием от насо­са самоходных агрегатов.

Ключ КДГ состоит из блока гидромеханической части клю­ча, представляющего собой шарнирный многозвенник, в одно из звеньев которого входит гидроцилиндр с поршнем. Шток поршня шарнирно связан со створкой стопорной части ключа. В блок гидромеханической части входит захватное устройство, представляющее собой вращатель от ключа АШК-Г с гидромо­тором вместо электродвигателя. Гидравлический мотор и ци­линдр связаны таким образом, что при подаче рабочей жидкости к ним автоматически осуществляется необходимая для свинчивания и развинчивания штанг последовательность операций. Блок соединяется с пультом управления рукавами высокого давления.

 

Технические характеристики

 

Максимальный вращающий момент, кНм.................0,98

Частота вращения захватной части, мин^-1............ 130—165

Диаметр насосных штанг, мм......................16, 19, 22 и 25

Габаритные размеры, мм.................................960x520x400

Масса полного комплекта, кг.........................................280

ГРУЗОПОДЪЕМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Грузоподъемное оборудование предназначено для проведе­ния спуско подъемных операций и состоит из вышек (мачт), талевых систем, лебедок и их привода, которым, чаще всего, является двигатель транспортного средства. Параметры грузоподъемноло оборудования определяются массой спускаемого инструмента и, следовательно, глубиной спуска и конструкцией скважинного оборудования.

ВЫШКИ И МАЧТЫ

 

Для подвеса талевой системы, поддержания колонны труб или штанг в скважине, отвода поднятой свечи труб или штанг от оси устья и складирования их на период ремонта подъемные уста­новки оснащаются вышками. Вышки, используемые в бурении и подземном ремонте, делятся на башенные и мачтовые. Выш­ки, имеющие три и более несущих элемента (ноги), относятся к башенным, а одна или две — мачтовые. Башенные вышки имеют высокую жесткость и сопротивление кручению и используются для бурения при высоком уровне нагрузок. Мачтовые вышки имеют более легкую конструкцию, требующую меньше времени на монтаж и демонтаж. Для подземного ремонта в основном ис­пользуются мачтовые вышки. На промыслах применяют подъем­ные сооружения двух видов: стационарные и передвижные.

К стационарным сооружениям относятся различного типа вышки и мачты (двуножки). Вышки изготовляют из сортового проката или из отработанных бурильных и насосно-компрессорных труб. Наиболее распространены вышки высотой 24 и 22 м (ВЭТ-24 х 75 и ВЭТ-22 х 50) грузоподъемностью 75 и 50 т. Рас­стояние между ногами в нижней части от 6 до 8 м, а в верхней части 2 м. На рис. 10.23 показана вышка ВЭТ-22 х 50.

Рис. 10.23. Эксплуатационная вышка ВЭТ-22 X 50

 

Иногда применяются трехногие металлические вышки высо­той 24 м и грузоподъемностью 40 т. Ноги такой вышки изготов­ляют из 100 и 75-мм труб; расстояние между ногами внизу 5 м и вверху 2 м.

Для неглубоких скважин вместо вышек применяют мачты. Промышленностью освоены металлические мачты двух типов: МЭСН-15 х 15 на грузоподъемность 15 т и МЭСН-22 х 25 на грузоподъемность 25 т. Мачта (рис. 10.24) состоит из двух ног, выполненных из трех насосно-компрессорных труб диаметром 63 мм, связанных между собой поперечинами из 50 мм труб. Мачта 15 X 15 (Н — 15 м и Q — 15 т) снабжена двухмаршевой лестницей, а мачта 22 X 25 (Н — 22 м и Q = 25 т) — трехмаршевой. На верхние плиты мачт устанавливают кронблок. Для удоб­ства монтажа и транспортирования мачта делается разъемной.

