Элеватор трубный ЭТА-П повышенной надежности

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

В дипломном проекте рассматривается трубный элеватор ЭТА-П Ишимбайского машиностроительного завода, применяемый при спускоподъемных операциях подземного ремонта скважин.

При существующем уровне механизации и используемых технологиях спускоподъемных операций (СПО) они выполняются при всех видах подземного ремонта скважин с использованием ручного инструмента. К этому инструменту относятся: трубные элеваторы, трубные ключи, спайдеры, штанговые элеваторы и штанговые ключи. Количество операций, ежегодно выполняемых с помощью этих инструментов, измеряются многими десятками миллионов. Поэтому к спускоподъемному инструменту предъявляются высокие требования по надежности, удобству работы и, особенно, по обеспечению безопасности труда рабочего, пользующегося им.

Влияние спускоподъемного инструмента на темп и качество выполнения операций и процессов в целом, на безопасность работ является причиной конструирования, выпуска и эксплуатации большого числа типов и вариантов этого инструмента.

Элеватор ЭТА-П является усовершенствованной моделью трубного элеватора ЭТА-50.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ПАТЕНТНАЯ ПРОРАБОТКА ТРУБНЫХ ЭЛЕВАТОРОВ

1.1 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.

1.2 Патентная проработка трубных элеваторов

В данном разделе рассмотрены последние разработки, статьи, научные работы, связанные с усовершенствованием, анализом эксплуатации и повышением надежности трубных элеваторов.

В статье Ю.Г. Вагапова, И.Ф. Занилова, В.А. Стрижкова, В.А. Персыпко, С.Ю. Вагапова «Элеватор ЭТА с новой системой запирания» («Нефтяное хозяйство», 5/1998) описывается элеватор ЭТА-П, усовершенствованная модель элеватора ЭТА. Принципиальное отличие состоит в том, что рукоятка выполнена неподвижной и фиксация захвата происходит с помощью пальца, что дает преимущества в таких вопросах, как повышение надежности и безопасности при эксплуатации элеватора данной модели. В статье Ю.Г. Вагапова, Р.С. Шарафутдинова, И.Г. Орлова «Об особенностях конструкции и эксплуатации элеваторов типа ЭТА» («Нефтяное хозяйство», 12/2000) приводится анализ нарушений, выявленных при эксплуатации элеваторов ЭТА, недостатки конструкции и предположение по усовершенствованию конструкций. Специалистами «Ишимбайского машиностроительного завода» были выделены три группы причин. Первая группа связана с нарушениями правил техники безопасности и приемов выполнения операций при работе с данным элеватором, вторая группа - с конструктивными недостатками, присущими данной конструкции, третья - с нарушениями правил технического обслуживания и ремонта элеваторов ЭТА. В связи с эти была предложена новая модель элеватора, на основе элеватора ЭТА, устраняющая эти недостатки.

Среди новых разработок можно также выделить следующие:

- элеватор для насосно-компрессорных труб (номер патента №2099503), отличающийся тем, что рукоятка на корпусе выполнена неподвижно и в ее стойке размещен элемент фиксации с возможностью взаимодействия с отверстиями, выполненными на штоке и бобышке корпуса. Между рычагом и элементом и элементом фиксации установлена тяга, которая подпружинена относительно рукоятки и соединена с ними посредством шарниров, причем ось шарнира, связывающая рычаг с тягой размещена подвижно в пазе, а тяга и рукоятка снабжены упорами, взаимодействующими между собой;

- элеватор для насосно-компрессорных труб (номер патента №2128767), отличающийся тем, что захватный узел снабжен съемным вкладышем, состоящий из стержня, на котором размещены два бурта для взаимодействия с челюстями захватного узла и нижним торцом корпуса. При этом на торце стержня установлена серьга, а в плоскости оси элеватора на вкладыше выполнен вырез для закладывания в серьгу вкладыша петли монтажного троса или серьги штангового элеватора (рисунок 1.2).

Томским политехническим университетом была сделана научная работа на тему: «Разработка методики продления срока службы грузоподъемного инструмента для подземного ремонта скважин». Цель данной работы - повышение надежности нефтяного оборудования за счет разработки технологии контроля качества элеваторов, применяемых при спуске и подъеме колонны. Были получены следующие научные и практические результаты:

- проведен анализ основных причин отказов элеваторов, выявлены характерные дефекты для различных узлов элеваторов;

- показано, что для выявления усталостных поверхностных трещин целесообразно применение магнитопорошковой дефектоскопии;

- проведен выбор и расчет режимов намагничивания для разных узлов и конструкций элеваторов, изготовленных из различных марок сталей;

- разработаны технологические карты контроля для различных типов элеваторов, переданные в опытную эксплуатацию в Сургутское управление бурильных работ СУБР - 2.



Рисунок 1.2 - Съемный вкладыш для элеваторов типа ЭТА

2. 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:

1 Грузоподъемность, т 50

2 Условный диаметр захватываемых труб, мм 48-89

3 Диаметр отверстия под трубу, мм 112

4 Габаритные размеры, мм

- высота 560

- длина 283

- ширина 230

5 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.

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

1а) 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.

1б) 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.

2 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 б, 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.

3. ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПО УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕВАТОРА ЭТА-50

Специалистами ОАО «Ишимбайский машиностроительный завод» был проведен подробный анализ известных аварий и нарушений эксплуатации элеваторов ЭТА-50 без их разрушения. Основным недостатком данной конструкции является быстрый износ подвижной пары сопряжения «поворотная рукоятка-корпус», что снижает ресурс безопасной работы устройства ввиду снижения надежности фиксации захватного узла в результате указанного износа.

