Литературный обзор трубных элеваторов

 

Трубный элеватор - инструмент, которым осуществляется захват трубы и удержание на весу в процессе спускоподъемных операций. Основным элементом конструкции элеватора является затвор, который должен обеспечивать надежное соединение захватного устройства в период спускоподъемных операций. Поэтому каждый затвор оснащается предохранительным устройством для предупреждения самооткрывания. Элеватор - грузоподъемное устройство, воспринимающее вес колонны труб и дополнительные нагрузки. Суммарная предельно допустимая нагрузка на элеватор называется его грузоподъемностью.

Конструктивное исполнение элеватора зависит от диаметра захватываемых труб, от способа захватывания, массы несущей нагрузки, технологии ремонта. Этим объясняется многообразие конструкций трубных элеваторов, применяемых при ремонте скважин. Элеватор подвешивается к крюку талевой системы при помощи серьги или штропа. К настоящему времени широкое применение получили четыре основных принципиально отличающихся типа трубных элеваторов (рисунок 1.1):

элеватор, выполненный по балочной схеме, удерживающий трубу путем опоры ее торца на корпус элеватора, используется для муфтовых труб и для безмуфтовых с высадкой наружу

элеватор, выполненный по балочной схеме, удерживающий трубу за ее гладкую часть клиньями, встроенными в корпус элеватора, используется для безмуфтовых труб с высадкой внутрь;

элеватор, выполненный по втулочной схеме, удерживающий трубу путем опоры торца муфты трубы на опорный бурт внутри элеватора, используется для муфтовых труб.

Рисунок 1.1 - Схемы трубных элеваторов: а - балочный для труб с муфтами; б - балочный для безмуфтовых труб с наружной высадкой; в- балочный для безмуфтовых гладких труб; г- втулочный

 

Массы элеваторов одного типа примерно пропорциональны его грузоподъемности и зависят от диаметра труб, для которых они предназначены. Грузоподъемности же элеваторов зависят от глубин скважин.

Требования, предъявляемые к элеваторам:

обеспечение надежной работы в условиях сильной загрязненности нефтью, парафином, солями при низких температурах;

стойкость к динамическим нагрузкам (рывки, удары) при ловильных работах;

легкость и удобство в работе;

отсутствие выступающих частей.

Наиболее ответственным элементом элеватора является механизм запирания, поэтому к нему предъявляются следующие требования:

обеспечение надежной работы в рукавицах, причем одной рукой;

выдерживать большое число циклов открытия - закрытия;

обеспечивать несколько ступеней защиты от несанкционированного раскрытия;

положение механизма запирания «открыто» или «закрыто» должно быть видно в условиях недостаточной освещенности.

Отечественной промышленностью многие годы выпускаются трубные элеваторы, выполненные по «балочной схеме, типа «Красное Сормово», системы Халатяна или Карташева. Недостатками балочных элеваторов являются их большой вес и металлоемкость. Даже при малых грузоподъемностях их масса составляет 40 - 50 кг, а при грузоподъемностях 75 - 80 т массы их превышают 80 - 100 кг, что делает ручные операции с ними крайне тяжелыми. Большие массы трубных элеваторов обусловлены схемой, представляющей балку на двух опорах (то есть на штропах), нагруженную весом колонн труб посередине. В результате корпус балочного элеватора работает на изгиб. При этом напряжение изгиба тем меньше, чем меньше изгибающий момент, который при постоянной нагрузке зависит от расстояния между опорами. Отсюда вывод, что для облегчения элеватора его конструкция должна позволять предельно близко размещать штропы. В лучших конструкциях балочных элеваторов это предусмотрено, и резервы облегчения за счет уменьшения плеча исчерпаны. При работе с такими элеваторами обычно используют два тяжелых штропа.

Трубные элеваторы балочного типа изготовляются из стальных кованных, штампованных или литых заготовок, как правило, из сталей, легированных хромом, молибденом, реже никелем. При изготовлении корпусных деталей из литых заготовок к качеству литья предъявляются особо высокие требования: в заготовках не должно быть каких-либо литейных пороков, так как исправление их с последующим использованием деталей недопустимо. В то же время равнопрочность деталей элеваторов возможна лишь при условии сложной их конфигурации, получения которой возможно только литьем. Они отличаются главным образом конструкцией запорной системы.

В небольшом количестве нефтепромысловых предприятиях имеются элеваторы, выполненные по той же схеме, но из легкого сплава (система Азинмаша), производство их прекращено. Для облегчения операций с элеваторами Азинмашем была предложена нормаль Н 800 - 56, предусматривающая выпуск элеваторов нескольких грузоподъемностей для каждого размера труб. Однако, как показала практика, и в этом случае эффект значительного уменьшения трудоемкости не достигается.