 

Рис. 10.24. Эксплуатационная мачта МЭСН-15 X 15

Стационарные вышки или мачты используются всего лишь 2—3% календарного времени в году. Строительство вышек около каждой скважины приводит к крупным неоправданным денеж­ным расходам, а также к большому расходу металла. В связи с этим в последнее время пользуются практически только пере­движными мачтами и передвижными агрегатами с мачтами или вышками для ремонта скважин. На рис. 10.25 показана передвижная мачта, которая перевозится трактором с лебед­кой и монтируется у скважины лебедкой трактора-подъемника. На промыслах применяют передвижные телескопические мачты ПТМТ-40. Все узлы установки смонтированы на гусеничной те­лежке «Восток». Высота мачты при выдвижении первой ступени 15 м, а второй — 20 м. При работе на первой ступени грузоподъ­емность мачты 40 т, на второй — 25 т.

Рис. 10.25. Передвижная мачта ПТМТ-40:

а — транспортное положение мачты; 6 — рабочее положение мачты

 

На агрегате подземного ремонта «Бакинец» (рис. 10.26) при­менялась мачта, транспортируемая сложенной вдвое. Мачта со­стояла из двух частей, шарнирно связанных между собой. При начале работы на скважине мачта поднималась в рабочее состо­яние с помощью специального привода.

Рис. 10.26. Общий вид агрегата «Бакинец» в транспортном положении:

I — механизм подъема мачты; 2 — опоры мачты; 3 — мачта; 4— талевый блок с трехрогим крюком; 5 — подвеска талевого блока с крюком; 6 — освещение агрегата; 7— ролик якорный; 8— масляный бачок; 9— стояк; 10— топливный бак; 11 — трактор; 12 — кабина с ограждением лебедки; 13 — управление агрегатом; 14— ограждение шестерни; 1 5— домкрат; 16 — коробка перемены передач; 17 — сборка барабанного вала; 18 — при­способление для крепления мертвого конца

 

Современные мачты агрегатов для подземного ремонта, как правило, имеют двух секционную телескопическую конструк­цию. Последнее означает, что секции входят одна в другую. Выдвижение секций производят с помощью лебедки или гидро­цилиндров. Конструкция с гидроцилиндрами проще, работает надежнее и безопаснее. Однако такой вариант оказывается до­роже в изготовлении, т.к. требуется изготовление длинноходового цилиндра. Использование телескопической конструкции цилиндра упрощает его изготовление, но усложняет конструк­цию. В некоторых агрегатах используются цельные мачты, как например, в АР32/40. Для достижения необходимого уровня ус­тойчивости мачт используются растяжки. Для уменьшения вре­мени на монтаж и демонтаж часть растяжек крепят к раме транс­портного средства. При проведении спуско-подъемных опера­ций трубы и штанги могут укладываться на горизонтальные мо­стки или устанавливаться вертикально. Горизонтальная укладка требует больше времени, но при вертикальной повышается оп­рокидывающий момент от веса труб. В тоже время при горизонтальной укладке труб свечами возникает большой прогиб в се­редине свечи и, следовательно, в резьбовых соединениях возни­кают значительные усилия. При использовании вертикальной установке труб и штанг требуется оборудовать на мачте площад­ку для верхового рабочего.

Основное требование, предъявляемое к конструкции мачт подъемных установок — малая металлоемкость при оптималь­ной жесткости конструкции.

Для установок грузоподъемностью до 200 кН изготовляют цилиндрические мачты из труб и в виде пространственной фер­мы из труб или профильного проката (уголка, швеллеров, поло­го прямоугольника и т.п.). Формы сечения всей мачты могут быть трех или четырехгранными, замкнутыми или с одной опор­ной гранью и открытой частью со стороны скважины. Опоры мачты являются продолжением основных ног и могут быть из­готовлены вместе с ногами или раздельно. Раздельное исполне­ние опоры повышает устойчивость установки при транспорти­ровании, облегчает подъезд и монтаж установки на устье, но характеризуется большей трудоемкостью изготовления.

В качестве материала для изготовления ног, поясов и растя­жек применяются низкоуглеродистые стали. В случаях работы мачт при низких температурах следует выбирать соответствую­щие материалы.

