Болтнева Ю.А., Шайдуллина Р.М.

Ю.А. Болтнева, Р.М. Шайдуллина

Изучение конструкции ключа АПР-2

И расчет максимальной глубины спуска колонны НКТ

Методические указания

для выполнения лабораторных работ

для студентов факультета инженерной механики,

обучающихся по специальности 170200 – «Машины

и оборудования нефтяных и газовых промыслов»

Альметьевск 2004

УДК 622.276.012.05

Б-79

Болтнева Ю.А., Шайдуллина Р.М.

Б-79 Изучение конструкции ключа АПР-2 и расчет максимальной глубины спуска колонны НКТ: Методические указания для выполнения лабораторных работ. – Альметьевск: Альметьевский государственный нефтяной институт, 2004. – 12с.

В лабораторной работе кратко изложен теоретический материал, необходимый для изучения конструкции АПР. В конце работы имеется расчетный раздел, в котором студент должен определить максимальную глубину спуска колонны НКТ.

Печатается по решению учебно-методического совета АГНИ.

Рецензент:

Ульшина К.Ф., ст. преподаватель

© Альметьевский государственный

нефтяной институт, 2004

Цель работы

Изучение устройства, принципа действия ключа АПР-2 и определение максимальной глубины спуска колонны НКТ при работе с данным ключом.

Оборудование

Для выполнения лабораторной работы имеется следующее оборудование:

1. Натурные образцы ключа АПР -2 .

2. Трубы НКТ разного диаметра с муфтовыми соединениями.

3. Штангенциркуль.

Порядок выполнения работы

При выполнении лабораторной работы необходимо предварительно изучить конструкцию ключа АПР-2, обратить внимание на конструктивное выполнение отдельных узлов и элементов ключа. Осуществить следующие операции: зарядить и снять трубы НКТ в ключе. Измерить высоту и ширину плашек. Определить общую длину охвата клиньями трубы и коэффициент с.

Оформление отчета

Отчет оформляется в произвольной форме (образец титульного листа прилагается).Он должен содержать расчет максимальной глубины спуска колонны НКТ в соответствии с вариантом , выданным преподавателем.

Общие сведения

Автомат для свинчивания - развинчивания НКТ обеспечивает автоматический захват и удержание на весу колонны НКТ спайдером, центрирует колонну труб центратором.

В настоящее время применяются автоматы АПР -2ВБ с приводом от электродвигателя и АПР -ГП с гидравлическим приводом.

Автомат АПР -2ВБ со взрывоопасным электродвигателем монтируется и крепится на фланце устья скважины и состоит из следующих узлов : блока автомата, блока электрического инерционного взрывоопасного привода с реверсивным переключателем, клиновой подвески и центратора.

Блок автомата представляет собой корпус клинового спайдера с червячным редуктором и водилом , передающим вращающее усилие трубному ключу. Редуктор защищен кожухом. Блок автомата крепится к пьедесталу центратора.

Клиновая подвеска состоит из направляющей с кольцевым основанием, к которому шарнирно подвешены три клина. Клинья сборные и состоят из корпуса клина и сменных плашек, закрепляемых шплинтами.

Блок центратора состоит из пьедестала к которому тремя шпильками крепится блок автомата. Внутри центратора фиксатором крепится втулка. Центратор автоматически центрирует колонну труб относительно блока автомата в процессе спуска и подъема колонны НКТ.

Блок электропривода состоит из взрывоопасного электродвигателя мощностью 3,5 кВт и инерционного устройства, позволяющего значительно увеличить момент на водиле при отвинчивании труб. Инерционное устройство, представляет собой маховик, установленный на валу двигателя. Маховик соединяется с валом муфтой.

Автомат АПР - ГП гидравлический съемный привод с питанием от гидравлической системы агрегатов для подземного ремонта скважин. Гидропривод обеспечивает стабильность вращающего момента при свинчивании -развинчивании труб.

Рис. 1. Автомат АПР-2ВБ:

1-корпус автомата; 2- червячное колесо;3- клиновая подвеска; 4-корпус клина; 5- плашка; 6-опорный фланец; 7-водило; 8- вал вилки включения маховика;

9- электроинерционный привод; 10-ось балансира; 11-направление клиньевой подвески; 12-центратор; 13-пьедестал центратора; 14-фиксатор центратора

Клиновой захват предназначен для непосредственного удержания в подвешенном состоянии колонны труб за счет сил трения операций спуска или подъема труб. Принципиальная схема захвата трубы клиньями показана на рис.2.

Рис. 2

Если между трубой1 и корпусом 2, имеющим внутреннюю коническую расточку, поместить клинья 3, то последние под собственным весом занимают крайнее нижнее положение и предварительно зажимают трубу, а затем стремящаяся к движению вниз труба (или колонна труб) за счет собственного веса уже окончательно и более надежно захватывается клиньями. Для лучшего сцепления с поверхностью труб клинья снабжаются насечками.

