ТРУБНЫЙ КЛЮЧ ДЛЯ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ И БУРИЛЬНЫХ ТРУБ
TUBE WRENCH FOR OIL-WELL AND DRILL PIPES

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к трубным ключам для завинчивания и развинчивания насосно-компрессорных и бурильных труб (в дальнейшем труб) ручным методом в процессе текущего и капитального ремонта скважин (ТиКРС).
Трубные ключи представляют собой устройства для завинчивания или развинчивания труб в процессе их спуска в скважину и подъема из нее.
Трубные ключи, применяемые при ТиКРС, подразделяются на механические и ручные. Ручные трубные ключи в основном имеют конструкцию, состоящую из двух челюстей, шарнирно закрепленных между собой и образующих между собой полость, называемую зевом ключа, и двух рукояток. При этом они рассчитаны на завинчивание или развинчивание одного типоразмера труб, причем небольшого диаметра.
В процессе ТиКРС зачастую приходится осуществлять завинчивание и развинчивание труб большого диаметра, причем иной раз разных типоразмеров, не позволяющего использовать имеющиеся на вооружении бригад ТиКРС из-за их небольших диаметральных размеров зевов: трубы большого диаметра просто не могут поместиться в таком зеве из-за своих размеров, которые превышают размеры зева ключей.
Исходя их этих условий, для ТиКРС, наряду с существующими трубными ключами, необходимы специальные трубные ключи, обеспечивающие завинчивание и развинчивание труб большого диаметра с возможностью регулирования размера зева под любой диаметр труб.
2
Известен трубный ключ, включающий рукоятку с поджимающим выступом, скрепленное с ней посредством шарнира соединительное звено, подпружиненную фасонную челюсть, шарнирно закрепленную на соединительном звене, при этом соединительное звено снабжено второй симметрично расположенной подпружиненной фасонной челюстью [SU 690162 А, кл. Е21В 19/16. опубл. 05.10.79].
Известен трубный ключ для насосно-компрессорных и бурильных труб, содержащий челюсти, образующие между собой полость, называемой 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].
Известен трубный ключ для насосно-компрессорных и бурильных труб, содержащий челюсти, образующие между собой полость, называемой 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 известных трубных ключей является невозможность завинчивания и развинчивания труб разного типоразмера, а также невозможность проведения работ с трубами большого диаметра.
Известен трубный ключ для насосно-компрессорных и бурильных труб, содержащий челюсти, образующие между собой полость - зев ключа, рукоятку и сухари, фиксирующую гайку, выполненную с возможностью осевого перемещения вдоль рукоятки, одна из указанных челюстей - стационарная выполнена совмещенной с рукояткой, а другая - сменная выполнена с возможностью осевого перемещения вдоль рукоятки, при этом челюсти выполнены со скошенными относительно продольной оси рукоятки ключа внутренними поверхностями и асимметричны друг другу, на наружной поверхности сухаря, расположенного на внутренней стороне сменной челюсти, обращенной к зеву ключа, выполнена зубчатая поверхность, аналогичная зубчатая поверхность выполнена на внутренней стороне, обращенной к зеву ключа, стационарной челюсти, рукоятка, поперечное сечение которой выполнено в виде двутавра, выполнена с волнообразным выступом на ее верхней стороне /SI 21131A, В25В 13/50, опубл. 31.08.2003/.
Недостатком известного ключа является недостаточно надежное зацепление трубы.
Задача, стоящая при создании трубного ключа для насосно-компрессорных и бурильных труб, состоит в сокращение времени на завинчивание и развинчивание труб разного типоразмера в процессе ТиКРС.
Достигаемый технический результат, который получается в результате создания изобретения, состоит в обеспечении надежного зацепления трубы, а также упрощении конструкции, повышении удобства при эксплуатации, снижении времени на спуско-подъемные операции.
