Модернизация трубозажимного устройства бурового ключа АКБ-4М-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Модернизация трубозажимного устройства бурового ключа АКБ-4М-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин
АКБ-4 - буровой автоматический стационарный ключ предназначен для механизации процессов свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб при спуско-подъемных операциях. Буровой ключ АКБ-4 применяется при бурении нефтяных и газовых скважин.
Технические характеристики:

Диаметр свинчиваемых и развинчиваемых труб, мм:
- бурильных- 108-216
- обсадных-  114-194
Крутящий момент, кН м:
на первой (быстрой) передаче -  5,0±0.5
на второй (медленной) передаче -  72,5±2.5
Частота вращения верхнего трубозажимного устройства, об/мин (с-1):
-на первой (быстрой) передаче - 0...22 (0...0.367)
-на второй (медленной) передаче - 0...1.5 (0...0,025)
Диапазон автоматического ограничения крутящего
момента, кН м: - 5,0....72,5
Длина хода выдвижения блока ключа, мм: - 1000 + 30
Марка пневмодвигателя - П13-16
Мощность пневмодвигателя, кВт - 13
Давление сжатого воздуха в пневмосистеме:
(у пульта управления), МПа (кгс/см) 0,7-1,0 (7-10)
Расход воздуха на цикл, м: - 1,2
Габаритные размеры (длина\ширина\ высота), мм, не более:
-ключа - 1780x1230x2610 - пульта - 870x430x1320
Масса, кг, не более:

-ключа- 2700
-комплекта ключа- 3300
Буровой ключ АКБ-4 устанавливают на буровой между лебедкой и ротором со стороны приводного вала на вышечно – лебедочном блоке, к которому он прикрепляется болтами.
Ключ состоит из блока ключа, колонны с кареткой и пульта управле-ния. Механизмы ключа работают при помощи пневмодвигателя и пневмоцилиндров от сети сжатого воздуха.
Блок ключа - основной механизм, выполняющий операции свинчивания и развинчивания труб. По направляющим полозьям блок ключа перемещается вдоль каретки под воздействием двух пневматических цилиндров двойного действия и может подводиться к бурильной трубе или отводиться от нее.
Вращение трубозажимного устройства блока ключа - от пневмодвигателя через редуктор. Каретка свободно вращается в верхней части колонны, ее положение при работе фиксируется. Каретка с блоком ключа может перемещаться вдоль колонны по высоте.
Дистанционное управление работой ключа обеспечивает пульт.
Конструкция ключа показана на рис. 1.1. Автоматический стационарный буровой ключ включает: блок ключа 7 (рис.1.1) с трубозажимными устройствами и редуктором, установленным на направляющих полозьях, на которых блок ключа может перемещаться вдоль каретки 6, расположенной на колонне 5; коробку пе-редач 3, приводной двигатель 1, планетарный редуктор 2, ограничитель момента 7 (рис. 1.3) и дистационный пульт управления 4 (рис.1.1).
В корпусе ключа (рис. 1.2) смонтировано верхнее трубозажимное устройство 2 с челюстедержателем 9, которое может приводиться во вращение вертикальными пальцами 17, закрепленными на промежуточном диске 8, который приводится во вращение разрезной шестерней 57 редуктора. В нижней части корпуса размещено нижнее трубозажимное устройство с челюстедержателем 60, которое может при-водиться для зажима и освобождения неподвижной трубы двумя пневмоцилинд-рами 8 (рис 1.3).
Верхнее и нижнее трубозажимное устройство включает пару челюстей 5 (рис. 1.2), снабженных сухарями 4 и установленных в карманах верхнего 9 и нижнего 60 челюстедержателей. Челюсти снабжены роликами 4 (рис.1.4.), взаимодействующими с вкладышами 2 (рис.6), размещенными в корпусе редуктора 47 (рис.2) и корпусе 2 (рис.2) верхнего трубозажимного устройства.