Значительное (трех-четырехкратное) уменьшение массы достигнуто в элеваторах, выполненных по схеме, предложенной Г.В.Молчановым. Втулочный (одноштропный) элеватор принципиально отличается от балочного тем, что корпус вытянут в направлении нагрузки и работает в основном на растяжение. Элеватор этого типа поставляется вместе с шарнирно связанным с ним штропом, называемым серьгой. Конструкция построена таким образом, чтобы внутренняя поверхность полости корпуса - основной по весу детали элеватора - была бы во всех поперечных сечениях предельно близка к поверхности, размещенной внутри нее муфты трубы, что и обеспечивает минимальные действующие в корпусе изгибающие напряжения - корпус работает в основном на растяжение.

Принцип устройства втулочного элеватора позволил упростить изготовление штропа, придав ему форму серьги, и многократно уменьшить его массу.

Преимущества элеваторов втулочного типа привели к использованию принципа его устройства в разных конструктивных вариантах, как, например, ЭГ, ЭНК, ЭТА и т.п. Также особенностью одноштропного элеватора является использование одного большого размера элеватора в работе с трубами нескольких диаметров путем применения сменных под каждый размер трубы захватов.

Анализ способов выполнения спуско-подъемных операций с трубами показал, что операции с элеваторами могут быть значительно облегчены путем отказа от работы по способу «два элеватора» и переходу на способ «один элеватор + спайдер». В этом случае величина ручных усилий на перемещение элеватора, время и усилия на зарядку и съем штропов резко сокращаются или вообще устраняются.

Элеваторы системы Молчанова рассчитаны на более прогрессивную, менее трудоемкую технологию работы «один элеватор + спайдер» с использованием одного штропа.

Отечественная промышленность серийно выпускает эти элеваторы с 1949 года.

 

Таблица 1.1 - Характеристика элеватора системы Молчанова (первая модель)

Наименование	Э - 1	Э - 2	Э - 2
Диаметр труб, мм	48	60,3	73
Грузоподъемность, м	25	25	25
Масса со штропом, кг	27,7	28,1	30,4

 

Элеватор второй модели, выпускаемый с 1965 года, отличается наличием ребер на корпусе и серьгой увеличенной длины, рассчитан на работу с укладкой труб на мостки, но может использоваться и при установке труб «за палец». Состоит он из стального литого (по выплавляемой модели) корпуса, штампованных створки, защелки, фиксатора и штропа - серьги, соединенной с корпусом пальцами. Перечисленные детали изготавливаются из стали марок 40ХН и 20ХНЗА или 15ХНЗА, термообработанной до невысокой твердости.

Небольшая масса элеватора сделала возможным и целесообразным выпускать для каждого типоразмера трубы лишь одного размера элеватора, имеющего максимальную грузоподъемность, позволяющего обслуживать самые глубокие скважины. Элеваторы имеет три степени защиты от несанкционированного раскрытия. При отказе одновременно двух из них створки не откроются.

Таблица 1.2 - Характеристика элеватора системы Молчанова (вторая модель)

Наименование	Э-1	Э-2	Э-2
Диаметр труб, мм	48	60,3	73
Грузоподъемность, м	16	50	75
Масса со штропом, кг	8	11	14,5

 

В ограниченном количестве используются два конструктивных варианта элеватора этой системы, выпускавшиеся под шифром ЭНК и отличающиеся от основного системой запорного устройства. Элеваторы этой конструкции выпускает завод им. Володарского (г. Баку). Основные его детали: кованый корпус, серьга, запорное кольцо, подпружиненная защелка, насаженная на палец. Для удобства обращения служит приваренная к защелке ручка. Муфта трубы опирается на выступ полукольцевой формы.

В первом варианте вместо створки, несущей часть нагрузки, использован затвор системы Халатяна (кольцо, охватывающее корпус элеватора снаружи), во втором - затвор, названный «винтовочным».

Исследования этих двух вариантов элеватора в Гипронефтемаше показали, что из-за отсутствия части опорной поверхности под муфтой трубы в зоне зева давление от торца муфты на опорную поверхность элеватора распределяется неравномерно, что приводит к возникновению усилий, изгибающих резьбовое соединение труба - муфта. Поэтому, несмотря на простоту, элеваторы с такими запорами применять при больших нагрузках не рекомендуется. Из-за больших контактных давлений элеваторы с такими запорами менее долговечны.

Элеватор типа ЭТА отличается от своих предшественников тем, что он универсален. Одним элеватором можно производить захват труб с условными диаметрами от 48 до 89 мм. Элеватор комплектуется тремя захватами разных диаметров, что позволяет быстро перейти от труб одного типоразмера к другому. Также эти элеваторы обладают следующими преимуществами: технологичность в процессе СПО, удобство в эксплуатации и безопасность.