Ключи для ручных и механизированных операций с нефтегазопромысловыми трубами и насосными штангами


Е. С. Юшин





КЛЮЧИ ДЛЯ РУЧНЫХ И МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ОПЕРАЦИЙ С НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВЫМИ ТРУБАМИ И НАСОСНЫМИ ШТАНГАМИ

Учебное пособие





















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 622.243
ББК 33.131
     Ю95

Рецензенты:
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры машин и оборудования нефтегазовых промыслов Уфимского государственного нефтяного технического университета А. А. Ишмурзин;
заведующий кафедрой нефтегазового оборудования и технологии машиностроения Альметьевского государственного нефтяного института кандидат технических наук, доцент Г. И. Бикбулатова



    Юшин, Е. С.

Ю95 Ключи для ручных и механизированных операций с нефтегазопромысловыми трубами и насосными штангами: учебное пособие / Е. С. Юшин. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 164 с. : ил., табл.
          ISBN978-5-9729-1057-1

     Представлены конструкции и технические характеристики современных ключей, применяемых для выполнения ручных и механизированных работ с нефтегазопромысловыми трубами и насосными штангами.
     Для студентов нефтегазовых направлений подготовки. Может быть полезно преподавателям, аспирантам учебных заведений нефтегазового профиля.

                                                         УДК 622.243 ББК33.131














ISBN 978-5-9729-1057-1

    © Юшин Е. С., 2022
    © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                           © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

    ОГЛАВЛЕНИЕ


АННОТАЦИЯ.............................................................5
ВВЕДЕНИЕ.............................................................6
1. КЛЮЧИ ДЛЯ ВЕДЕНИЯ РУЧНЫХ РАБОТ.....................................8
1.1 Классификация ключей для ручных операций.........................8
1.2 Шарнирные трубные ключи..........................................9
1.2.1 Ключи типа КТГУ................................................9
1.2.2 Ключи типа КТНД...............................................10
1.2.3 Ключи типа КОТ и КТ...........................................11
1.2.4 Ключи типа КТЛ и КТУ..........................................14
1.2.5 Ключи типа КТД, КТДУ и КТДР...................................15
1.2.6 Ключи типа КТМ................................................17
1.2.7 Ключи типа КСИ и КСМ..........................................18
1.2.8 Ключи типа КШС................................................19
1.2.9 Ключи типа RIDGID.............................................20
1.3 Цепные трубные ключи............................................22
1.3.1 КлючитипаКЦ...................................................22
1.3.2 Ключи типа КЦН и КЦО..........................................24
1.3.3 Ключи типа КТРЦ...............................................27
1.4 Штанговые ключи.................................................29
1.4.1 Ключи типа КШ, КШУ и КШШ......................................29
1.4.2 Ключ типа КШК.................................................32
Контрольные вопросы по разделу......................................34
2. КЛЮЧИ ДЛЯ ВЕДЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ РАБОТ.......................35
2.1 Классификация ключей для автоматизированных операций............35
2.2  Машинные ключи.................................................37
2.2.1 Ключи типа УМК................................................37
2.2.2 Ключи типа КМТ и КМТО.........................................39
2.2.3 Ключи типа КМБ и КМБО.........................................43
2.2.4 Ключи типа КТМП и КТР.........................................44
2.2.5 Ключи Varco типа НТ...........................................45
2.3 Трубные автоматические ключи....................................47
2.3.1 Ключи автоматические типа АКБ и КБС...........................47
2.3.2 Ключи типа АТТ................................................64
2.3.3 Ключи типа КБГ................................................78
2.3.4 Ключи типа ПБК................................................80
2.3.5 Ключи автоматические типа ГКШ.................................84
2.3.6 Ключи типа «Гранит»...........................................99
2.3.7 Ключи автоматические типа АПР................................112
2.3.8 Ключи автоматические типа КМУ................................117
2.3.9 Ключи типа КПТ...............................................120
2.3.10 Ключи типа КПР..............................................123
2.3.11 Ключи типа КТГ..............................................125
2.3.12 Ключи типа КПГР.............................................127
2.3.13 Ключи типа КМП-Г и КМС-Г....................................129

3

2.3.14 Ключи типа УГПТК............................................130
2.3.15 Ключи типа РТ...............................................132
2.3.16 Ключи Varco типа ST.........................................135
2.3.17 Ключи Oil country...........................................136
2.3.18 Ключи типа DQ, ТВ, TQ, XQ, ZQ, XYQ, ZTQ, ZQF................138
2.3.19 Ключи автоматические Eckel..................................141
2.3.20 Ключи Farr..................................................145
2.4  Штанговые автоматические ключи................................147
2.4.1 Ключи типа КШУ...............................................147
2.4.2 Ключи типа КПШ...............................................149
2.4.3 Ключ типа ГКШ................................................150
2.4.4 Ключи типа АШК...............................................153
2.4.5 Ключи типа Oil Country.......................................156
2.4.6 Ключи типа XQ................................................157
Контрольные вопросы по разделу.....................................159
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.........................................................160
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК...........................................161

