Устройство для свинчивания-развинчивания труб

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК В 19/16 НИЯ СВИДЕТЕП АВТОРСКО В льства СГС6, 1961.ство СССР прототип). Я СВИНЧИсодержащатель, ых эахпающего трубы и 25 20 19 Я Ри СУДАРСТНЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ ИСАНИЕ ИЗОБ(21) 3601402/22-03 (22) 11.01,83 (46) 15.03,85. Бюл. Мф 10 (72) В.С.Гомберг (53) 622,242(088,8) (56) 1. Авторское свидет Р 135439, кл. Е 21 В 19/2. Авторское свидетел по заявке Р 2863652/22-0 кл, Е 21 В 19/16, 1979 ( (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ВАНИЯ-РАЗВИНЧИВАНИЯ ТРУБ щее стопорящий узел и вра выполненные в виде клещев ватов,.ограничитель посту перемещения свинчиваемой привод, о т л и ч а ю щ е49 2 Ф ЯО 1 145118 тем, что, с целью повышения надежности соединения за счет исключения деформации и уменьшения износа реэьб а также повышения степени автоматизации процессов свинчиванияраэвинчивания, вращатель установлен с воэможностью вертикального пере" мещения относительно стопорящего узла и снабжен механизмом принудительного поступательного перемещения в соответствии с шагом замковой реэьбы трубы на один оборот вращателя, а стопорящий узел совместно с вращателем установлен с возможностью вертикального перемещения относительно ограничителя поступатель- .о ного перемещения свинчиваемой трубы.1145118 2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что ограничитель поступательного перемещения свинчиваемой трубы выполнен в виде шибера-вилки.3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, механизм принудительного поступательного перемещения выполнен в виде ходовой пары гайка-винт, при этом винт закреплен жестко на стопорящем узле, а гайка связана системой сменных шестерен Изобретение относится к буровой технике и технологии, преимущественно для свинчивания - развинчивания бурильных труб, и может найти применение в нефтяной, газовой и геолого- разведочной нромьппленности; Известен подвесной ключ, состоящий иэ двух гидроцилиндров, которые управляют завинчивающими и докрепляющими замок труб устройствами-ключами, верхний ключ состоитиз двух сводящихся-разводящихся рычагов, несущих на концах по дваведущих ролика с насечкой, приводящихся во вращение гидродвигателями(а для докреплеиия-раскреплениязамка труб - через обгонные муфты),нижний ключ также состоит из двухсводящихся-раэводящихся рычагов,на концах которых имеется по двасухаря с насечкой. Рычаги-челюстиверхнего.и нижнего устройств сводятся и разводятся гидроцилиндрами,охватывая и освобождая замковые частитруб 1 1.Однако этот подвесной ключ неФиКсируется взаимно со свинчивающимся-развинчивающимся замком. Крометого, во время спуско-подъемныхопераций происходит усиленный износи заедание замкового резьбового соединения.Известно устройство для свинчивания-развинчивания труб, содержащее стопорящий узел, вращатель, выполненные в виде клещевых захватов,и ограничитель поступательного перемещения свинчиваемой трубы, привод 2 с приводом вращателя и размещена в его корпусе между амортизаторами.4. Устройство по и. 3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что механизм принудительного поступательного перемещения снабжен узлом включения- выключения его поступательного перемещения, выполненным в виде муфты, взаимодействующей с гайкой и связанной с двуплечим подпружиненным рычагом, шарнирно закрепленным на стопорящем узле. Недостатками известного устройства являются сложность, разделениефункций свинчивания - развинчиванияи докрепления - раскрепления замковых 5 резьб между различными механизмами,что ведет к дополнительным связям(и усложняет автоматизацию спускоподъемных операций), Кроме того, недостаточно снижается износ и де Формирование резьб при развинчивании.Цельизобретения - повьнпение надежности соединения за счет исключения деформации и уменьшения износарезьб, а также повьппение степени авто.15 матизации процессов свинчиванияразвинчивания. Поставленная цель. достигается тем,что в устройстве для свинчиванияразвинчивания труб, содержащем стопорящий узел и вращатель, выполненныеввиде клещевых захватов, ограничитель поступательного перемещениясвинчиваемой трубы и,привод, вращатель установлен с возможностью вертикального перемещения относительностопорящего узла и снабжен механизмом принудительного поступательногоперемещения в соответствии с шагомзамковой резьбы трубы на один оборотвращателя, а стопорящий узел совместно с вращателем установлен с возможностью вертикального перемещения отно,сительно ограничителя поступательного перемещения свинчиваемой трубы.355 Ограничитель поступательного перемещения свинчиваемой трубы выполненв виде шибера-вилки, а механизмпринудительного поступательного3 1145118 4перемещения выполнен в виде