Назначение, устройство элеватора типа ЭТА - 50, его возможные отказы и неисправности

Трубный элеватор ЭТА - 50 с автоматическим запирающим устройством предназначен для захватывания под муфту насосно-компрессорных труб с условным диаметром от 48 до 89 мм и бурильных труб с условным диаметром от 80 до 89 мм и удержания их на весу в процессе СПО при освоении и ремонте нефтяных и газовых скважин.

Технические данные:

Грузоподъемность, т 50

Условный диаметр захватываемых труб, мм 48-89

Диаметр отверстия под трубу, мм 112

Габаритные размеры, мм

высота 560

длина 283

ширина 230

Масса элеватора с серьгой и захватом, кг 25

Элеватор ЭТА-50 состоит из корпуса, серьги, захвата, рукоятки и направляющих. Корпус соединен с серьгой шарнирно посредством пальцев. Внутренняя поверхность корпуса имеет опорную поверхность под захват, на который опирается муфта трубы. Вес колонны труб через захват передается на корпус элеватора. Захват состоит из правой и левой челюстей, соединенных между собой пальцем, и штока. Шток в свою очередь соединен с рукояткой. Рукоятка выполняет функции обычной рабочей рукоятки, а также служит для открывания и закрывания челюстей захвата и фиксации их в крайних положениях. Рукоятка - сборочная единица, состоящая из рукоятки, рычага, фиксатора и двух пружин. Узел захвата быстрозаменяем и выбирается в зависимости от диаметра насосно-компрессорных труб. Перед началом эксплуатации элеватора необходимо:

осмотреть элеватор: остаточная деформация, изломы, искривления, износы, заедания не допускаются;

проверить выход фиксатора из отверстия рукоятки: выход пальца из отверстия рукоятки должен быть не менее 17 мм;

проверить работу дополнительного запирания: шток в рукоятке должен перемещаться свободно, прикрытие по наружному диаметру штока должно быть не менее 3 мм.

При заведении элеватора на трубу челюсти должны находиться в открытом положении. Для этого оператор отнимает фиксатор при помощи рычага рукоятки и после выхода фиксатора из зацепления с приливом корпуса поворачивает рукоятку по часовой стрелке до упора. Затем при помощи рукоятки приподнимают корпус элеватора, при этом шлицы штока захвата попадают в шлицевые канавки втулки рукоятки и захват в целом, скользя по опорной поверхности корпуса выходит из последнего, раскрывая челюсти благодаря направляющим. При посадке элеватора на трубу челюсти, охватив трубу, при надвигании автоматически закрываются при помощи направляющих и полностью совместно с трубой входят внутрь корпуса. После этого необходимо повернуть рукоятку против часовой стрелки до упора щеки о ребро корпуса, фиксируя закрытое положение элеватора. При этом подпружиненный фиксатор рукоятки заходит за прилив корпуса, стопоря рукоятку элеватора. При неполном заходе челюстей внутрь корпуса невозможно будет повернуть рукоятку, так как шлицы штока не освободятся от шлицевых канавок втулки рукоятки.

Для снятия элеватора с трубы оператору необходимо отжать фиксатор рычагом рукоятки и повернуть ее по часовой стрелке до упора ограничителя щеки рукоятки о ребро корпуса элеватора. После этого элеватор отводят, челюсти захвата, скользя по наружной поверхности трубы, автоматически выходят из корпуса элеватора и, скользя по направляющим, полностью раскрываются, освобождая элеватор.

Элеватор ЭТА-50 применяется в умеренном и холодном макроклиматических районах.

Хотя элеваторы типа ЭТА обладают рядом преимуществ (конструкцией, технологичностью, удобством, безопасностью) из промысловой практики известны случаи выпадения трубы из казалось бы вполне исправного элеватора данного типа.

Специалистами ОАО «Ишимбайский машиностроительный завод» (Ю.Г, Вагапов, Г.С. Шарафутдинов, Н.Г. Орлов) при участии сотрудников УГНТУ (С.Ю. Вагапов) был проведен подробный анализ известных аварий и нарушений работы элеваторов ЭТА-50 без их разрушения. Полученные результаты позволяют выделить три группы причин:

нарушение правил техники безопасности и приемов выполнения операций при работе с данным инструментом;

конструктивные недостатки;

нарушение правил механического обслуживания и ремонта элеваторов ЭТА-50.

