Трудоемкость спуско-подъемных операций.

Основное внимание исследователей, конструкторов, производственников в течении длительного времени было сосредоточено на совершенствовании подъемника, его привода, трансмиссии, лебедки талевой системы, вышки. В результате подъемники превратились в мощные и сложные агрегаты. Совершенствованию других операций уделялось мало внимания. В результате возникло положение, при котором темп спуско-подъемных операций перестал увеличиваться, а трудоемкость не снизилась. Отсюда был сделан вывод, что главные резервы сокращения затрат времени и труда на СПО заложен в остальных операциях, на время выполнения которых качество подъемника почти не влияет.

Исследования показали необходимость уделить внимание совершенствованию оборудования и инструментов для выполнения остальных операций и комплексному подходу к совершенствованию техники СПО.

5. Инструмент для спуско-подъемных операций.

При существующем уровне механизации и используемых технологиях СПО, они выполняются при всех видах подземного ремонта и освоения скважин с использованием ручного инструмента. К этому инструменту относятся: трубные элеваторы и штропы, трубные ключи, штанговые элеваторы и штанговые ключи.

1) Элеваторы и штропы.

Элеваторы трубные предназначены для удержания на весу колонны труб при её подъеме или спуске, а так же для удержания отдельных труб или свеч. Элеватор – грузоподъемное устройство воспринимающее вес колонны труб и дополнительные нагрузки. Суммарная предельно допустимая нагрузка на элеватор называется его грузоподъемностью. Штропы, на которые подвешивается элеватор на талевый крюк служат промежуточным звеном между ним и талевым крюком. Штропы также относятся к грузоподъемным устройствам, а их грузоподъемность определяется аналогично грузоподъемности элеватора. Операции по зпрядке и снятию элеватора с трубы выполняются вручную. Следовательно, с точки зрения возможного сокращения времени выполнения операций массы элеваторов и штропов имеют решающее значение. Однако элеваторы и штропы используемые при подземном ремонте должны обеспечивать грузоподъемности до 100¸120 т. при этом массы их значительны и они конструктивно сложны с точки зрения безопасности. Таким образом налицо противоречие с одной стороны надежность и безопасность, с другой ускорение оперирования. Задача состоит в их оптимальной конструкции.

Элеватор работает вне помещения при температурах окружающей среды и находится в контакте с трубами покрытыми парафином, нефтью, водой поэтому конструкция и изготовление элеватора должны обеспечивать его надежность в эксплуатационных условиях.

Выпускаются четыре типа элеваторов:

· по болочной схеме – для труб с муфтами, для безмуфтовых труб с наружной высадкой, для безмуфтовых труб гладких;

· по втулочной схеме, удерживающим трубу путем опоры торца муфты трубы на опорный бурт внутри элеватора. Используется для муфтовых труб.

Схемы трубных элеваторов:

а —балочный для труб с муфтами; б —балочный для безмуфтовых труб с наружной высадкой; в — балочный для безмуфтовых труб гладких; г — втулочный

Штропы для трубных элеваторов изготавливают трёх типов: два в виде петель – для балочных элеваторов, в виде серьги - для втулочных элеваторов.

а

Масса элеватора примерно пропорциональна его грузоподъемности и зависит от диаметра труб для которых он предназначен. Грузоподъемности же элеваторов зависят от глубин скважин. Существуют стандарты на ряд грузоподъемностей элеваторов. Стандартами регламентируются так же размеры и типы элеваторов.

Трубные элеваторы изготавливают из стальных кованных, штампованных или литых заготовок из сталей легированных хромом, молибденом, никелем. Штропы изготавливаются из сплошной цельнокатаной бандажной заготовки с последующей многократно повторяющейся проковкой её вплоть до получения окончательной формы.

Наиболее совершенной конструкцией штропов является двухпетельная. Этот штроп удобен в работе однако его изготовление усложнено. Изготавливается он путем сочетания литья и проковки. Это обеспечивает высокое качество и необходимую прочность.

Недостатками балочных элеваторов является их большой вес и металлоемкость до 100 кг. Большие шасси трубных элеваторов обусловлены схемой, представляющей собой балку на двух опорах (штропы), нагруженную весом колонн труб посредине. В результате корпус балочного элеватора работает на изгиб. При этом напряжение изгиба тем меньше, чем меньше изгибающий момент, который зависит от расстояния между опорами. Отсюда вывод, что для облегчения элеватора его конструкция должна позволять предельно близко размещать штропы. В лучших конструкциях элеваторов это предусмотрено и резервы облегчения за счет уменьшения плеча исчерпаны. Были попытки использования в качестве материалов для изготовления элеваторов высокопрочного алюминиевого сплава, но это не привело к его облегчению. Облегчение элеватора достигнуто за счет разработки новой конструкции – втулочного элеватора, корпус которого вытянут в направлении нагрузки, и работает в основном на растяжение.