Клинья предназначены для одного размера трубы и входят в состав комплекта. Комплект включает от 3-х до 6-ти клиньев (3,4,6), расположенных на некотором расстоянии друг от друга по окружности и соединенных между собой шарнирно, что позволяет перемещаться вместе по вертикали в некоторых пределах (~ до 0,5м).

Поскольку спуско-подъемные операции характеризуется очень высокой цикличностью, то поверхности контакта клиньев с трубой подвергаются интенсивному трению. Для лучшего сопротивления возникающему при этом износу клинья лучше выполнять сборными, состоящими из корпуса и сменных плашек. Корпус изготовляется из среднеуглеродистых сталей типа стали 40 или из низколегированных сталей и подвергается термообработке до твердости НRC 28-32. Плашки (или сухари) непосредственно контактируют с трубой поэтому поверхность их должна быть твердой. Они изготовляются из малоуглеродистых легированных сталей типа стали 12ХН2 с цементацией и закалкой до твердости НRC 42-53, из среднеуглеродистых сталей с цементацией и обработкой поверхности токами высокой частоты или из хорошо легированных сталей с закалкой до НRC 55-58.

Для нормального функционирования клинового захвата его конструкция и размеры должны:

1) обеспечивать наружный захват труб клиньями без проскальзывания;

2) исключать возможность заклинивания деталей самого захвата;

3) исключать возможность повреждения поверхности захватываемых труб;

4) исключать появление недопустимой деформации (смятия) обжимаемой трубы.

Схема нагружения трубы и клиньев показана на рис. 3

Рис. 3

Расчетная часть

Расчет клинового захвата заключается в определении предельной осевой нагрузки, создаваемой массой колонны труб и допустимой для данной конструкции клинового захвата и типа используемых труб.

Предельная осевая нагрузка создаваемая массой колонны труб.

s_Т - предел текучести материала трубы, МПа;

F - площадь поперечного сечения трубы, м²;

d_ср - средний диаметр трубы, мм;

l - длина участка контакта клина с трубой (высота плашек), мм;

с - коэффициент охвата трубы клиньями по окружности; с ³ 0,7;

j - угол трения между наружной поверхностью клиньев и корпусом;

a - угол наклона тыльной поверхности клиньев.

tg (a + j) = 0,4

D_н - наружный диаметр трубы, м (табл. 2);

d_в - внутренний диаметр трубы, м ;

d_в = D_н - 2 S;

S = толщина стенки трубы (табл. 2);

l - длина плашек, м ,

измеряется на натурном образце в соответствии с вариантом задания

с - коэффициент охвата трубы клиньями.

Определяется по натурному образцу. Необходимо рассчитать процент охвата трубы клиньями, это и будет коэффициент с.

Зная предельную осевую нагрузку, необходимо определить глубину спуска колонны НКТ.

q_тр - приведенный вес одного метра труб в воздухе , Н/м

m_г-масса одного метра гладкой части трубы, кг (табл. 2)

m_м - масса муфты, кг (табл. 2)

l_т - длина одной трубы , принимается равной 8 м.

Таблица №1

Характеристика НКТ

			муфта, мм	масса, кг
условный диаметр, мм	наружный диаметр, мм	толщина стенки, мм	наружный диаметр	длина	гладкой трубы	муфты
	48,3	4,0	56,0		4,39	0,5
	60,3	5,0	73,0		6,48	1,3
	73,0	5,5	89,0		9,16	2,4
		7,0
	88,9	6,5	107,0		13,22	3,6
	101,6	6,5	121,0		15,22	4,5
	114,3	7,0	132,5		18,47	5,1

Таблица №2

Механические свойства НКТ

показатели	группа прочности стали
	С	Д	К	Е	Л	М
временное сопротивление разрыву, МПА
предел текучести, МПа

Таблица№ 3

Варианты заданий к выполнению лабораторной работы

вариант
длина трубы, мм
толщина стенки, мм	4,0	5,0	5,5	6,5	6,5	7,0	7,0	4,0	5,0	6,5
предел текучести материала трубы	С	Д	К	Е	Л	М	С	Д	С	К

Приложение 1

Альметьевский государственный нефтяной институт

Кафедра нефтегазового образования

Лабораторная работа №1

Изучение конструкции ключа АПР -2

и расчет максимальной глубины спуска колонна НКТ

Выполнил :

ст.гр

Проверил :

Оценка :

Альметьевск 2004

Список литературы

1. Архипов К.И. Принцип действия и расчет клиновых захватов. Методическое пособие к практической работе.-Альметьевск, 2001г.-12с.

2. Бухаленко Е.И., Аблдуллаев Ю.Г. Монтаж, обслуживание и ремонт нефтепромыслового оборудования. - М: Недра, 1985. -391с.

3. Сулейманов А.Б., Карапетов К.А., Яшин А.С.Практические расчеты при текущем и капитальном ремонте скважин. М: Недра, 1984. -225с