Нарушения, связанные с процессом снятия элеватора с трубы при укладке ее на мостки в горизонтальное положение.

а) Открытие замка элеватора до окончательной укладки трубы на мостки, то есть «на лету», в момент, когда верхний конец ИКТ еще висит на захвате элеватора. При этом после открытия замка элеватора челюсти захвата вместе с трубой срываются с упорного элемента замка и после некоторого свободного падения с силой ударяются о направляющие, так как в конструкции элеваторов ЭТА-50 имеется значительный свободный ход узла захвата от его фиксированного (закрытого) положения до положения, когда челюсти начинают взаимодействовать с направляющими в процессе освобождения трубы (54 мм). Оценка сил ударного взаимодействия захвата с направляющими показывает, что такие силы могут быть достаточны для смещения, деформации или даже разрушения направляющих, особенно если работа проводится в холодное время года.

б) Совмещение во времени процесса открытия замка элеватора с началом подъема талевого блока. При такой работе подъем элеватора с трубы, лежащей на мостках, фактически проводится не усилием руки, как этого требуют правила, а с участием талевого блока, начавшего двигаться вверх. Если в момент начала движения элеватора вверх произошло его штатное освобождение от трубы, то удается избежать аварии. Если по какой-то из причин произойдет задержка раскрытия челюстей элеватора, то труба будет немедленно увлечена в элеваторе вверх и после ее неизбежного сотрясения при движении нижнего конца по мосткам она выпадет из элеватора, что создает аварийную ситуацию. Подобные аварии могут привести к травмированию персонала.

Описанные нарушения приемов работы с ЭТА - 50 усугубляются тем, что захваты при этом находятся внизу элеватора и не видны оператору, это затрудняет визуальный контроль процесса полного освобождения трубы. Указанные опасные моменты при эксплуатации ЭТА - 50 частично устраняются корректировками технологии спускоподъемных операций: введения в правила требования располагать элеватор на наклонной трубе захватами вверх. При этом становится невозможным освободить трубу до момента ее укладки на мостики, однако в технологию вводятся дополнительные операции: поворот элеватора в сторону мостков перед началом подъема, поворот в обратную сторону после укладки на мостки. В промысловой практике данное требование нередко нарушается из-за экономии времени и физических усилий на СПО.

Нарушения, связанные с конструктивными и кинематическими особенностями механизма элеваторов ЭТА-50, наличие которых в определенных условиях может вызвать заклинивание захвата с трубой в корпусе элеватора после открытия его замка. Также это может произойти при наличии в размерах деталей неблагоприятного сочетания отклонений, допущенных в процессе изготовления или износа.

Раскрытие в штатном режиме осуществляется следующим образом. Шток движется поступательно по оси втулки и бобышки корпуса. При этом челюсть, шарнирно связанная со штоком, также скользит относительно корпуса. На верхней ее части выполнены скошенные поверхности, которые при взаимодействии с соответствующими поверхностями направляющих дают усилие для раскрытия челюстей.

Наблюдения показывают, что в процессе эксплуатации элеваторы вследствие износа образуются значительные зазоры в элементах трения «шток-втулка-бобышка корпуса». Наличие увеличенных зазоров проявляется в виде углового люфта α, в результате шток отклоняется от продольной оси корпуса и выдвижение захвата может сопровождаться его взаимодействием с кромкой К (К', К'') лишь одной стороны корпуса. В дальнейшем, по мере выхода из корпуса, сомкнутые челюсти могут еще больше отклониться в одну сторону от плоскости симметрии корпуса. В данном случае при подходе другой челюсти к своей направляющей ее кромка С (С', С'') соприкасается не с соответствующей поверхностью направляющей, а с ее торцом шириной 2 мм - кромка Н (Н', Н'').

Заклинивание захвата элеватора ЭТА-50 может происходить также в результате ослабления крепления направляющих к корпусу, что необходимо принимать во внимание при обслуживании элеватора. Несмотря на наличие ограничительных элементов на корпусе для фиксации направляющих, последние могут отклоняться от рабочих позиций за счет лифтов в конструкции, если они не закреплены необходимым натягом гаек и контргаек. Появлению указанных нарушений в распоряжении направляющих на корпусе, как вполне понятно, существенно способствуют ударные нагрузки в процессе освобождения трубы в ранее описанном случае.

Разделение причин аварий в значительной мере является условным, поскольку они, как правило, взаимосвязаны.