4

    АННОТАЦИЯ


     Учебное пособие предназначено для студентов бакалавриата и магистратуры высших учебных заведений нефтегазового профиля очной и заочной форм обучения по направлениям подготовки бакалавров 15.03.02 «Технологические машины и оборудование» по профилю «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов» и магистрантов 21.04.01 «Нефтегазовое дело» по различным профилям. Содержание пособия полностью соответствует учебным программам.
     Издание может быть полезно и для студентов, изучающих дисциплины «Подземный ремонт и обслуживание скважин», «Машины и оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин», а также «Машины и оборудование для добычи и подготовки нефти и газа».
     Целью создания настоящего учебного пособия является ознакомление читателя с назначением, классификацией, конструктивным исполнением и особенностями эксплуатации современных ключей для сборки и разборки резьбовых соединений нефтегазопромысловых труб и насосных штанг.
     Материал издания актуализирован, структурирован по главам, включает описание ключей для ручных, машинных и механизированных работ, содержит правила монтажа, технического обслуживания и ремонта ручных и механических ключей.
     Для закрепления изложенного материала по разделам предлагаются блоки контрольных вопросов.

5

    ВВЕДЕНИЕ


     Наращивание мировых темпов добычи нефти и газа не представляется возможным без оптимизации промысловых процессов, связанных со строительством скважин, их освоением, ремонтом и обслуживанием [15], а также без технического оснащения необходимым оборудованием, отвечающим все возрастающим эксплуатационным требованиям.
     Как известно, значительное время при бурении и подземном ремонте нефтегазовых скважин затрачивается на спускоподъемные операции (СПО) с обсадными, бурильными, утяжеленными бурильными, бурильными геологоразведочными, насосно-компрессорными (НКТ) трубами и насосными штангами, собираемыми в колонну посредством механического свинчивания их резьбовых соединений специализированными механизмами, называемыми ключами.
     В процессах строительства нефтегазовых скважин свинчивание и развинчивание трубных резьбовых соединений осуществляется, как правило, машинными ключами, в то время как при ремонте и обслуживании скважин не только приводными механизмами, но и вручную.
     Тяжелые условия эксплуатации механизмов, сопровождаемые абразивным изнашиванием их деталей и узлов, воздействием аномально низких температур на территориях Крайнего Севера, отложением на поверхностях солей и парафинов, создают предпосылки к совершенствованию конструкции механизмов. В связи с этим, отечественные и зарубежные ключи представлены в широкой номенклатуре, с учетом отличий по назначению, конструкции, техническим характеристикам и особенностям эксплуатации в крайне тяжелых условиях.
     Отсюда следует, что одним из актуальных и перспективных направлений современных научно-технических разработок в сфере нефтегазопромыслового оборудования есть и остается создание безопасных, надежных, долговечных и высокопроизводительных ключей, используемых в качестве основного оборудования для сборки и разборки колонн труб и насосных штанг.
     Разработкой и выпуском отечественных ключей для выполнения работ с нефтепромысловыми трубами и насосными штангами занимается ряд производственных объединений, среди которых следует выделить такие ведущие общества как:
     -  ООО «Уфагидромаш» (г. Уфа);
     -       ОАО «Ишимбайский машиностроительный завод» и ОАО «Ишимбай-ский завод нефтепромыслового оборудования» (г. Ишимбай);
     -  ОАО «Ижнефтемаш» и ООО «Сервисреммаш» (г. Ижевск);
     -  АО «Воткинский завод» (г. Воткинск);

6

     -   ОАО Краснодарский завод «НЕФТЕМАШ» (г. Краснодар);
     -   ПАО «Мотовилихинские заводы» (г. Пермь);
     -   ОАО «Станкотехника» (г. Тула);
     -   ООО «Нефть-Сервис» (г. Челябинск).
     Среди зарубежных компаний можно назвать Общества:
     -        «Wetherford», «Eckel Manufacturing», «National Oilwell Varco», «McCoy Global» (США);
     -   «Farr Canada» (Канада);
     -   «Teda» (Китай).
     Вместе с тем, несмотря на мировое разнообразие производства механизмов, конструкции трубных и штанговых ключей претерпевают существенные изменения, совершенствуются и становятся более эффективными вслед за развитием всей нефтегазовой индустрии.