На верхнем челюстедержателе 9 (рис. 1.2) смонтировано дисковое пневмати-ческое тормозное устройство, состоящее из нижнего диска тормоза 11, верхнего диска тормоза 12, верхней 14 и нижней 13 тормозной накладки, корпуса тормоза 18, зафиксированного от поворота пальцем 19. В корпусе тормоза 18 находятся десять пневмоцилиндров с подпружиненными поршнями 15.
Быстроходный вал редуктора 46 соединен через шлицевую втулку 44 с тихоходным валом 41 коробки передач. Корпус коробки передач 36 смонтирован на корпусе редуктора неподвижно. На корпусе коробки передач сверху расположена опора 30 планетарного редуктора. В опоре имеется подшипник скольжения 29, в котором устанавливается корпус 28 планетарного редуктора. Благодаря такой установке планетарный редуктор может поворачиваться вокруг своей оси под действием реактивного момента.
Водило 27 планетарного редуктора расположено соосно с тихоходным ва-лом 41 коробки передач и жестко связано с неподвижной в осевом направлении полумуфтой 34. Полумуфта 34 связана с промежуточным валом 37 через шестерню 35.Промежуточный вал 37 связан с тихоходным валом 41 через шестерню 39 со встроенной в нее полумуфтой 20. Подвижная полумуфта 38 может соединять водило 27 планетарного редуктора с тихоходным валом 41 напрямую через полу- муфту 34, либо через промежуточный вал-шестерню 37.
На кронштейне 13 корпуса коробки передач и крышке планетарного редуктора 18 смонтирован ограничитель крутящего момента. В его состав входят передвижной упор 17, рычаг 15 с двумя шкалами ограничения момента (правой и левой) и система из двух клапанов: отсекающего клапана 8 и передвижного клапана 6, открываемого правым или левым зубцом горизонтального плеча рычага 15. Вращением винта 3 можно передвигать каретку-упор 1 так, чтобы упор 16 остановился на нужной величине ограничения крутящего момента (по правой шкале при правом расположении клапана рычага 6 или по левой шкале при левом рас-положении клапана 6). Ограничивается момент только при работе ключа на низкой передаче, поэтому воздух на отсекающий клапан 8 может подаваться при открытии клапана 6 только одновременно с подачей давления на цилиндр переключения передач и тормоз.
Верхнее трубозажимное устройство кроме челюстей с сухарями оснащено сменным упором 17 (рис.1.3). Верхний 12 (рис.1.2) и нижний 11 (рис.1.2) диски тормоза соединены с челюстедержателем 9 (рис.1.2) болтами. Два подпружиненных шариковых фиксатора 12 (рис.1.3) с регулируемыми упорами 10 (рис. 1.3) расположены на корпусе верхнего трубозажимного устройства.На нижнем диске тормоза расположены два подвижных упора 16 (рис. 1.3) в обоймах 11 (рис. 1.3). Верхнее трубозажимное устройство опирается на промежуточный диск 8 (рис. 1.2) четырьмя подпружиненными стаканами взвешивания 3 (рис. 1.2).
Верхний 12 (рис. 1.2), нижний 11 (рис. 1.2) диски тормоза и скрепленный с ними челюстедержатель 9 (рис. 1.2) имеют возможность повернуться относительно корпуса 2 (рис.2) на угол 28° в ту и другую сторону, как при свинчивании так и при развинчивании. Причем переход от одного режима к другому осуществляется увеличением тормозного момента, что позволяет подвижному упору 16 (рис. 1.3) утопить шарик подпружиненного фиксатора и перейти на другую сторону пружинного фиксатора.
Челюсти имеют возможность поворачиваться и перемещаться в радиальном направлении. В корпусе 1 (рис. 1.4) встроены две пары спиральных вкладышей 2, контактирующих с роликами 4 челюстей при зажиме трубы при взаимном угловом перемещении челюстедержателя 5 и корпуса 1.
Нижнее трубозажимное устройство вмонтировано в корпус 47 (рис. 1.2) и имеет челюстедержатель нижний 60 с аналогичными челюстями 5, рычаг 59, жестко связанный с челюстедержателем нижним и шарнирно связанный со штоками пневмоцилиндров 8 (рис. 1.3) двойного действия, спиральные вкладыши 11°, сменный упор 17 (рис. 1.3).