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в известном трубном ключе для насосно-компрессорных и бурильных труб, содержащем челюсти, образующие между собой полость - зев ключа, рукоятку и сухари, фиксирующую гайку, выполненную с возможностью осевого перемещения вдоль рукоятки, одна из указанных челюстей - стационарная выполнена совмещенной с рукояткой, а другая - сменная выполнена с возможностью осевого перемещения вдоль рукоятки, при этом челюсти выполнены со скошенными относительно продольной оси рукоятки ключа внутренними поверхностями и асимметричны друг другу, на наружной поверхности сухаря, расположенного на внутренней стороне сменной челюсти, обращенной к зеву ключа, выполнена зубчатая поверхность, аналогичная зубчатая поверхность выполнена на внутренней стороне, обращенной к зеву ключа, стационарной челюсти, рукоятка, поперечное сечение которой выполнено в виде двутавра, выполнена с волнообразным выступом на ее верхней стороне, в отличие от прототипа сухарь, расположенный на внутренней стороне сменной челюсти, выполнен сменным и закреплен на указанной поверхности посредством винтов, а зубчатые поверхности выполнены с зубьями, где угол между сторонами соседних зубьев составляет 90°, а угол наклона поверхности зуба, направленной в сторону приложения усилия по завинчиванию либо развинчиванию насосно-компрессорных и бурильных труб равен 30°, рукоятка выполнена толщиной h с углублением боковых поверхностей на 0,25 h на сторону, на противоположной от стационарной челюсти стороне рукоятки выполнено сквозное отверстие.
На фиг.1 показан трубный ключ для насосно-компрессорных и бурильных труб (общий вид, вид сбоку); на фиг.2. - то же (вид сверху), на фиг.3 - разрез ключа по плоскости сечения А-А, на фиг.4 - сменный сухарь в разрезе, на фиг.5, 6 - направления завинчивания и отвинчивания.
Трубный ключ для насосно-компрессорных и бурильных труб состоит из рукоятки 1, выполненной со стационарной челюстью 2, сменной челюсти 3 и фиксирующей гайки 4, выполненной с возможностью осевого перемещения вдоль рукоятки 1. Между разомкнутыми челюстями 2 и 3 образуется полость, называемая зевом «Б», в котором размещается завинчиваемая или развинчиваемая труба 5. Одна сторона стационарной челюсти 2, обращенная к зеву «Б», выполнена относительно продольной оси рукоятки 1, например, под углом 91-92°, одна сторона сменной челюсти 3 выполнена относительно продольной оси рукоятки 1, например, под углом 85-86°. На сменной челюсти 3 расположен сменный сухарь 6. Сухарь 6 крепится к сменной челюсти 3 винтами 7, не выступающими за габариты сменного сухаря 6. На наружной стороне сменного сухаря 6, обращенной к зеву «Б» ключа, выполнена зубчатая поверхность. Такая же зубчатая поверхность выполнена на внутренней стороне, обращенной к зеву «Б» ключа, стационарной челюсти 2, при этом внутренняя поверхность стационарной челюсти 2 выполнена скошенной относительно продольной оси рукоятки 1, например, под углом 91-92 градуса. Зубчатые поверхности выполнены с зубьями 8, имеющими угол в 30 градусов, направленный в сторону приложения усилия по завинчиванию либо развинчиванию трубы 5, и угол в 90 градусов между сторонами соседних зубьев 8.
Фиксирующая гайка 4 выполнена в виде шестигранника со сторонами под гаечный ключ, входящий в комплект трубного ключа.
Рукоятка 1, поперечное сечение которой представляет собой двутавр, выполнена толщиной h с углублением боковых поверхностей, например на 0,25 h на сторону. На противоположной от стационарной челюсти стороне рукоятки выполнено сквозное отверстие 9, например, диаметром 10-20 мм, а на ее верхней стороне (относительно трубы) - волнообразные выступы (наплывы) 10, например, высотой 10 мм и расстоянием между ними 50 мм.