ходо- версивным приводомвой пары гайка-винт, при этом винт приводной шестернизакреплен жестко на стопорящем тупательного вертикузле, а гайка связана системой смен ния 4 может быть двных шестерен с приводом вращате- ,выполнения. По вариля и размещена в его корпусе между состоит иэ винта 28амортизаторами, крепленного на рычаМеханизм принудительного посту- го узла 2 и ходовойпательного перемещения снабжен уз- щенной в корпусе рьлом включения-выключения его постуля 3 между амортиэапательного перемещения, выполненным Ходовая гайка 29 осв виде муФты, взаимодействующей с ней 32, соединеннойгайкой и связанной с двуплечим под- ных шестерен 33 с ппружиненным рычагом, шарнирно за-терней 27 привода 2крепленным на стопорящем узле. выполнения механизм15На Фиг. 1 представлено устройст- вертикального перемво, продольный разрез, на Фиг. 2 гайка 34 помещенато же, вид сверху; на Фиг. 3 и 4 тизаторами 30 и 3варианты выполнения механизма посту- пусе рычага 21, шеспательного вертикального перемеще- на гитарой сменныхния вращателя, водной шестерней 27Устройство состоит из следующих свободно вращаетсяосновных узлов: подкладного ин- ке 34. Торец шестерструмента-ловителя 1, стопорящего полумуФтой 36. На хузла 2, вращателя 3 с механизмом . на шпанке 37 с возмпоступательного вертикального пере- нательного перемещемещения 4, ограничителя 5 поступа- муФта 38, переключательного движения свинчиваемой трубы Рычагом 39, поворач(при установке в устройство). Под, помещенной на рькладной инструмент-ловитель 1, на щего угла 2. Рычагопорную поверхность 6 которого30жинами 41 и 42.садится опорный торец 7 муФты 8 го- Ограничитель 5 пловы колоны труб, состоит из пары движения состоит изрычагов 9, поворачивающихся гидро-двигающегося в наприли пневмоцилиндром 10 на полой втул- размещенного на рычке 11, сидящей на колонне 12,эаФик щего узла 2 под рычасированных разрезной щайбой 13. ля 3, и гидро-пневмоСтопорящий узел 2 состоит иэ двух (46 - опорная поверхрычагов 14 и 15 поворачивающихся ки 43, 47 - противопгидро-или пневмоцилиндром 16 на полой верхность шибера-вилвтулке 11. Под различные типоразмеры ф 0 ный торец ниппельногмуФт 8 стопорящий узел 2 регулирует- чиваемой трубы, 50 -ся посредством гаек 17 и 18. В коль- муФты Я головы колонцевом Т-образном лазу рычагов 14 и,Устройство работа15 неподвижно закреплено устройствообразом.зажима 19, Я рычагах 14 и 15 непод Операция подъемавижно закреплены две колонки 20, ны бурильных труб, Кпо которым поступательно перемеща- мается на одну свечуется вращатель 3. этом рычаги 9 подкл 55 Вращатель 3 состоит из двух рычагов 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 воэможностью вращения устройство зажима 25, приводящееся во вращение ре 26 посредством27. Механизм пос.ального перемещеух вариантовантумеханизмнеподвижно заге 14 стопорящегайки 29, помеиага 21 вращатеторами 30 и 31,нащена шестерТсистемой смен.риводной шес 6. По варианту Е 1а поступательногоещения 4 ходоваямежду амор 1 в кортерня 35, соединешестерен 33 с припривода 26,на ходовой гайки 35 оснащенодовой гайке 34,ожностью постуния помещена полующаяся двуплечимивающимся на осичаге 14 стопоря 39 оснащен пруоступательногошибера-вилки 43,авляющих 44 иаге 15 стопорягом 22 вращатецилиндра 45ность шибера-вилоложная ей поки 43, 48 - упоро конца 49 свинупорный торецны).ет следующими разборки колонолонна подни(трубу), приадного инструмента-ловителя 1 разведены цилиндром 10,50 а рычаги 14 и 15 стопорящего устройства 2 совместно с рычагами 21.и 22 вращателя 3 разведены цилиндром 16,шибер-вилка 43 ограничителя 5 отведен цилиндром 45 и постоянно в процессе развинчивания находится в отведенном состоянии. Вращатель 3 в исходном положении при развинчивании находится в нижнем положении на рычагахМеханизм 4 может быть выполненв двух вариантах 1 (Лиг. 3) и 11(Лиг.4).По варианту 1 механизм 4 приразвинчивании работает следующимобразом. При раскреплении замковойрезьбы, когда снимаются упругиедеформации затяжки резьбы, так какприводная шестерня 27 (фиг. 2)через систему сменных шестерен 33приводит во вращение шестерню 32,выполненную непосредственно на ходо 50 1145314 и 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 торцом очередной муфты на опорную поверх. ность 6 подкладного инструментаовителя 1. Рычаги 14 и 15 стопоря - 10 щего узла 2 совместно с рычагами 21 и 22 вращателя 3 сводятся цилиндром 16, устройства зажима 19 и 25 зажимают соответственно муфту 8 и ниппель ,49 развинчиваемого соединения, Привод 15 26 приводной шестерней 27 приводит во вращение устройство зажима 25 вращателя 3, при этом через систему сменных шестерен 33, которая выполнена для регулировки механизма поступательного вертикального перемещения 4 вращателя 3 точно на любой шаг замковой резьбы, вращение пе редается на механизм поступательного вертикального перемещения вращателя 3 и происходит развинчивание 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 14 и 15 стопорящего узла 2 совместно с рычагами 21 и 22 вращателя 335 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. 