Разрезная шестерня 57 (рис. 1.2) имеет радиальную опору, состоящую из четырнадцати роликов 7 на вертикальных осях 58, опирающихся на корпус 47 через бронзовые втулки 79. Отжимающие усилия от зубчатого зацепления разрезной шестерни с двумя паразитными шестернями воспринимают четыре наружных ролика 4 (рис. 1.3), опирающиеся на конические подшипники. Осевая опора (скольжения) состоит из шести секций 66 (рис. 1.2), по которым скользит шестерня.
Ключ центрируется по трубе при подводе парой накладок 1 (рис. 1.3) на корпусе верхнего трубозажимного устройства и парой - в нижнем корпусе. Имеется два типоразмера накладок: для труб диаметра 108-124мм и труб диаметра 133-155мм. При работе с большими диаметрами накладки снимают.
Колонна ключа с кареткой (рис.1.5) состоит из пяти частей: каретки 10, двух пневматических цилиндров 13, колонны 8, тумбы 7, домкрата 12.
Спускоподъемные операции занимают 30-35% от всего времени строительства нефтяных и газовых скважин, поэтому оптимизация процесса свинчивания – развинчивания обсадных и бурильных труб является одним из главных факторов повышения эффективности бурения. При прохождении преддипломной практики на объектах компании «Славнефть-БНГРЭ», в рабочие обязанности слесаря БО входило комплектование бурового оборудования для отправки на буровую установку в период завершения пуско-наладочных работ и окончания монтажа оборудования, в т.ч. комплектование челюстей и упоров для буровых ключей. В условиях БПО и возникали трудности с комплектовкой; в связи с неправильной консервацией и хранением, челюсти приходили в негодность из-за ржавчины, или были разукомплектованы, была нехватка роликов, пальцев, болтов, сухарей. Т.о. набор нужного комплекта, в частности 3 типоразмера по 4 челюсти в каждом, составлял нетривиальную задачу, которая решилась только добором недостающих частей из челюстей других типоразмеров, что опять же вело к некомплекту при необходимости.
Предлагаемое решение проблемы: сокращение числа типоразмеров челюстей и расширение диапазона захвата труб путем комплексной модернизации трубозажимного устройства и челюстей. Модернизация трубозажимного устройства состоит из:
• модернизации челюстедержателя: челюстедержатель предлагается сделать суставчатым. Такая «клешня» значительно расширяет диапазон захвата. Выступ на реборде предотвращает падение челюстедержателя при сжатии;
• модернизация трубозажимного устройства: углубление полости для установки вкладышей под более острым углом, протачивается канавка для закрепления челюстедержателя и обеспечения его вращения.
• модернизация челюстей: в челюсть 216 устанавливается ролик большего диаметра и устанавливается дополнительный сухарь.
Предполагаемый экономический эффект:
• снижение затрат на комплектовку ключа вследствие отпадения необходимости закупок комплектов челюстей и упоров разных типоразмеров (общее число - 18).
• Снижение логистической нагрузки на склады ТМЦ и службу снабжения вследствие отсутствия необходимости в хранении и консервации множества типоразмеров челюстей, его поиска и комплектовки, снижение нагрузки на транспорт благодаря уменьшению общей массы комплекта.
• Уменьшение времени простоя скважины вследствие перенастройки ключа на другой типоразмер, или, при поломке или потере челюсти падение производительности из-за необходимости использовать машинные ключи.
3.1. Использование.

Трубозажимное устройство (ДП-130602.65-0702253 02.000 СБ) содержит механизм захвата, состоящий из суставчатого челюстедержателя 1, пары челюстей 3, снабженных тремя сухарями каждая, и установленных в карманы челюстедержателя. Челюсти имеют возможность поворачиваться и перемещаться в радиальном направлении. В специальные пазы корпуса челюстедежателя установлены 2 пары вкладышей 10 со спиральными поверхностями, которые взаимодействуют с роликами челюстей. Челюстедержатель имеет проточку, в которую вставляется пружина 25, удерживающая челюстедержатель в разомкнутом состоянии, и челюсти при смыкании.
