Расчетно-пояснительная записка-Модернизация трубозажимного устройства бурового ключа АКБ – 4-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин-Нефтегазовая промышленность

Расчетно-пояснительная записка-Модернизация трубозажимного устройства бурового ключа АКБ – 4-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин-Нефтегазовая промышленность
Универсальное трубозажимное устройство буровых ключей типа АКБ.
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.
3. Техническое предложение.
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.

В дипломном проекте была разработана модернизация трубозажимного устройства бурового ключа АКБ – 4 с целью уменьшения количества типоразмеров челюстей и упоров, увеличения диаметра захвата труб без перенастройки ключа и уменьшения простоя установки при утере или поломке челюстей.
Для достижения этой цели был проведен литературно – информационный обзор отечественных и зарубежных буровых ключей, проанализированы конструкции и технические характеристики, особый акцент сделан на ключевых параметрах: диаметру захвата и крутящему моменту. Также был проведен обзор патентной документации, рассмотрены предлагаемые конструкции трубозажимных устройств ключей различных типов. На основе данного анализа была предложена приведенная в проекте конструкция универсального трубозажимного устройства.
Модернизация проведена в три этапа: модернизация корпуса, разработка конструкции челюсти, модернизация челюстедержателя. Проведен расчет на прочность наиболее уязвимой детали модифицированного челюстедержателя – пальца. Вычислен график проходки скважины, количество циклов нагружения челюстей и их долговечность. На основе этих расчетов делается вывод о требуемом производстве челюстей.
Вычислены оптимальные параметры микроклимата (освещения и вентиляции) буровой площадки БУ-3200-ДГУ-М, сформулированы основные требования к охране труда и экологичности эксплуатации установки.
Проведен расчет себестоимости модернизации и обслуживания ключа, который включил в себя стоимость материала, зарплату рабочих, цеховые и коммерческие расходы. После сравнения стоимости эксплуатации модернизированного и исходного ключей можно сделать вывод об экономической эффективности модернизации.