трубный ключ для лифтовых труб большого диаметра

Формула изобретения

Трубный ключ для лифтовых труб большого диаметра, содержащий стационарную и сменную челюсти, образующие между собой зев ключа в виде полости, рукоятку, сухари и втулку, на внутренней поверхности которой выполнена резьба, стационарная челюсть совмещена с рукояткой, а сменная челюсть выполнена с возможностью осевого перемещения своей концевой частью по рукоятке, на внутренней стороне сменной челюсти, обращенной к зеву ключа, выполнена зубчатая поверхность, зубья которой обращены внутрь зева ключа, а на ее концевом участке выполнена резьба, обратная резьбе втулки, внутренняя поверхность сменной челюсти размещена перпендикулярно оси рукоятки, а внутренняя поверхность стационарной челюсти, обращенная к зеву ключа, размещена под углом к перпендикуляру к оси рукоятки, на наружной стороне сухаря, расположенного на внутренней поверхности стационарной челюсти, выполнена зубчатая поверхность, зубья которой обращены в противоположную от зева ключа сторону, верхняя часть стационарной челюсти выполнена со сквозным отверстием, в котором расположена концевая часть сменной челюсти, при этом нижняя поверхность сквозного отверстия стационарной челюсти выполнена под углом к оси рукоятки, равным углу отклонения сменной челюсти, в верхней части стационарной челюсти, прилегающей к рукоятке, выполнена расположенная вдоль оси ключа выемка, в которой размещена концевая часть сменной челюсти, между верхней частью стационарной челюсти, в которой выполнено сквозное отверстие, и продольной выемкой выполнен выем, в котором расположена втулка, отличающийся тем, что внутренняя поверхность стационарной челюсти, обращенная к зеву ключа, расположена под углом к перпендикуляру к оси рукоятки, равным 2-4°, сухарь, расположенный на внутренней поверхности стационарной челюсти, выполнен сменным и закреплен на челюсти винтами, зубья упомянутого сменного сухаря стационарной челюсти и зубья сменной челюсти выполнены в форме разностороннего треугольника с углами сторон соответственно 30 и 60°, при этом наклон зубьев сменного сухаря направлен в сторону зева ключа, наклон зубьев сменной челюсти направлен в противоположную от зева ключа сторону, а на наружной поверхности втулки выполнена насечка.

Описание изобретения к патенту

Заявляемое изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к трубным ключам для завинчивания и развинчивания лифтовых труб большого диаметра (в дальнейшем труб) ручным методом в процессе капитального ремонта скважин (КРС).

Трубные ключи представляют собой устройства для завинчивания и развинчивания труб в процессе их спуска в скважину и подъема из нее.

Трубные ключи подразделяются на механические и ручные. Ручные трубные ключи в основном имеют конструкцию, состоящую из двух челюстей, шарнирно закрепленных между собой и образующих полость, называемую зевом ключа, и двух рукояток. При этом они рассчитаны на один типоразмер труб, причем небольшого размера.

В процессе КРС зачастую приходится осуществлять подъем из скважины труб одного типоразмера, а спускать трубы другого типоразмера или даже нескольких типоразмеров (при комбинированных колоннах труб), что влечет за собой необходимость в завинчивании и развинчивании различных типоразмеров труб, зачастую большого диаметра. Имеющиеся на вооружении бригад КРС трубные ключи не позволяют проводить завинивание и развинчивание таких труб. Трубы большого диаметра просто не могут поместиться в зевах трубных ключей, имеющихся на вооружении бригад КРС.

Исходя их этих условий для КРС, наряду с существующими трубными ключами, необходимы специальные трубные ключи, обеспечивающие завинчивание и развинчивание труб большого диаметра с возможностью регулирования размера зева ключа под любой диаметр труб.

Известен трубный ключ, содержащий челюсти, образующие между собой полость, называемую зевом ключа, рукоятку и сухари [Молчанов Г.В. и др. Машины и оборудование для добычи нефти и газа. Учеб. для вузов. - М.: Недра, 1984. - С.323-327].

Недостатком этого трубного ключа является невозможность завинчивания и развинчивания труб большого диаметра, тем более разного типоразмера.

Известен трубный ключ, содержащий челюсти, образующие между собой полость, называемую зевом ключа, рукоятку и сухари [Справочная книга по текущему и капитальному ремонту нефтяных и газовых скважин / А.Д.Амиров и др. - М.: Недра, 1979. - С.89-92].

Недостатком этого трубного ключа является невозможность завинчивания и развинчивания труб большого диаметра, тем более разного типоразмера.

Задача, стоящая при создании трубного ключа для лифтовых труб большого диаметра, состоит в сокращении времени на завинчивание и развинчивание труб большого диаметра и разного типоразмера в процессе КРС.

