RU2078901C1

RU2078901C1 - Spinning wrench

Info

Publication number: RU2078901C1
Application number: RU94026820A
Authority: RU
Inventors: А.И. Литвинов; К.К. Катин; А.В. Маньковский
Original assignee: Литвинов Анатолий Иванович
Priority date: 1994-07-18
Filing date: 1994-07-18
Publication date: 1997-05-10
Also published as: RU94026820A

Abstract

FIELD: mechanical engineering, particular, spinning wrenches for connection of drill pipes and casing pipes. SUBSTANCE: spinning wrench has lower body and upper body with built-in pipe gripping devices engageable through gears by the common shaft with drive. Lower and upper bodies are secured to each other by swing bolts and mounted on the plate of positioner upper base. Lower body is secured by bolts with the upper base and locked with retainer. Upper base lower part has cylindrical sleeve built in the sleeve of the lower base. Installed inside the cylindrical sleeve is hydraulic cylinder whose rod thrust the bottom of the lower base sleeve. Built in the lower base sleeve is retainer with pedal. Built in the lower body is rack mechanism and lock. EFFECT: simplified design, extended functional capabilities, improved performance, higher reliabilities and increased values of torque in making and breaking the pipe joints. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано на буровых установках для механизации спуско-подъемных операций при сборке или разборке бурильных или обсадных колонн. В настоящее время на буровых установках применяются ключи различных типов, предназначенные для свинчивания или развинчивания насосно-компрессорных, бурильных и обсадных труб, при этом операции по докреплению или раскреплению резьбовых соединений выполняются вручную с использованием комплектов машинных ключей. Наиболее распространенными ключами для свинчивания или развинчивания бурильных труб являются автоматический буровой ключ типа АКБ с открытым зевом и оснащенные пневматическими и гидравлическими приводами стопорения нижней трубы и вращения верхней трубы [1]
К недостаткам этих ключей следует отнести:
ограниченную возможность по величине передачи крутящего момента при свинчивании или развинчивании;
ограниченную возможность применения труб по диаметрам.The invention relates to drilling equipment and can be used in drilling rigs for mechanization of hoisting operations during the assembly or disassembly of drill or casing strings. Currently, various types of wrenches are used in drilling rigs for screwing or unscrewing tubing, drill pipe, and casing, while fastening or unfastening threaded joints is performed manually using sets of machine keys. The most common keys for screwing or unscrewing drill pipes are an automatic drill key of the open-jaw type, equipped with pneumatic and hydraulic actuators for locking the lower pipe and rotating the upper pipe [1]
The disadvantages of these keys include:
limited possibility of magnitude of torque transmission during make-up or unscrewing;
limited ability to use pipes in diameter.

Известны ключи высокой степени механизации, имеющие встроенные захватные органы, выполненные в виде двух соосно расположенных механизмов, установленных на консольных опорных площадках и соединенных посредством направляющих вертикального перемещения с поворотными, относительно общих осей, кронштейнами и снабженные узлом позиционирования устройства относительно замкового соединения. В этих ключах для стопорения нижней трубы и вращения верхней трубы используются отдельные привода, выполненные в виде гидроцилиндров, шарнирно соединенных с наружными и внутренними корпусами [2] Вариант [2] выбран за прототип. Keys of a high degree of mechanization are known, having built-in gripping bodies made in the form of two coaxially arranged mechanisms installed on cantilever support platforms and connected by means of vertical guides with rotary brackets relative to common axes and equipped with a positioning unit for the device relative to the locking connection. In these keys, for locking the lower pipe and rotating the upper pipe, separate actuators are used, made in the form of hydraulic cylinders pivotally connected to the outer and inner cases [2] Option [2] was chosen as the prototype.

Недостатками прототипа являются:
сложность конструкции, выраженная наличием множества шарнирных элементов, подверженных интенсивному износу при эксплуатации;
обязательное наличие жестких направляющих, потребных для гашения реактивных моментов при работе раздельных приводов вращения и стопорения труб;
повышенная трудоемкость по обслуживанию ключа при замене захватных органов при переходе от одного диаметра труб на другой.The disadvantages of the prototype are:
the complexity of the design, expressed by the presence of many articulated elements subject to intense wear during operation;
mandatory availability of hard guides required to quench reactive moments when operating separate drives for rotating and locking pipes;
Increased complexity of key maintenance when replacing gripping organs when switching from one pipe diameter to another.

