книги из ГПНТБ / Халилов А.А. Техника подземного ремонта нефтяных скважин

Диаметры и длина образцов измеряются как до испы­ тания, так и после.

Обмер образцов до испытания: диаметр dQизмеряется в трех местах по длине рабочей части образца, в каж­

дом месте — в двух взаимно перпендикулярных направ­ лениях.

Начальная расчетная длина образца /0 обозначается заранее на образце кернами по специальному шаблону (в нашем случае расстояние между кернами — 25 мм).

Измеряется длина U образца после испытания (раз­ рыва) следующим-образом: обе части образца соединяют в месте разрыва, прижимая их как можно плотнее друг к другу крайними рисками, нанесенными на образец и определяющими границы расчетной длины. Диаметр dі шейки после разрыва измеряют в двух взаимно перпен­ дикулярных направлениях. По среднеарифметическому двух наименьших значений для диаметра вычисляют площадь сечения шейки.

После замеров по соответствующим формулам опре­ деляем:

'образца, мм2;

2)предел прочности при растяжении:

141

где F\ — площадь поперечного сечения в месте разрыва (в шейке), мм.

Для испытания на ударную вязкость из испытуемых деталей ключа (челюсти и рукоятки) после термообра­ ботки вырезают образцы. Образцы изготовляются согласно ГОСТу 9454—60 на фрезерном и затем плоско­ шлифовальном станке с соблюдением условий, предо­ храняющих металл от наклепа и нагрева. Надрез образ­ ца производят шлифовальным камнем, строго перпенди­ кулярно к его граням. Маркируют образцы по торцам.

Испытания образцов на ударную вязкость произво­ дятся на маятниковой копре МК-30.

Перед испытанием маятник копры отводится на одну из ступенек высоты. Затем образец помещается на опоры копры так, чтобы надрез был обращен в сторону, про­ тивоположную удару. При этом образец устанавливают так, чтобы расстояние между центральными линиями ножа и надреза образца не превышало 0,2 мм. После закладки образца маятник Спускается и наносит удар по образцу.

Ударная вязкость после разрушения образца опре­

где А к — работа, затраченная на удар по образцу, опре­ деляется по шкале, градуированной непосред­ ственно в кгм;

F — площадь поперечного сечения образца в месте надреза до испытания, см2.

В том случае, если материал изготовленной и под­ вергнутой испытаниям партии деталей не соответствует - требованиям ГОСТа, вся партия бракуется. После пов­ торной термообработки из этой партии деталей изготов­ ляются образцы в двойном количестве и подвергаются повторным испытаниям.

Результаты механических испытаний образцов, под­ считанные по формулам, приведены в таблице 38.

По ГОСТу 4543—61 для конструкционной легирован­ ной стали марки 40Х — в термически обработанном со­ стоянии при испытании на растяжение и при определении

142

Таблица 38

ударной вязкости механические свойства должны соот­ ветствовать следующим нормам:

Как видно из таблицы 35, материал, из которого из­ готовлены детали ключа, рукоятки и челюсти, удовлет­ воряет требованиям ГОСТа.

8. СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ КЛЮЧА

•

На заводском стенде проверяется прочность ключа и надежность захвата трубы.

На плите, являющейся основанием стенда, прикреп­ лен к стойкам цилиндр. На высоте оси цилиндра уста­ новлена передвижная рама, которая одним концом через регулировочный винт упирается в наружную^часть выхо­ дящего из цилиндра поршня, а другим—присоединяется к испытуемому ключу (рис. 48).

Для испытания ключей разных размеров на салазках плиты установлен передвижной стол со сменными оправ-і ками, на которые надеваются испытуемые ключи.

143

Стенд приводится в движение от гидравлического на­ соса, соединенного системой труб с цилиндром.

Испытуемый ключ надевается на оправку стола, а концомрукоятки прикрепляется к подвижной раме. За­ пускается в действие гидравлический насос, он подает масло в цилиндр и передвигает раму, которая тянет за собой рукоятку ключа и создает натяжение и захват

•оправки ключом.

(вверху — схем а работы стенда; вни зу— ги др авли ­ ческая схем а питания стен д а ):

/ —оправка стола; 2—подвижная рама; 3—цилиндр; -/—манометр;

6—вентиль; 7—трубопровод; 8—индикатор; 9—регулировочный

винт

Подвижную раму стенда можно также перемещать с помощью регулировочного винта.

По установленному на цилиндре манометру опреде­ ляют давление, а следовательно, и усилие, передаваемое на ключ. Показание 1 атм на манометре соответствует 184 кг усилия на рукоятку ключа.

144

В связи с необходимостью проводить испытание на небольшие нагрузки его выполняют вручную с помощью регулировочного винта стенда.