Достигаемый технический результат, который получается в результате создания изобретения, состоит в расширении функциональной возможности трубного ключа - осуществление завинчивания и развинчивания труб большого диаметра и разных типоразмеров, сокращении продолжительности спускоподъемных операций, повышении удобства работы с ключом.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в известном трубном ключе для лифтовых труб большого диаметра, содержащем челюсти, образующие между собой полость - зев ключа, рукоятку и сухари, в отличие от прототипа трубный ключ дополнительно снабжен втулкой, на внутренней поверхности которой выполнена резьба. Одна из челюстей - стационарная - совмещена с рукояткой, а другая челюсть - сменная - выполнена с возможностью замены и осевого перемещения своей концевой частью по рукоятке. На внутренней стороне сменной челюсти, обращенной к зеву ключа, выполнена зубчатая поверхность с зубьями, обращенными вовнутрь зева ключа, а на ее концевом участке выполнена резьба, обратная резьбе втулки. Внутренняя поверхность сменной челюсти размещена перпендикулярно оси рукоятки, а внутренняя поверхность стационарной челюсти, обращенной к зеву ключа, размещена под углом отклонения от перпендикуляра к оси рукоятки. Сухарь, расположенный на внутренней поверхности стационарной челюсти, обращенной к зеву ключа, выполнен с возможностью замены, на наружной стороне которого выполнена зубчатая поверхность с зубьями, обращенными в противоположную от зева ключа сторону. Верхняя часть стационарной челюсти выполнена со сквозным отверстием, в котором расположена концевая часть сменной челюсти, нижняя поверхность сквозного отверстия стационарной челюсти выполнена под углом к оси рукоятки, равным углу отклонения сменной челюсти. В верхней части стационарной челюсти, прилегающей к рукоятке, выполнена продольная вдоль оси ключа выемка, в которой расположена концевая часть сменной челюсти. Между верхней частью стационарной челюсти, в которой выполнено сквозное отверстие, и продольной выемкой выполнен выем, в котором расположена втулка. Рукоятка выполнена в виде двутавра, на противоположной от стационарной челюсти стороне рукоятки выполнено сквозное отверстие.

На фиг.1 показан трубный ключ для лифтовых труб большого диаметра (вид сбоку); на фиг.2 - то же (вид сверху); на фиг.3 - то же (разрез по плоскости сечения А-А), на фиг.4 - сухарь в разрезе.

Трубный ключ для лифтовых труб большого диаметра состоит из сменной челюсти 1, стационарной челюсти 2, совмещенной с рукояткой 3, и втулки 4.

Сменная 1 и стационарная 2 челюсти образуют между собой полость «Б», называемую зевом ключа.

Сменная челюсть 1 выполнена с возможностью осевого перемещения своей концевой частью 5 по рукоятке 3. На внутренней стороне сменной челюсти 1, обращенной к зеву ключа «Б», выполнена зубчатая поверхность с зубьями 6, обращенными вовнутрь зева ключа «Б», а на ее концевом участке выполнена резьба, обратная резьбе втулки 4. Внутренняя поверхность сменной челюсти 1 размещена перпендикулярно оси рукоятки 3.

Стационарная челюсть 2 выполнена совмещенной с рукояткой 3. Ее внутренняя поверхность, обращенная к зеву ключа «Б», размещена под углом отклонения от перпендикуляра к оси рукоятки 3, равным 2-4 градуса. На ее внутренней поверхности, обращенной к зеву ключа «Б», размещается сменный сухарь 7. Сменный сухарь 7 вставляется в прорезь (не показано) стационарной челюсти 2 и крепится к ней винтами 8. На наружной стороне сухаря 7 выполнена зубчатая поверхность с зубьями 9, обращенными в противоположную от зева ключа «Б» сторону. Верхняя часть стационарной челюсти 2 выполнена со сквозным отверстием «В», в котором размещается концевая часть 5 сменной челюсти 1. Нижняя поверхность сквозного отверстия «В» выполнена под углом к оси рукоятки 3, равным углу отклонения сменной челюсти, например 2-4 градуса. В верхней части стационарной челюсти 2, прилегающей к рукоятке 3, выполнена продольная вдоль оси ключа выемка 13, в которой размещается концевая часть 5 сменной челюсти 1. Края продольной выемки центрируют концевую часть 5 сменной челюсти 1 относительно оси рукоятки 3, не позволяя ей соскользнуть с верхней части рукоятки 3 при ее перемещении. Между верхней частью стационарной челюсти 2, в которой выполнено сквозное отверстие «В», и продольной выемкой выполнен выем (не показан), в котором размещается втулка 4, во внутреннюю полость которой вворачивается концевая часть 5 сменной челюсти 1.