Предлагаемый ключ свободен от указанных недостатков. The proposed key is free from these shortcomings.

Предложенное изобретение направлено на сокращение времени замены захватных элементов верхнего и нижнего рабочих органов бурового ключа с одновременным обеспечением надежности узла при увеличении нагрузки на замковые соединения труб, а также на использование ключа для поворота всей буровой колонны при аварийных ситуациях или вращения обсадной колонны при ее спуске. Это достигается тем, что ключ для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений скважинных труб (в дальнейшем ключ) выполнен в виде, при котором в корпуса для привода трубозажимных устройств установлены промежуточные шестерни, сочлененные зацеплениями с приводными шестернями, имеющими общий технологический вал с зубчатым колесом быстроходной ступени привода, при этом позиционер снабжен механическим фиксатором от поворота и выполнен в виде нижнего основания с цилиндрической расточкой, верхнего основания с плитой и с нижней частью в виде цилиндрического стакана и гидроцилиндра, причем нижний корпус ключа установлен на плите верхнего основания позиционера, гидроцилиндр размещен внутри цилиндрического стакана, а последний встроен в цилиндрическую расточку нижнего основания позиционера. The proposed invention is aimed at reducing the time of replacing the gripping elements of the upper and lower working bodies of the drill key while ensuring the reliability of the unit when the load on the pipe joints is increased, as well as the use of the key to rotate the entire drill string in emergency situations or rotate the casing during its lowering. This is achieved by the fact that the key for screwing and unscrewing the threaded joints of the borehole pipes (hereinafter referred to as the key) is made in the form in which intermediate gears are installed in the housings for the drive of the pipe clamping devices, articulated by gears with drive gears having a common process shaft with a gear wheel of a high-speed stage drive, while the positioner is equipped with a mechanical lock from rotation and is made in the form of a lower base with a cylindrical bore, an upper base with a plate and with the lower part in in the form of a cylindrical cup and hydraulic cylinder, the lower key housing being installed on the plate of the upper base of the positioner, the hydraulic cylinder is placed inside the cylindrical glass, and the latter is built into the cylindrical bore of the lower base of the positioner.

В свою очередь верхний и нижний корпуса ключа соединены между собой откидными болтами, а нижний корпус скреплен болтовыми соединениями с верхним основанием позиционера и зафиксирован от поворота механическим фиксатором. In turn, the upper and lower key housings are interconnected by hinged bolts, and the lower case is bolted to the upper base of the positioner and secured against rotation by a mechanical lock.

Кроме того, привод вращения верхней трубы, удержания от поворота нижней трубы, поворота верхнего корпуса относительно нижнего и поворота всего ключа относительно технологической оси позиционера выполнен с дифференциальной передачей и размещен на плите верхнего основания позиционера. Дополнительно в нижний корпус ключа встроен реечный механизм с механическим фиксатором для обеспечения вращения верхнего трубозажимного устройства и неподвижности нижнего трубозажимного устройства при включенном приводе. In addition, the drive for rotating the upper pipe, holding it from turning the lower pipe, rotating the upper case relative to the lower one and rotating the entire key relative to the technological axis of the positioner is made with differential gear and placed on the plate of the upper base of the positioner. Additionally, a rack and pinion mechanism with a mechanical lock is integrated in the lower key housing to ensure rotation of the upper pipe-clamping device and the immobility of the lower pipe-clamping device with the drive turned on.