118вой гайке 29, происходит сжатие амортизатора 30 на величину упругих деформаций витков замковой резьбы и упорных торцов 50 и 48 муфты и ниплеля 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 11 (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 Лиг. 4), Пружина 42 поддерживает сцепление полумуфт 38 и 36 при развинчивании. Вследствие возможности применения, любого известного мультипликатора (различные длины плеч рычага 39) обеспечивается включениеполумуйт 38 и 36 при незначительныхпоступательных перемещениях ниппеля 49 (с корпусом рычага 21) вверх.После включения полумуфт 38 и 36вращение от шестерни 35 через полумуфту 38 и шпонку 37 начинает передаваться 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 замковой резьбы на оборот устройства зажима 25 с зажатым ниппелем. В этом 1 О случае, так как резьбы конические, можно практически при развинчивании снизить износ резьбы.Операция спуска и сборки колонны бурильных труб. 15Колонна опускается на одну свечу (трубу/, и перед прохождением муфты головы колонны рычаги 9 подкладного инструмента-ловителя 1 сводятся цилиндром 10, поворачиваясь на полой втулке 11, Муфта 8 головы колонны спускается своим опорным торцом 7 на опорную поверхность 6 подкладного инструмента 1, Рычаги 14 и 15 стопорящего устройства 2 совместно 25 с рычагами 21 и 22 вращателя 3 сводятся цилиндром 10, после чего цилиндром 45 выдвигается шибер-вилка 43 ограничителя 5. Полая втулка 11 имеет снаружи ленточные резьбы, и перед 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 таким35 расчетом, чтобы упорный торец 50 муфты 8 несколько не доходил до поверхности 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).1Происходит опускание очередной свечи (трубы), которая при этом центрируется воронкой 24 вращателя 3,50 Упорный торец 48 ниппеля 49 этой трубы садится на опорную поверхность 46 шибера-вилки 43 ограничителя 5. Муфта 8 и ниппель 49 зажимаются устройствами зажима 19 и 25 соответст венно. Шибер-вилка 43 ограничителя 5 отводится цилиндром 45 по направляющим 44, и включается привод 26,. от которого с помощью приводной шестерни 27 вращение передается устрой-ству зажима 25 вращателя 3. Посредством системы сменных шестерен 33вращение от приводной шестерни 27 передается также на механизм поступательного вертикального перемещения 4(Фиг. 2), который принудительно перемещает поступательно вниз вращатель 3 с эажитым ниппелем 49 в соответствии с шагом замковой резьбы наодин оборот устройства зажима 25.Труба свинчивается, после чего устройства зажима 19 и 25 разжимаются,освобождая колонну труб, рычаги 14и 15 стопорящего узла 2 совместно срычагами 21 и 22 вращателя 3 разводятся цилиндром 16, рычаги 9 подкладного инструмента-ловителя 1 разводятся цилиндром 10, колонна трубопускается на свинченную свечу (трубу), а в это время вращатель 3 спомощью реверсивного привода 26возвращается 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 резьбовыхконцов труб не попали в соответствующие резьбовые впадины, происходитсжатие амортизатора 31 ходовойгайкой (29 при варианте 1 и 34 приварианте 11) . После попадания резьбовых витков реэьбовых концов труб всоответствующие резьбовые впадиныпроисходит свинчивание. Разница жев работе двух вариантов выполнениямеханизма 4 наблюдается в конце свинчивания при докреплении замковой резьбы. При выполнении механизма 4 по варианту 1 при докреплении замковойрезьбы ходовая гайка 29 продолжает двигаться вниз по винту 28,в то время как движение рычага 21и 22 вращателя 3 приостанавливается.Эта разница хода компенсируется амортизатором 31, который сжимается(фиг. 3).При выполнении механизма 4 по варианту 3 (фиг.4), когда механизм 4 оснащен механизмом путевого включения-выключения, ходовая гайка 34 и полумуфта 38 своим поступательным9 1 движением вниз увлекают левый конец рычага 39, поворачивая его вокруг оси. 40. Правый конец рычага 39 в самом конце свинчивания "прощелкивает" пружину 41 через "мертвую" точку, расцепляя полумуйты 36 и 38 и отключая ходовую гайку 34 от шестерни 35. Движение вниз ходовой гайки 34 прекращается, и докрепление замковой резьбы осуществляется при от 145118 1 О ключенном принудительном поступательном перемещении ниппеля 49 зажимами только при вращении его,Применение предлагаемого устройства повысит надежность замковыхМсоединений за счет исключения деформа.ции и уменьшения износа реэьб, атакже повысит степень автоматизациипроцессов свинчивания и развинчи вания.Я