Испытанию на стенде подвергались два ключа. Пер­ вый ключ был установлен на стенде на оправке, соответ­ ствующей диаметру труб 89 мм — максимальному за­ хвату ключа. Ключом, установленным на стенде, была

скальзывания рукоятки к ее концу была приварена попе­ речная планка).

В челюсти ключа в двух местах были приварены стержни, на которые установили индикатор. С помощью индикатора замерялись величины упругих деформаций, а также начало остаточной деформации. На цилиндре стенда был укреплен манометр на 10 атм.

Ключ подвергался многократным испытаниям. Они

.проводились с постепенно возрастающей нагрузкой, передававшейся через нажим на конец рукоятки (как это видно на рис. 48), и каждый раз снимались показания манометра и индикатора.

Лишь при нагрузке 367 кг началась деформация ру­ коятки в местах, расположенных ближе к челюсти. Уве­ личение нагрузки вызвало более значительные деформа­ ции рукоятки. Испытания продолжались до нагрузки 477 кг, II было обнаружено, что, кроме сильной деформа­ ции рукоятки, на плашке частично выкрошились три зуба.

В такой же последовательности производились испы­ тания и второго ключа, с той разницей, что рукоятка ключа была наращена до общей длины 1 м. Нагрузка на ключ составляла 294 кг, остаточных деформаций в дета­ лях не наблюдалось, за исключением двух частично вы­ крошенных зубьев на сухаре и плашке. Поскольку, по литературным источникам, нагрузки более 300 кг на дли­ ну рукоятки в 1 м не требуется, необходимости в даль­ нейших испытаниях не было.

По результатам испытаний была составлена техноло­ гия термической обработки сухарей и плашек для при­ дания им предусмотренной техническими условиями твердости.

Испытания полностью подтвердили надежность за­ хвата ключами, предусмотренных диаметров труб и рас­ четные данные ключа на прочность.

Г Л AB А VII

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ КЛЮЧЕЙ ХАЛИЛОВА

При конструировании и изготовлении новых инстру­ ментов трудно предвидеть возможные недостатки. Для выявления и устранения конструктивных недостатков ключа, а также уменьшения производственных затрат на освоение серийного производства ключей были изготов­ лены опытные образцы и испытаны на стенде. Практика освоения новых инструментов показывает, что изгото­ вить опытные образцы конструкции и испытать их на стенде недостаточно, необходимо изготовить опытную партию для промышленного испытания в специфических условиях работы ключа. Только после тщательных про­ мышленных испытаний и внесения соответствующих исправлений в чертежи следует начать серийный выпуск.

1. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Широким промышленным испытаниям конструкции ключей Халилова в работе бригад подземного ремонта нефтяных скважин предшествовали стендовые испыта­ ния первых опытных образцов на заводе, а затем в учебно-экспериментальной буровой «Лениннефти». В результате этих испытаний были выявлены некоторые недостатки конструкции ключа.

Для первого промышленного испытания ключей после устранения недостатков, обнаруженных при стендовых испытаниях, была изготовлена опытная партия из 2Ö ключей. Испытания проводились одновременно в трех нефтепромысловых управлениях—в «Лениннефти» (на 5-м промысле), в «Орджоникидзенефти» (на 11-м про­ мысле) и им. 26 бакинских комиссаров (на 3-м промысле).

Первые промышленные испытания показали хорошие эксплуатационные качества ключей.

Нефтяники одобрили конструкцию ключей Халилова. Судя по заключениям комиссии, проводившей испытания в 1956 году по утвержденной методике, можно сказать, что ключи Халилова имеют значительные преимущества перед цепными ключами и что они способствуют:

146

а) облегчению условий труда в бригадах подземного ремонта скважин;

б) повышению производительности труда при спусков подъеме труб в подземном ремонте;

в) улучшению условий безопасности работ при свин­ чивании и развинчивании труб.

Комиссия признала возможность серийного выпуска ключей конструкции Халилова, отметила, однако, их не­ долговечность— 10— 12 суток (в среднем). Комиссия ре­ комендовала в дальнейшем принять практические меры по улучшению качества плашек и сухарей для повыше­ ния их износоустойчивости.

Плашки и сухари как для опытной партии ключей, так и для остальных ключей, выпускавшихся в течение 1956 года, были изготовлены из стали марки 40ХН вме­ сто отсутствовавшей в то время марки 50ХН. Твердость плашек и сухарей после термообработки была в преде­ лах 45—50.

После широких промышленных испытаний ключей в чертежи были внесены небольшие изменения, улучша­ ющие эксплуатационные качества ключей. В частности, сухари и плашки стали изготовлять из стали 50ХН с повышенной твердостью (HRC = 52—58). Зубья сухарей и плашек, изготовлявшиеся ранее косыми, стали делать прямого профиля.