7

             1.  КЛЮЧИ ДЛЯ ВЕДЕНИЯ РУЧНЫХ РАБОТ     

    1.1 Классификация ключей для ручных операции

     Для облегченных и немассовых ручных промысловых операций по свинчиванию-развинчиванию резьбовых соединений насосно-компрессорных труб, насосных штанг и полированных штоков глубинных скважинных насосов используется группа различных ключей, подразделяющаяся по назначению на трубные и штанговые. Некоторые конструкции ручных трубных и штанговых ключей также применяются при механизированном свинчивании и развинчивании резьбовых соединений.
     Ручные трубные ключи являются инструментом для осуществления подземного ремонта скважин с колонной НКТ и конструктивно подразделяются на шарнирные и цепные.
     К основным достоинствам шарнирных ключей можно отнести удобство в эксплуатации, небольшую массу и меньшую степень повреждения тела трубы при свинчивании или развинчивании. Преимуществом же цепных ключей является простота конструкции и их универсальность, так как они обеспечивают проведение работ с широким диапазоном условных диаметров НКТ. Однако, цепные ключи не только интенсивно воздействуют на тело свинчиваемой или развинчиваемой трубы, повреждая ее, но и имеют относительно большую массу, создают сложность освобождения трубы при ее заклинивании в щеках ключа, проскальзывают при проведении работ, а в некоторых случаях происходит срыв и обрыв цепи, что свидетельствует о невысокой степени безопасности рабочего персонала.
     Ключи для проведения ручных операций практически не обеспечивают требуемого крутящего момента при свинчивании или развинчивании труб и штанг, а процесс с ними занимает относительно больше времени.
     Из вышеперечисленного следует, что основными требованиями к ручным трубным и штанговым ключам следует отнести:
     -       обеспечение передачи необходимого крутящего момента в условиях загрязнения поверхности труб и штанг нефтью, солями, парафином, а также при возможных отклонениях их геометрии по диаметру и овальности;
     -       ключи не должны вызывать недопустимого износа тела труб и штанг, а также их повреждения;
     -       ключи должны быть безопасными, легкими и удобными в работе, обеспечивать мобильность сборки и разборки резьбовых соединений.

8

    1.2 Шарнирные трубные ключи

1.2.1 Ключи типа КТГУ


     Ключ трубный горизонтальный усиленный типа КТГУ (рисунок 1.1) применяется в процессе ручного или автоматизированного (например, при использовании приводных механизмов АПР-2ВБМ, КМУ-50 и др., имеющих водило) свинчивания и развинчивания насосно-компрессорных труб (НКТ) условными диаметрами 33, 48, 60, 73 и 89 мм (таблица 1.1) при выполнении монтажно-демонтажных устьевых работ в ходе подземного ремонта скважин.



Рисунок 1.1 Ключ трубный горизонтальный усиленный типа КТГУ:
1 - сухарь; 2 - палец; 3 - створка; 4 - пружина; 5 - рукоятка; 6 - челюсть

Таблица 1.1

Техническая характеристика ключей типа КТГУ

Наименование параметра             Модель ключа                 
                        КТГУ-33 КТГУ-48 КТГУ-60 КТГУ-73 КТГУ-89
Условный диаметр          33      48      60      73      89   
захватываемых труб, мм                                         
Максимальный крутящий     3,0     3,0     3,0     3,5     5,0  
момент, кН-м                                                   
Габаритные размеры, мм:   343     365     365     380     414  
- длина                   110     125     135     145     175  
- ширина                  44      58      58      67      67   
- высота                                                       
Масса ключа, кг           3,3     3,5     3,5     5,1     7,3  

      Ключ типа КТГУ состоит из челюсти 6 и створки 3, между которыми установлена пружина 4. Челюсть 6 и створка 3 шарнирно соединяются рукояткой 5. В пазах типа «ласточкин хвост» челюсти 6 и створки 3 закреплены пружинными фиксаторами сухари 1, передающие усилие от деталей свинчиваемой или развинчиваемой трубе. Скольжение сухарей 1 и проворот ключа относи

9

тельно трубы исключаются посредством того, что в процессе работы рукоятка 5 поворачивается относительно челюсти 6 и створки 3 и при взаимодействии с ними профилированной поверхностью у основания ручки обеспечивает увеличение прижимающего их усилия к трубе. Съем ключа с трубы производится путем приложения усилия, направленного в противоположном направлении [8].
      Ключи типа КТГУ выпускаются в замену ключей для ручных работ типа КТГ конструкции Гипронефтемаша, имеющих в отличие от усиленного инструмента только один сухарь [4, 9], однако, обладающих меньшей массой. Низкомоментный ключ КТГ системы А. Дудоладова является не универсальным инструментом, рассчитан только на свинчивание или развинчивание НКТ и не позволяет провести раскрепление и докрепление резьбового соединения.
      В настоящее время также используются модернизированные шарнирные ключи типа КТГУ-М, на осях которых предусмотрены крепления пружинными кольцами для предотвращения их отвинчивания и выпадения. Кроме того, сухари ключа КТГУ-М выполнены из стали 12ХНЗА, что повышает их надежность и долговечность.