Втулка 4 выполнена в виде полого цилиндра, на наружной поверхности которой выполнена насечка. На ее внутренней поверхности выполнена резьба, ответная резьбе, выполненной на концевой части 5 сменной челюсти 1. Втулка 4 выполнена с возможностью осевого перемещения по резьбе вдоль оси концевой части 5 сменной челюсти 1.

Рукоятка 3 выполнена в виде сужающего к концевой части двутавра с углублением боковых поверхностей на 25% от толщины рукоятки 3 на сторону. На противоположной от стационарной челюсти 2 стороне рукоятки 3 выполнено сквозное отверстие 10, например, диаметром 20-40 мм.

Зубья 6 и 9 выполнены в форме разностороннего треугольника с углами сторон соответственно 30 и 60 градусов.

Трубный ключ для лифтовых труб большого диаметра работает следующим образом. Трубный ключ с разомкнутыми челюстями 1 и 2 заводят своим зевом «Б» на трубу 11 до контакта зубчатой поверхности сменного сухаря 7 стационарной челюсти 2 с трубой 11. При помощи втулки 4, которая при вращении вокруг оси перемещается по резьбе концевой части 5 сменной челюсти, и вследствие размещения в выеме верхней части стационарной челюсти 2, перемещает сменную челюсть 1 до контакта ее зубчатой поверхности с трубой 11. Затем поворотом рукоятки 3 вокруг трубы 11 осуществляют зацепление ключа на трубе 11.

Углы смещения зубчатой поверхности стационарной челюсти 2 и нижней поверхности сквозного отверстия «В», выполненные равными, позволяют надежно и в то же время без смятия и повреждения наружной поверхности трубы 11 провести ее завинчивание или развинчивание с другой трубой.

Направленные при этом зубья 6 и 9 зубчатых поверхностей сменной 1 и стационарной 2 челюстей в противоположные стороны: первая внутрь зева ключа «Б», вторая - наружу, обеспечивают надежное зацепление трубы 11 и препятствуют ее проскальзыванию между челюстями 1 и 2.

Продольная выемка 13, выполненная в верхней части стационарной челюсти 2, за счет своих боковых высоких краев центрирует концевую часть 5 сменной челюсти 1 относительно оси рукоятки 3 и не позволяет ей соскользнуть с верхней части стационарной челюсти 2 при ее перемещении.

Наличие на концевой части 5 сменной челюсти 1 резьбы достаточной длины позволяет сменной челюсти 1 перемещаться вдоль оси рукоятки 3 трубного ключа на любое необходимое расстояние и зацеплять трубы различного диаметра, например, диаметрами D₁ и D₂.

После завершения процесса завинчивания или развинчивания труб 11 между собой проводят снятие ключа с трубы 11. Для чего вращением втулки 4 перемещают ее вдоль оси концевой части 5 сменной челюсти 1 в обратном направлении, перемещая тем самым сменную челюсть 1 от зева «Б» и освобождая трубу 11 из зацепления.

В качестве примера конкретного выполнения заявляемого изобретения рассмотрим трубные ключи для лифтовых труб большого диаметра, технические характеристики которых приведены в таблице.

Таблица
Наименование параметров	Типоразмер труб
1. Условный диаметр завинчиваемых (развинчиваемых) труб, мм	48; 60, 73, 89	102, 114, 127, 140, 146, 168, 178, 194
2. Максимальный крутящий момент, кН	2,8	4,0
3. Максимальное усилие на конце рукоятки, кН	4,0	4,0
4. Габаритные размеры, мм
длина	760	1070
ширина	168	190
высота	60	75
5. Масса, кг	12,0	30,0

По сравнению с применяемыми в настоящее время в процессе КРС трубными ключами-аналогами типа КТД, КТНД и КТГУ длина рукоятки заявляемого ключа больше, что обеспечивает создание большего крутящего момента, обеспечивая более легкое завинчивание и развинчивание труб, а толщина и ширина - меньше, что способствует более удобной работе с ключом. Выполнение рукоятки в виде сужающего к концевой части двутавра, не снижая прочность ключа обеспечивает снижение его массы, а значит и удобство в работе. Отверстие, выполненное на конце рукоятки, позволяет подвешивать заявляемый ключ возле рабочего места помощника бурильщика, а не бросать его на пол устьевой площадки, что обеспечивает также удобство в работе и не приводит к его загрязнению, а значит к возможным его отказам. Насечка, выполненная на наружной поверхности втулки, облегчает ее перемещение вдоль оси рукоятки ключа, так как пальцы рабочего, работающего с ключом, не скользят по ее поверхности.

Заявляемый трубный ключ для лифтовых труб большого диаметра обладает менее сложной конструкцией, нежели ключи-аналоги. Он обеспечивает возможность работы с несколькими типоразмерами труб, что способствует сокращению комплектности бригад КРС ключами. Позволяет сократить продолжительность спускоподъемных операций, особенно при спуске комбинированных лифтовых колонн в скважину.