Испытания партий сухарей и плашек с внесенными изменениями подтвердили большую износостойкость в работе: при спуске и подъеме только 73-мм труб факти­ ческий срок службы сухарей и плашек составлял ПО— 118 часов.

Безусловно, при работе с трубами разного диаметра (48, 60 и 73 мм) зоны работы зубьев сухарей и плашек соответственно меняются, что должно значительно уве­ личить срок их работы. Работа с улучшенными в каче­ ственном отношении сухарями и плашками на промыс­ лах «Орджоникидзенефти» и «Лениннефти» также дала положительные результаты.

Наблюдались, правда, отдельные случаи поломки че­ люсти ключа в продолбленном месте паза под плашки. Причинами поломки явились ослабление сечения челю­ сти в этом месте, более высокая твердость при термо­

147

приводило к возникновению внутренних местных напря­

жений.

После заводских исследований поломок челюстей и выяснения причин все дефекты были устранены. Был произведен перерасчет сечения на максимальное усилие, применяемое при работе ключа в промысловых условиях,

исогласно этому перерасчету площадь сечения челюсти

вместе поломок у паза была увеличена на 6 см2. Установлена нормальная, необходимая в данном слу­

чае твердость (HRC = 28—32), в конструкцию челюсти введено закругление в острых углах паза радиусом

1,5 мм.

Чтобы было удобнее в эксплуатационных условиях надевать на трубу и снимать ключ с трубы, предусмо трена небольшая ручка, ввинчиваемая в челюсть, кото­ рая одновременно заменяет стопорный винт, крепящий плашку в пазе челюсти.

Фактические затраты времени в начале промышлен­ ных испытаний этих ключей, даже при отсутствии доста­ точных трудовых навыков у операторов подземного ре­ монта, свидетельствовали о высокой производительности ключей и одновременно полностью подтверждали на­ дежность захвата труб и безопасность их в работе.

2. ЭКСПЛУАТАЦИЯ КЛЮЧЕЙ

Подземный ремонт нефтяных скважин является са­ мым важным и решающим моментом в нефтедобыче. Бо­ лее 7 з рабочих на промыслах были заняты в ремонте, и ежегодно на него затрачиваются значительные суммы.

Бригады подземного ремонта заняты выполнением всех видов ремонтных работ с подземным оборудова­ нием, применяемым для нормальной откачки нефти из скважин. Число бригад подземного ремонта зависит в основном от количества действующих на промысле сква­ жин и сложности их эксплуатации. В каждой вахте работают оператор со своим помощником и тракторист на подъемнике.

Для проведения ремонтных работ оператор и его по­ мощник имеют все необходимые инструменты. Наиболее важным среди них является ключ для свинчивания и раз­ винчивания насосно-компрессорных труб. Для этой цели операторы подземного ремонта пользуются цепными

148

ключами, а при механизированной работе с автоматами АПР-2 — ключами Молчанова.

Как цепные, так и ключи Молчанова имеют суще­ ственные недостатки (о которых подробно было сказано в главе IV), снижающие производительность труда бригад подземного ремонта.

При спуске и подъеме насосно-компрессорных труб в подземном ремонте 60—65% общего времени затра­ чивается на работу, связанную с ключом, т. е. на заряд­ ку ключей, свинчивание или развинчивание труб, снятиа ключей. Это наиболее трудоемкий участок работы, и об­ легчение этих работ в подземном ремонте скважин весь­ ма важно. Необходима механизация труда бригад под­ земного ремонта, возможная при применении простого, надежного и быстродействующего ключа.

Характерны показатели роста производительности труда при работе с ключами Халилова как вручную, так и с автоматом АПР-2.

Нормативно-исследовательской станцией (НИС) быв­ шего Миннефтепрома Азербайджанской ССР проведены хронометражные наблюдения на промыслах Азербай­ джана при производстве спуска и подъема труб в под­ земном ремонте скважин с применением ключей Хали­ лова и цепных ключей.

Результаты наблюдений (в среднем) приведены в таблицах 39—42.

Особенно эффективно промышленное применение ключей Халилова взамен ключей Молчанова при меха­ низированном свинчивании и развинчивании труб.

Ключи Халилова с автоматом АПР-2 широко приме­ няются на нефтепромыслах «Лениннефти», «Орджоникидзенефти», «Кировнефти» и др.

Результаты 60 хронометражных наблюдений, прове­ денных на 3-м и 4-м промыслах в Локбатане, при'спускоподъемных операциях с применением автомата как с ключами Молчанова, так и с ключами Халилова приве­ дены в таблице 39 (среднеарифметическое значение).

Как видно из таблицы 39, надевание и снятие ключа с трубы по сравнению с ключами Молчанова значитель­ но ускоряется.

На 4-м промысле при подъеме 73-мм трубы с приме­ нением автомата произведено 15 хронометражных на­ блюдений; если при работе с ключом Молчанова средние

149

150