К основным параметрам, определяющим конструкцию мач­ты (рис. 10.27), относятся грузоподъемность Р ивысота Н.

Грузоподъемная сила мачты больше, чем нагрузка на крюке (т.е. грузоподъемная сила агрегата). Учитывается сила тяжести оснастки вышки и иногда некоторый запас для увеличения проч­ности мачты. Высота мачты считается от земли до оси кронблока. Таким образом, при определении высоты мачты Н необ­ходимо учесть высоту Н _ок от оси кронблока до нижней плоско­сти площадки мачты (места установки кронблока), запас по высоте для пути безопасного торможения талевого блока Н _без, высоту талевого блока Н _тб, крюка Н _кр, штроп Н _ш, элеватора Н _э, трубы или двухтрубки Н _тр и механизма для свинчивания и развинчивания труб Н _мс, высоту от земли до фланца устья сква­жины Н _ф [13];

 

Н = Н_ок + Н_без + Н_тб + Н _кр + Н _ш + Н _э + Н _тр + Н _мс + Н _ф

 

Рис. 10.27. Конструкция телескопической мачты:

1 — нижняя секция, 2 — верхняя секция, 3 — оттяжки, 4 — основа­ние кронблока, 5 — опора мачты

 

Расстояние, обеспечива­ющее остановку талевого блока до удара его о под-кронблочную балку, Н_без за­висит от маховых масс дви­жущихся частей после от­ключения привода лебедки. Практически установлено, что Н_без = 1,5—2 м в зависи­мости от грузоподъемности установки.

Угол наклона мачты к вертикали. Наклон в само­ходных подъемных установ­ках (в отличие от буровых установок) продиктован не­обходимостью увеличения размеров рабочей площадки на устье скважин, которая при вер­тикальном положении мачты ограничивается пространством между ее (ногами. Кроме того, наклон обеспечивает свободный путь следования талевого блока по вертикали. Угол наклона устанавливается в зависимости от принятой высоты мачты и составляет 4—7°.

При эксплуатации мачт необходимо контролировать действу­ющие на нее нагрузки.

1. Подъем мачты. В этом случае на горизонтально располо­женную мачту действуют силы тяжести собственно мачты, час­тей талевой системы и усилие гидроцилиндра в шарнире подсо­единения его к мачте. Ферма мачты в этом случае подвергается изгибу.

2. Проведение спуско-подъемных работ, когда на мачту или вышку действует полная нагрузка на крюке и предельная ветровая нагрузка, при которой допустима работа бригады капиталь­ного ремонта.

3. Воздействие максимальной ветровой нагрузки, возможной в данном районе работ, при трубах, установленных внутри выш­ки наклонно.

При действии сильных ветровых нагрузок в ряде конструк­ций предусмотрена установка дополнительных растяжек.

Высота мачт приведена в характеристике агрегатов подзем­ного ремонта. В качестве примера приведем характеристики двух секционной вышки В-40, выпускаемой Боткинским заводом [62]. На рисунке 10.28. представлена вышка в сложенном положении (а) и с выдвинутой секцией в двух (6 и в) проекциях.

Технические характеристики

 

Грузоподъемность, т
Высота мачты до оси кронблока, м
Кронблок	Одноосный
Количество желобов шкива кронблока, шт.
Диаметр шкива кронблока по дну желоба, мм
Профиль желоба канатного шкива под канат диаметром, мм	22,5
Масса, не более, т
Габаритные размеры, мм: высота длина ширина	В транспортном положении 1020

 

Применяется в качестве комплектующего оборудования в аг­регатах АПРС 32, АПРС 32/40, АПРС 37, АПРС 40, АПРС 50. Отличительные особенности по сравнению с аналогами:

— снижена металлоемкость на 6—8% и улучшены прочност­ные характеристики за счет применения профильных труб пря­моугольного сечения;

— покрытие осуществляется специальной грунт-эмалью, ис­пользуемой только в оборонной промышленности, стойкой к нефтепродуктам и резким перепадам температуры;

— сварочные работы проводятся в среде защитных газов. При расчете мачты в период ее подъема определяют силы тяжести ее отдельных секций, силу тяжести оборудования мачты.