Челюстедержатель 1 состоит из центральной части 22 с парой ушей с каждой стороны и выступом на реборде, предназначенном для фиксации челюстедержателя в горизонтальной плоскости и двух рычагов 21, 22 с карманами для челюстей 3. Центральная часть и рычаги соединяются пальцами 23, которые вкручиваются в нижние уши центральной части, имеющие резьбы.
Челюсть (ДП-130602.65-0702253 03.000 СБ) состоит из литого корпуса 1 в виде полумесяца, на вогнутой стороне которой расположены три паза для сухарей 2, каждый из которых фиксируется парой пальцев 5 и гаек 7. На вогнутой стороне по центру корпуса сделана полукруглая проточка, в которую вставляется анкер 4. Анкер изготавливается из высоколегированной износостойкой стали Гарфилда, его внешняя часть полируется, благодаря этому анкер играет роль ролика. в центре анкера делается отверстие для уменьшения его массы. Анкер закрепляется в корпусе 1 двумя планками 3, привинчивающимися к корпусу 1. Диаметр окружности, описываемой по вогнутой стороне корпуса равен 216 мм.
Принцип действия: при вращении разрезной шестерни 18 (ДП-130602.65-0702253 01.000 ВО), движение передается посредством языка 7 (ДП-130602.65-0702253 02.000 СБ) на верхний челюстедержатель 2. При движении челюстедержателя 2 анкеры 4 (ДП-130602.65-0702253 03.000 СБ) челюстей 3 (ДП-130602.65-0702253 02.000 СБ) движутся по спиральным поверхностям вкладышей 10, и при увеличении угла поворота происходит смыкание боковых рычагов 20, 21 челюстедержателя 2 до тех пор, пока челюсти 3 не захватят трубу. После захвата при дальнейшем вращении челюсти 3 смыкаются на замке колонны труб, анкеры 4 (ДП-130602.65-0702253 03.000 СБ) упираются в поверхность вкладышей 10 (ДП-130602.65-0702253 02.000 СБ) и крутящий момент передается на трубу. Благодаря вращению челюстей 3 в карманах, происходит оптимальный захват труб различного диаметра. После завершения цикла свинчивания/развинчивания, при установке челюстедержателя в нейтральное положение, рычаги 20, 21 возвращаются в исходное положение под воздействием пружины 25.

Использование: свинчивание и развинчивание бурильных и обсадных труб. Сущность: трубозажимное устройство содержит механизм захвата, состоящий из суставчатого челюстедержателя, пары челюстей, снабженных тремя челюстями каждая, и установленных в карманы рычагов челюстедержателя. Челюсти имеют возможность поворачиваться и перемещаться в радиальном направлении. В специальные пазы корпуса челюстедежателя установлены 2 пары вкладышей со спиральными поверхностями, которые взаимодействуют с роликами челюсти. Челюстедержатель имеет проточку, в которую вставляется пружина, удерживающая челюстедержатель в разомкнутом состоянии, и челюсти при смыкании. Снизу челюсти удерживаются болтами.
Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано в конструкциях стационарных буровых ключей, применяющихся для свинчивания и развинчивания буровых и обсадных труб.
Известен автоматический стационарный буровой ключ, включающий два расположенных в одном блоке трубозажимных устройств, редуктор, двигатель и маховик на ведущем валу редуктора (авт. св. 203590, МКИ Е 21 В 19/16, 1967 год). Ключ содержит корпус, смонтированные в нем верхнее и нижнее трубозажимные устройства, редуктор, приводной двигатель и моментомер. Ключ снабжен смонтированной в отдельном корпусе коробкой передач, которая размещена над редуктором, соосно со входным валом редуктора. Над коробкой передач размещен планетарный редуктор соосно с тихоходным валом коробки передач. Захват трубы осуществляется поворотом челюстедержателя с закрепленными в нем челюстями. Недостатком указанного ключа является необходимость смены челюстей и упоров при переходе на другой диаметр труб.
Целью изобретения является повышение производительности за счет расширения диапазона захвата труб без перенастройки ключа.
