Анализ существующих конструкций механических трубных ключей

 1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ МЕХАНИЧЕСКИХ  КЛЮЧЕЙ

Механические трубные ключи предназначены для механизации операций по свинчиванию и развинчиванию резьбовых соединений труб при их спуске—подъеме в скважинах [1].

       В   нефтегазодобывающей   промышленности   при   бурении   и эксплуатации скважин  применяются  разные по назначению  и типам   трубы: обсадные,  бурильные  и  насосно-компрессорные, резко   отличающиеся   диаметральными   размерами,   моментами свинчивания   и   развинчивания.        Поэтому механические ключи конструктивно выполняются специализированными  для   работ с   обсадными,   бурильными  или  насосно-компрессорными  трубами. Ключи для обсадных труб рассчитаны на трубы наибольшего размера и максимальные диаметральные габариты, ключи для бурильных труб  рассчитаны на трубы, открепление резьбовых   соединений    которых   требует   наибольших   моментов, ключи для НКТ рассчитаны на моменты относительно небольшой величины, в связи с чем эти ключи по габаритам, массам и  мощностям привода много  меньше ключей для обсадных и бурильных труб.

       Поэтому при текущем, капитальном ремонтах и освоении скважин применяются механические ключи двух назначений: для бурильных труб при капитальном ремонте скважин и для НКТ — при текущем ремонте. Так как спуск обсадных труб при капремонте выполняется редко, то и ключи для обсадных труб используются также редко. В отдельных случаях используют ключ для НКТ при работах с бурильными трубами малых диаметров и ключ для бурильных труб при спуске обсадных труб малых диаметров.

       Механические трубные ключи работают в условиях, аналогичных условиям работы ручных ключей, элеваторов и спайдеров, поэтому и требования, предъявляемые к ручному инструменту, полностью относятся к механическим ключам. Кроме того, из-за сложности и относительно высокой стоимости к механическим  ключам предъявляются требования обеспечения

возможности    работы    с  трубами  каждого  назначения во всем   диапазоне   их   типов   и  диаметров. Так, трубный ключ  для НКТ,   должен   позволять работать   с НКТ   диаметрами от 48 до 102мм, т.е, в весьма большом   диапазоне.   В связи с этим особо  важно  гарантирование      сохранности      труб в резьбовой части при свинчивании и тела трубы в зоне захвата  ключом при отвинчивании труб    минимальных   диаметров, поскольку привод механического  ключа  имеет моментную характеристику, рассчитанную на развинчивание трубы наибольшего размера, т. е. развивает момент, намного больший предельно допустимого для трубы минимального диаметра.

        Ранее отмечалось, что момент отвинчивания при спуско-подъемных операциях с НКТ всегда больше момента свинчивания труб. Момент отвинчивания примерно вдвое больше момента свинчивания, а кривая момента имеет ярко выраженный всплеск или в зоне начала отвинчивания, или в зоне конца свинчивания, которые принято соответственно называть откреплением и закреплением резьбы. Такой характер кривой объясняется конусностью резьбы.

         В обоих случаях — и при свинчивании и при отвинчивании — эти пиковые моменты прикладываются от 0,75 до 1,3 оборота резьбы. На остальных оборотах вращающий момент в десятки   раз   меньше   максимального. С  увеличением диаметров труб максимальные моменты увеличиваются, с уменьшением — уменьшаются. Для прочности и герметичности резьбового соединения  момент   свинчивания  для каждого типоразмера НКТ должен   быть   строго   определенным, а   момент   отвинчивания, развиваемый трубным ключом, должен обеспечить отвинчивание резьбы трубы наибольшего диаметра, на который рассчитал ключ. Величина этого момента колеблется в широких пределах для труб одного размера и зависит от глубин подвески колонны НКТ, степени агрессивности среды, температуры, времени   пребывания   труб  в скважине, режима свинчивания, качества резьбы, характеристики смазки и достигает в отдельных случаях, например для НКТ диаметром 89 мм, от 5 до 6 кН ∙м.

       Момент крепления резьбового соединения НКТ для равнопрочных труб диаметрами 48, 60, 73, 89 мм приближенно должен равняться соответственно 1,0, 1,7 2,5, и 3,3 кН-м.

       Однако эти моменты крепления труб при тяжелых условиях работы колонн НКТ подлежат существенным коррективам, поскольку  законы  изменений  несущей способности резьбового соединения и герметичности от момента крепления разные. На них влияют степень точности изготовления, чистота поверхности, вид  покрытия, наличие  свойства  смазки и даже скорость свинчивания резьб.

         В связи с этим моменты крепления для резьбовых соединений труб одного диаметра в скважинах средних и больших глубин не постоянны, а меняются в зависимости от глубины расположения резьбового соединения, по определенному закону, что и обеспечивает в этом случае равнопрочность и равную герметичность колонны по всей длине.