А б в

Рис. 10.28. Вышка В-40

 

Определяют реакцию в шарнире мачты и в точке подсоединения гидроцилин­дра. Для этого составляют уравнения равновесия сил, направленных по оси мачты перпендикулярно к ней, а также уравнение моментов, действующих на мачту. Пос­ле определения сил, действу­ющих на мачту, она рассчи­тывается подобно мачте, на которую действует ветровая нагрузка.

Расчетная ветровая на­грузка Р_в на ферму мачты без учета ее наклона определя­ется из выражения [13]:

Р_в = ρS,

где р — нагрузка на единицу площади; S— расчетная пло­щадь фермы мачты, вычис­ленная по контуру ее эле­ментов (т.е. по площади эле­ментов стержней в ферме мачты). Нагрузка р опреде­ляется по формуле

ρ = q₀ kс_прβ

 

Здесь q₀ — нормативное значение статистической составляю­щей ветровой нагрузки; к — коэффициент, учитывающий высоту расположения от земли рассчитываемого участка мачты; с_пр — аэро­динамический коэффициент; β — коэффициент, учитывающий динамичность (пульсацию) ветрового напора и возможные соб­ственные колебания мачты.

Нормативные значения статической составляющей ветровой нагрузки q_o определены ГОСТом и строительными нормами проектирования.

Территория РФ по значению нормативной статической со­ставляющей ветровой нагрузки (Н/м²) разделена на семь райо­нов: 1 - 270; II - 350; III - 450; IV - 550; V - 700; VI - 850; VII - 1000.

Конструкции надо рассчитывать на наибольшие ветровые нагрузки для соответствующих районов. При нагрузках более 450 Па спуско-подъемные работы не проводятся.

При расчете мачты, в которой трубы установлены вертикаль­но, расчет ведется на полный комплект труб, у которых сила веса приложена по середине трубы, а усилие на мачту передает­ся через высоту на которой расположен упор для труб. Угол на­клона труб принимается около 4—7° от вертикали.

 

ТАЛЕВЫЕ СИСТЕМЫ

Натяжение на подвижной ветви каната, наматываемого на барабан подъемника или агрегата при подземном ремонте сква­жин, уменьшается при помощи талевой системы, состоящей из системы неподвижных шкивов — кронблока, подвижных шки­вов — талевого блока, крюка и талевого каната.

Кронблок устанавливается на верхней площадке вышки или мачты, талевый блок подвешивается на талевом канате, один конец которого после оснастки прикреплен к барабану подъем­ной лебедки, а другой к раме вышки или к талевому блоку. Крюк подвешивается к нижней серьге талевого блока или изготавли­вается совместно с талевым блоком и называется крюкоблок. Количество шкивов талевого и кронблока определяют оснастку талевой системы и обозначаются, например 2x3, где 2 — число шкивов талевого блока и 3 — число шкивов кронблока, соединен­ных с талевым блоком (т.е. исключая дополнительные шкивы).

Кронблоки

Кронблоки эксплуатационные (рис. 10.29) являются непод­вижной частью талевой системы.

Рис. 10.29. Кронблоки:

а — исполнение I; б — исполнение II;

1 — ограждение; 2 — шкив; 3 опора; 4 — ось шкивов; 5 — кожух; 6 — полкронблочная рама

 

Кронблоки КБН предназначены для работы в районах с уме­ренным климатом, типа КБ — в умеренном и холодном клима­те [59].

Последние изготавливаются двух видов (табл. 10.13):

— исполнение I — для передвижных подъемных установок—и стационарных эксплуатационных мачт;

— исполнение II — с подкронблочной рамой для стационар­ных эксплуатационных вышек.

 

Таблица 10.13