Предлагаемая конструкция ключа обеспечивает:
надежность срабатывания замковых элементов трубозажимных устройств при свинчивании-развинчивании замковых соединений труб;
быструю замену трубозажимных устройств или их элементов при износе или переходе на другой типоразмер по диаметру скважинных труб за счет использования независимого поворота верхнего корпуса ключа относительно застопорного нижнего корпуса;
сборку-разборку свечей в шурфах при использовании совместного поворота верхнего и нижнего корпусов ключа относительно технологических осей ключа и позиционера;
простоту конструкции ключа, его обслуживания, сборку, наладку и разборку отдельных узлов за счет использования блочных элементов;
высокую взаимозаменяемость рабочих органов верхнего и нижнего трубозажимных устройств;
высокую технологичность и сравнительно низкую себестоимость изготовления;
отсутствие передачи высоких реактивных моментов механизмам позиционирования ключа.The proposed key design provides:
the reliability of the operation of the locking elements of the pipe-clamping devices when screwing-unscrewing the locking pipe joints;
quick replacement of pipe clamping devices or their elements when worn or changing to another standard size according to the diameter of the borehole pipes through the use of independent rotation of the upper key body relative to the locking lower case;
assembly-disassembly of candles in pits when using the joint rotation of the upper and lower key bodies relative to the technological axes of the key and positioner;
simplicity of key construction, its maintenance, assembly, commissioning and disassembly of individual nodes through the use of block elements;
high interchangeability of the working bodies of the upper and lower pipe clamping devices;
high manufacturability and relatively low cost of manufacturing;
lack of transmission of high reactive moments to key positioning mechanisms.

На фиг. 1 представлен общий вид ключа в разрезе; на фиг.2 то же, вид в плане. In FIG. 1 is a sectional view of a key; figure 2 is the same, plan view.

Ключ содержит корпус 1 стопорного ключа и корпус 2 вращателя труб, в которых смонтированы на подшипниковых опорах 3 и 4 зубчатые колеса 5 и 6, со встроенными в них механизмами захвата труб 7 и 8, промежуточные шестерни 9 и 10 и сочлененные с ними эвольвентными зацеплениями приводные шестерни 11 и 12, имеющие общий технологический вал 13. Корпуса 1 и 2 скреплены между собой откидными болтами 14. Корпус 1, в свою очередь, установлен на верхнюю плиту основания 15 позиционера 16, имеющего быстроходный редуктор 17, ведомая шестерня 18 которого сочленена зацеплением через вал 13 с шестернями 11 и 12, и гидропривод 19. Корпус 1 и верхнее основание 15 скреплены болтами 20 и зафиксированы от поворота фиксатором 21. Основание 15 в нижней части имеет цилиндрический стакан 22, встроенный, в свою очередь, в цилиндрическую расточку стакана 23 нижнего основания 24 позиционера 16. Внутри цилиндрического стакана 22 встроен гидроцилиндр 25, шток 26 которого упирается в дно стакана 23. Для фиксирования цилиндрического стакана 22 от поворота в стакане 23 встроен механический фиксатор 27, имеющий педаль 28. В корпусе 1 стопорного ключа встроен реечный механизм 29, содержащий рейку 30, сочлененную зацеплением с колесом 5, две пружины возврата 31 и стопор 32. The key includes a lock wrench housing 1 and a pipe rotator housing 2, in which gears 5 and 6 are mounted on bearings 3 and 4, with pipe gripping mechanisms 7 and 8 integrated therein, intermediate gears 9 and 10 and drive gears coupled to them by involute gears gears 11 and 12 having a common process shaft 13. Cases 1 and 2 are fastened together by hinged bolts 14. The housing 1, in turn, is mounted on the upper base plate 15 of the positioner 16 having a high-speed gearbox 17, the driven gear 18 of which is engaged we eat through the shaft 13 with gears 11 and 12, and the hydraulic drive 19. The housing 1 and the upper base 15 are fastened with bolts 20 and secured against rotation by the lock 21. The base 15 in the lower part has a cylindrical cup 22, which, in turn, is integrated into the cylindrical bore of the cup 23 of the lower base 24 of the positioner 16. Inside the cylindrical cup 22, a hydraulic cylinder 25 is installed, the rod 26 of which abuts against the bottom of the cup 23. To fix the cylindrical cup 22 from turning in the cup 23, a mechanical lock 27 having a pedal 28 is built in. In the housing 1 of the lock key a rack mechanism 29 is constructed, comprising a rail 30, articulated by engagement with the wheel 5, two return springs 31 and a stopper 32.

Ключ работает следующим образом. The key works as follows.