Для решения поставленной предлагается:
• модернизация челюстедержателя: челюстедержатель изготавливается суставчатым. Пара рычагов значительно расширяет диапазон захвата, служит для сжатия/разжатия клешни челюстедержателя при подводе ключа к трубе. Выступ на реборде предотвращает падение челюстедержателя при сжатии и вращении;
• модернизация трубозажимного устройства: углубление пазов для установки вкладышей под более острым углом, протачивается канавка для закрепления челюстедержателя и обеспечения его вращения.
• модернизация челюстей: в челюсть устанавливается ролик большего диаметра и вставляется дополнительный сухарь.
Трубозажимное устройство (Фиг. 1) содержит механизм захвата, состоящий из суставчатого челюстедержателя 1, пары челюстей 3, снабженных тремя сухарями каждая, и установленных в карманы челюстедержателя. Челюсти имеют возможность поворачиваться и перемещаться в радиальном направлении. В специальные пазы корпуса челюстедежателя установлены 2 пары вкладышей 10 со спиральными поверхностями, которые взаимодействуют с роликами челюстей. Челюстедержатель имеет проточку, в которую вставляется пружина 25, удерживающая челюстедержатель в разомкнутом состоянии, и челюсти при смыкании.
Челюстедержатель 1 состоит из центральной части 22 с парой ушей с каждой стороны и выступом на реборде, предназначенном для фиксации челюстедержателя в горизонтальной плоскости и двух рычагов 21, 22 с карманами для челюстей 3. Центральная часть и рычаги соединяются пальцами 23, которые вкручиваются в нижние уши центральной части, имеющие резьбы.
Челюсть (Фиг. 2) состоит из литого корпуса 1 в виде полумесяца, на вогнутой стороне которой расположены три паза для сухарей 2, каждый из которых фиксируется парой пальцев 5 и гаек 7. На вогнутой стороне по центру корпуса сделана полукруглая проточка, в которую вставляется анкер 4. Анкер изготавливается из высоколегированной износостойкой стали Гарфилда, его внешняя часть полируется, благодаря этому анкер играет роль ролика. в центре анкера делается отверстие для уменьшения его массы. Анкер закрепляется в корпусе 1 двумя планками 3, привинчивающимися к корпусу 1. Диаметр окружности, описываемой по вогнутой стороне корпуса равен 216 мм.
Принцип действия: при вращении разрезной шестерни 18 (Фиг. 3), движение передается посредством языка 7 (Фиг. 2) на верхний челюстедержатель 2. При движении челюстедержателя 2 анкеры 4 (Фиг. 2) челюстей 3 (Фиг. 1) движутся по спиральным поверхностям вкладышей 10, и при увеличении угла поворота происходит смыкание боковых рычагов 20, 21 челюстедержателя 2 до тех пор, пока челюсти 3 не захватят трубу. После захвата при дальнейшем вращении челюсти 3 смыкаются на замке колонны труб, анкеры 4 (Фиг. 2) упираются в поверхность вкладышей 10 (Фиг. 1) и крутящий момент передается на трубу. Благодаря вращению челюстей 3 в карманах, происходит оптимальный захват труб различного диаметра. После завершения цикла свинчивания/развинчивания, при установке челюстедержателя в нейтральное положение, рычаги 20, 21 возвращаются в исходное положение под воздействием пружины 25.
Формула изобретения.
Трубозажимное устройство с механизмом захвата труб в виде челюстедержателя с закрепленными в карманах челюстями, упорами и вкладышами в пазах корпуса трубозажимного устройства, отличающееся тем, что челюстедержатель выполнен двухрычажным и разъемным, для зажатия необходимого диаметра; корпус челюсти расширен для установки дополнительного сухаря, ролик заменен анкером с увеличенной задней частью, повышающей диапазон зажатия; в корпусе трубозажимного устройства углублены пазы вкладышей и уменьшен угол их взаимного расположения для вмещения анкера в корпус, сделана проточка, в которую вставляется выступ неподвижной части челюстедержателя. При вращении челюстедержателя происходит автоматическое сжатие челюстей до требуемого диаметра.