1.2.2 Ключи типа КТНД

      Ключ типа КТНД (рисунок 1.2) предназначен для ручного свинчивания и развинчивания НКТ, штанговых муфт, полированных штоков при ремонте скважинных глубинных насосов, а также для выполнения ряда вспомогательных работ.


Рисунок 1.2 Ключ трубный типа КТНД:
1 - рукоятка; 2 - круглая плашка; З - плоская плашка; 4 - ручка; 5 - челюсть;
6 - пружина; 7 - винт

10

     Ключи типа КТНД подразделяются по диаметру захватываемых труб и деталей (таблица 1.2).


Таблица 1.2

Техническая характеристика ключей типа КТНД

Наименование параметра           Модель ключа             
                        КТНД 20-48 КТНД 48-89 КТНД 89-132
Диапазон захватываемых    20+48      48+89      89+132   
условных диаметров, мм                                   
Допустимое усилие на       0,75       2,00       3,00    
конце рукоятки, кН                                       
Габаритные размеры, мм:                                  
- длина                    360        650         730    
- ширина                    80        128         190    
- высота                    60        120         120    
Масса ключа, кг            1,5        7,6        10,1    

       Ключ состоит из шарнирно соединенных челюсти 5 и рукоятки 1. Фиксация ключа на трубе иди другом элементе осуществляется за счет усилия пружины 6, которая одним концом крепится к челюсти 5, а другим - к пальцу шарнира. Рабочее натяжение пружины 6 регулируется посредством вращения пальца винта 7. Удобство работы с ключом обеспечивается имеющейся в конструкции ручки 4, также являющейся ограничителем хода плоской плашки 3. На оси рукоятки 1 ключа установлена зубчатая круглая плашка 2, стопорящаяся от проворота фиксатором рукоятки 1, закрепленным на ней болтом [7]. Круглая 2 и плоская 3 плашки изготавливаются из пружинной высокопрочной стали, что позволяет при работе использовать дополнительный трубчатый рычаг.

1.2.3 Ключи типа КОТ и КТ

      Ключ одношарнирный трубный типа КОТ (КТ) (рисунок 1.3) конструкции, разработанной А. А. Халиловым, служит для ручных и машинных монтажно-демонтажных операций с трубами и муфтами нефтегазового сортамента, а также другими деталями, входящими в три диапазона условных диаметров (таблица 1.3).
      Ключ типа КОТ (КТ) состоит из челюсти 5, шарнирно соединенной с рукояткой 1 при помощи пальца 7, застопоренного к ней специальным болтом (не обозначен). В челюсти и рукоятке в пазах типа «ласточкин хвост» устанавливаются соответственно плоская плашка 3 и сегментная плашка 2 с зубчатыми насечками на рабочей поверхности. От продольного перемещения и выпадения


11

из пазов плашки 2 и 3 удерживаются специальными стопорными болтами (не показаны). Пружина кручения 6, закрепленная одним концом в прорези на пальце 7 рукоятки 1, другим концом к челюсти 5, обеспечивает автоматический зажим трубы между плоской 3 и сегментной 2 плашками, тем самым удерживая ключ от вертикального перемещения по трубе.


Рисунок 1.3 Ключ трубный типа КОТ (КТ):
1 - рукоятка; 2 - сегментная плашка; 3 - плоская плашка; 4 - ручка; 5 - челюсть;
6 - пружина; 7 - палец

Таблица 1.3

Техническая характеристика ключей типа КОТ (КТ)

Наименование параметра                   Модель ключа                   
                          КОТ (КТ) 20-48 КОТ (КТ) 48-89 КОТ (КТ) 89-132
Диапазон захватываемых        20-48          48-89          89-132     
условных диаметров, мм                                                 
Максимальный крутящий          2,0            3,5             4,5      
момент, кН-м                                                           
Габаритные размеры, мм:                                                
- длина                        360            486             510      
- ширина                       120            130             140      
- высота                       120            120             120      
Масса ключа, кг, не более      6,0            8,7            10,4      

     Ключи типа КОТ и КТ могут использоваться с целью раскрепления или до крепления трубных резьбовых соединений гидро- или пневмораскрепителем. Инструмент позволяет производить операции одной рукой в труднодоступных местах, не создавая существенных вмятин и рисок на теле трубного изделия. Плотное прижимное усилие увеличивается пропорционально усилию, приложенному к рукоятке, чем обеспечивается работа ключа без проскальзывания и снятия стружки с трубы.


12