При одновременной замене трубозахватных элементов 7 и 8 у стопорного ключа и вращателя труб 2 необходимо произвести отсоединения откидных болтов 14 и включить привод 19. В этом случае, корпус 1 остается зафиксированным фиксатором 21 с плитой верхнего основания 15 позиционера 16, а корпус 2 вместе с цилиндрическим колесом 6, механизмом захвата труб 9 шестерни 10 и 12 будет поворачиваться относительно технологической оси вала 13. Угол поворота верхнего корпуса 2 определяет оператор. When replacing the pipe gripping elements 7 and 8 at the lock wrench and the pipe rotator 2, it is necessary to disconnect the hinged bolts 14 and turn on the drive 19. In this case, the housing 1 remains fixed with a lock 21 with the plate of the upper base 15 of the positioner 16, and the housing 2 together with the cylindrical the wheel 6, the pipe gripping mechanism 9, the gears 10 and 12 will rotate relative to the technological axis of the shaft 13. The angle of rotation of the upper housing 2 is determined by the operator.

Одновременный поворот корпуса 1 и корпуса 2 относительно технологической оси вала 13 выполняется при включении привода 19, для чего необходимо произвести зажим корпуса 1 с корпусом 2 посредством откидных болтов 14 и отвести фиксатор 21 верхнего основания 15 позиционера 16. The simultaneous rotation of the housing 1 and the housing 2 relative to the technological axis of the shaft 13 is performed when the drive 19 is turned on, for which it is necessary to clamp the housing 1 with the housing 2 by means of hinged bolts 14 and release the latch 21 of the upper base 15 of the positioner 16.

Одновременный поворот корпуса 1 и корпуса 2 относительно оси позиционера 16 производится при включении привода 19 и отведенном фиксаторе 27 при нажатии на педаль 28. В этом случае корпус 1 должен быть зафиксирован с плитой основания 15 фиксатором 21. Поворот буровой или обсадной колонны производится от привода 19 после опускания стопора 32 в гнездо рейки 30, обеспечивая таким образом неподвижность нижнего колеса 5 и сохраняя возможность вращения колесу 4 вместе с трубозажимным устройством 8. Simultaneous rotation of the housing 1 and the housing 2 relative to the axis of the positioner 16 is performed when the actuator 19 is turned on and the retainer 27 is depressed by pressing the pedal 28. In this case, the housing 1 must be fixed with the base plate 15 with the retainer 21. The drill or casing string is rotated from the actuator 19 after lowering the stopper 32 into the socket of the rack 30, thus ensuring the immobility of the lower wheel 5 and maintaining the possibility of rotation of the wheel 4 together with the pipe clamping device 8.

Claims

1. The key for screwing and unscrewing the locking joints of the borehole pipes, containing the upper and lower coaxially paired cases with integrated ring drive pipe-clamping devices with interchangeable gripping elements for clamping and rotating the upper pipe with the upper device, for clamping and holding the lower device from turning the lower pipe from turning , a positioner for the vertical movement of the key with the axis of its technological rotation and a drive, characterized in that in the cases for the drive of the pipe clamping devices are installed between full-time gears articulated with gears having a common process shaft with a gear wheel of a high-speed drive stage, while the positioner is equipped with a mechanical lock against rotation and is made in the form of a lower base with a cylindrical bore, the upper base with a plate and with the lower part in the form of a cylindrical glass and a hydraulic cylinder, the lower key housing being installed on the plate of the upper base of the positioner, the hydraulic cylinder is placed inside the cylindrical glass, and the latter is built into the cylinder eskuyu bore of the lower base of the positioner.

2. The key according to claim 1, characterized in that the upper and lower key bodies are interconnected by hinged bolts, and the lower case is bolted to the upper base of the positioner and secured against rotation by a mechanical lock.

3. The key according to claims 1 and 2, characterized in that the drive rotates the upper pipe, prevents rotation of the lower pipe, rotates the upper housing relative to the lower and rotates the entire key relative to the technological axis of the positioner with differential gear and is placed on the plate of the upper base of the positioner.

4. The key according to claims 1 to 3, characterized in that a rack-and-pinion mechanism with a mechanical lock is integrated in the lower key housing to ensure rotation of the upper pipe-clamping device and the immobility of the lower pipe-clamping device when the drive is on.