Принципиально новое решение конструкции элеватора обеспечило качественно новые показатели – масса его примерно в 4 раза меньше массы балочного элеватора одинаковой грузоподъемности.

Принцип устройства втулочного элеватора позволил упростить изготовление штропа, придав ему форму серьги и многократно уменьшить его массу. Это облегчило и улучшило технологию изготовления, сократило отход металла при обработке! Малая масса элеватора позволяет изготовлять его из сталей высокопрочных марок.

Втулочные и балочные элеваторы стандартизированы и должны подвергаться контролю состояния, при этом особое внимание должно уделяться состоянию запорной системф, шарниров и пружин.

2) Спайдеры.

Спайдером называется устройство для удержания на весу колонн спущенных в скважину труб путем захвата их за гладкую часть трубы. Спайдер позволяет спускать и поднимать колонны безмуфтовых труб. Эффект захвата и удержания трубы в клиньях спайдера объясняется свойствами клиньевого соединения.

Схема клиньевого спайдера

Для функционирования спайдера необходимо выполнение нескольких условий, главное из которых – надежный захват трубы клиньями без проскальзывания и исключение при этом повреждения её. Спайдер работает в тяжелых условиях – трубы покрыты нефтью, слоем коррозии, эмульсиями.

Для функционирования спайдера необходимо выполнение нескольких условий, главное из которых – надежный захват трубы клиньями без проскальзывания и исключение при этом повреждения её. Спайдер работает в тяжелых условиях – трубы покрыты нефтью, слоем коррозии, эмульсиями.

Надежный захват трубы происходит при оптимальном соотношении трех главных величин: угла наклона клина, коэффициента его сцепления с трубой и коэффициента трения тыльной поверхности клина и внутренней поверхности спайдера. Поэтому для увеличения удерживающей способности и уменьшения обжимающих трубу усилий внутренняя поверхность клиньев должна иметь насечку, тыльная поверхность клина и контактирующая с ней поверхность корпуса спайдера должна быть гладкой. Наибольшее применение получили: насечка представляющая собой резьбу с шагом h=7¸8 мм. и уклоном резьбы b=80⁰; насечка представляющая собой выступы, каждый из которых имеет усеченную форму с поверхностью усечения 3´3 мм.

Было определено, конусность спайдеров при высокой чистоте поверхностей контакта клина с корпусом должна быть равной 9⁰30’. Клинья спайдеров многозвенные – три, четыре. При малом числе клиньев вероятно смятие трубы, при большом числе захват трубы клиньями далек от идеального, т.к. диаметр трубы меняется по длине из-за износа. Спайдер состоит из кольцевого разъемного корпуса, внутри которого находятся шарнирно связанные клинья. Клинья предназначены для одного размера труб. Наименее износостойка насечка клиньев. Поэтому клинья изготавливаются сборными из корпусов, в которые вставляются сменные плашки с насечкой. Корпус спайдера и клиньев изготавливается из углеродистой стали и подвергается термообработке. Спайдеры стандартизированы.

3) Ключи.

Трубные ключи предназначены для свинчивания и развинчивания труб при спуско-подъемных операциях. Главные требования к ключам – надежный захват и полное исключение повреждения трубы.

Ключ трубный для бурильных труб

Принцип действия трубных ключей заключается в использовании эффекта «самозатяжки», т.е в нарастании обжимающего трубу усилия по мере увеличения вращающего момента. Поскольку вероятность смятия трубы возрастает с увеличением обжимающих её усилий, конструкция ключа должна обеспечивать передачу вращающего момента при возможно меньшем обжимающем усилии. Очевидно оно будет тем меньше, чем больше коэффициент трения на контакте между телом трубы или муфты и ключа. Поэтому из-за наличия жидкости, парафина, смол на поверхности трубы конструкция ключа должна выполнятся таким образом, чтобы эта смазка выдавливалась с контактной поверхности. Поскольку поверхность трубы никогда не бывает строго цилиндрической и постоянного размера, кинематика ключа должна обеспечивать его контакт с реальной поверхностью трубы на возможно большей её площади, в противном случае ключ будет деформировать трубу. В начальный момент свинчивания или развинчивания трубы, обжимающее усилие минимально, поэтому ключ оснащается острым элементом – сухарем. Затем по мере нарастания усилия возникает контакт поверхности ключа и трубы, которая начинает поворачиваться за счет сил трения. Это приводит к значительным нагрузкам на сухарь и большим распорным усилиям в деталях ключа. Поэтому необходимо повышать износостойкость сухарей и обеспечить прочность элементов ключа.

Для НКТ используются ключи с моментами не превышающими s=7 кНм, для бурильных труб - 60¸180 кНм, масса ключей 80¸320 кг. Во время работы ключи подвешивают, а усилие для свинчивания или отвинчивания предается канатом от лебедки на конец рукоятки ключа. Из-за больших распорных усилий, возникающих в деталях ключа, они изготавливаются сложной формы с равнопрочными сечениями путем штамповки или литья.