Трубный ключ для насосно-компрессорных и бурильных труб работает следующим образом.
Ключ с разомкнутыми челюстями 2 и 3 заводится на трубу 5 до контакта с зубчатой поверхностью стационарной челюсти 2. При помощи фиксирующей гайки 4, которая при вращении вокруг оси рукоятки 1 перемещается вдоль нее в направлении зева «Б», сменная челюсть 3 под воздействием перемещающейся фиксирующей гайки 4 перемещается в том же направлении, к зеву «Б», и соприкасается с трубой 5. Дальнейшим вращением фиксирующей гайки 4 зажимают трубу 5 между стационарной 2 и сменной 3 челюстями. Для большего зацепления зубчатых поверхностей сменной 3 и стационарной 2 челюстей с трубой 5 фиксирующая гайка 4 затягивается с помощью гаечного ключа (не показано). Фиксирующая гайка 4 не позволяет сменной челюсти 3 переместиться в обратном направлении и оторваться от тела трубы 5.
Поворотом рукоятки 1 вокруг трубы 5 осуществляют сворачивание двух труб 5 между собой. Направленные в сторону приложения усилия ключа к трубе 5 зубчатые поверхности сменной 3 и стационарной 2 челюстей обеспечивают надежное зацепление трубы 5 между ними, а профиль зубьев 8, имеющих больший уклон (угол) в сторону приложения усилия по завинчиванию либо развинчиванию трубы 5, препятствуют ее смятию и проскальзыванию между зубчатыми поверхностями. Наибольшее истирающее усилие, как показывает опыт эксплуатации, приходится на зубчатую поверхность сменной челюсти 3, что обуславливает необходимость эту зубчатую поверхность выполнить сменной, оптимальным вариантом сменности является выполнение ее на сменном сухаре 6, который легко заменить и который не требует больших затрат в изготовлении.
После завершения процесса завинчивания двух труб 5 между собой проводят снятие ключа с трубы 5. Для чего вращением фиксирующей гайки 4 перемещают ее вдоль оси рукоятки 1 в обратном направлении, от зева «Б». Сменная челюсть 3, освободившись от фиксации, может также переместиться в направлении от зева «Б», освобождая трубу 5 из зажима.
1
2
Наличие на рукоятке резьбы достаточной длины позволяет сменной челюсти 3 перемещаться вдоль оси рукоятки на любое расстояние и зацеплять трубы различного диаметра, например трубы диаметром D и D.
В качестве примера конкретного выполнения заявляемого устройства рассмотрим трубные ключи для насосно-компрессорных и бурильных труб различных типоразмеров.
По сравнению с применяемыми в настоящее время в процессе ТиКРС трубными ключами-аналогами типа КТД, КТНД и КТГУ длина рукоятки 1 заявляемого трубного ключа больше, что обеспечивает создание большего крутящего момента, обеспечивая более легкое завинчивание и развинчивание труб 5, а толщина и ширина - меньше, что способствует более удобной работе с ключом, волнообразные выемы (наплывы) 10 на рукоятке 1, не снижая прочность ключа, обеспечивают уменьшение его массы. Наличие отверстия 9 обеспечивает возможность подвешивания ключа на устье скважины возле рабочего места помощника бурильщика бригады ТиКРС, а не бросать его на пол устьевой площадки, тем самым обеспечивается удобство в работе обслуживающего персонала и предотвращается возможное загрязнение ключа, могущего привести к его отказу.
Заявляемый трубный ключ для насосно-компрессорных и бурильных труб обладает менее сложной конструкцией, нежели ключи-аналоги. Он обеспечивает возможность работы с несколькими типоразмерами труб, что способствует сокращению комплектности бригад ТиКРС ключами. Позволяет сократить продолжительность спуско-подъемных операций, особенно при спуске комбинированных колонн, состоящих из насосно-компрессорных труб разного диаметра, в скважину.