С учетом выводов, полученных в результате анализа, была разработана новая система запирания для элеваторов типа ЭТА. Задачей данной разработки является получение механического результата, выражающегося в устранении недостатков ближайшего аналога, а именно, повышения удобства эксплуатации путем упрощения операций его закрывания, а также путем доведения длины рукоятки до рекомендуемой требованиями эргономики величины.

Технический результат достигается тем, что в элеваторе рукоятка выполнена прямой и имеет полость, на штоке выполнено отверстие, в бобышке корпуса - паз и отверстия, элемент фиксации размещен в отверстии бобышки, расположенном у основания бобышки корпуса и взаимодействует с отверстиями штока и бобышки корпуса, паз в бобышке выполнен между отверстием и рукояткой. В пазу на оси установлен подпружиненный рычаг - коромысло с буртом, взаимодействующий обоими плечами с рычагом управления и соединенный одним плечом с элементом фиксации, причем торец рычага управления входит в паз бобышки и в закрытом положении элеватора находится над буртом рычага - коромысла.

Благодаря размещению элемента фиксации у основания бобышки отверстие на штоке, взаимодействующее с элементом фиксации, становится возможным выполнить близко к челюстям захвата, в результате чего даже шток с длиной, размещенной в пределах бобышки, после выдвижения захватного узла в процессе открывания элеватора, остается под элементом фиксации, удерживая его от перемещения вниз. Для закрывания этого устройства достаточно толкнуть его в направлении к захватываемой трубе, при этом элемент фиксации - палец скользит по штоку и в конце со щелчком входит в отверстие штока, фиксируя захватный узел относительно корпуса. А поскольку в описанном устройстве шток не выступает за пределы бобышки, его длина не влияет на габарит элеватора.

Кроме того, благодаря размещению плеча рычага, взаимодействующего с элементом фиксации, в пазе, выполненном в бобышке корпуса, стало возможным отказаться от изогнутого участка в верхней части рукоятки и выполнить ее прямой, что позволило увеличить полезную длину последней до нормативных требований.

Изложенное свидетельствует, что указанные выше отличительные признаки данной разработки придают ему новые, не присущие аналогу свойства. В связи с этим элеватор получил название ЭТА-П.

Техническая характеристика элеватора ЭТА-П:

Грузоподъемность, т 50

Диаметр труб, мм 48,60,73,89

Диаметр отверстия под трубу, мм 112

Габаритные размеры, мм

- высота 590

- длина 295

- ширина 230

5 Масса элеватора с серьгой и захватом, кг 28

Элеватор состоит из корпуса, в котором установлены челюсти со штоком, соединенные шарнирно с помощью оси. На торце бобышки корпуса приварена рукоятка. В полости рукоятки и в пазу бобышки размещено плечо рычага-коромысла, которое установлено на оси возможностью поворота под действием пружины. Посредством водила рычаг-коромысло взаимодействует с отверстием фиксирующего элемента - пальца, установленного с возможностью поступательного движения в отверстии штока. В полости рукоятки на оси установлен рычаг управления, подпружиненный пружиной. Торец рычага упирается в торец бобышки и в закрытом положении элеватора находится над буртом рычага-коромысла.

Элеватор работает следующим образом. Для открывания элеватора оператор прижимает кистью руки рычаг управления к рукоятке. При этом движении торец рычага управления сначала отходит от бурта рычага - коромысла, а потом касается закругленной поверхности на другом плече рычага - коромысла и поворачивает его относительно оси. При этом повороте водило, находящееся в зацеплении с отверстием пальца, перемещается по пазу бобышки и извлекает палец из отверстия штока вверх. Далее оператор, придерживая рычаг прижатым к рукоятке усилием, прилагаемым к последней, перемещает элеватор от захваченной трубы; при этом узел захвата со штоком выдвигается из корпуса, после чего происходит освобождение трубы из элеватора.

Для закрытия элеватора оператор надвигает на трубу, отталкивая рукоятку от себя; при этом узел захвата перемещается в корпус, а шток входит в бобышку до совмещения его отверстия с пальцем, который скользит по поверхности штока. Далее под действием усилия пружины, воздействующей на палец через водило, палец проходит через отверстие штока и запирает последний относительно бобышки. В этом положении узел «палец-водило-рычаг-коромысло» сам запирается рычагом управления, так как последний под действием своей пружины торцом устанавливается над буртом рычага - коромысла, делая невозможным самопроизвольный выход пальца из отверстия штока.

Завершение процесса запирания визуально контролируется по выступлению кромки рычага - управления над верхним торцом рукоятки. Кроме того, контроль запирания ведется и на слух, так как вход пальца в отверстие штока сопровождается щелчком.

В случае отказа пружин устройство сохраняет работоспособность по следующим причинам.

Случай 1 - отказ пружины рычага-коромысла. В этом случае поворот рычага-коромысла в сторону запирания устройства происходит в результате взаимодействия торца рычага управления с поверхностью бурта рычага - коромысла в процессе поворота рычага управления под действием его пружины.

Случай 2 - отказ пружины рычага управления. При этом вход пальца в отверстие происходит под действием усилия пружины рычага-коромысла, а рычаг управления занимает рабочее положение (над буртом или поверхностью нижнего плеча рычага-коромысла) под действием собственного веса.

Случай 3 - отказ обеих пружин. В принципе, то есть в условиях отсутствия загрязнений, устройство может оставаться в закрытом положении даже только под действием собственного веса деталей - весов пальца, рычага-коромысла и рычага управления. Благодаря этому снижается вероятность выпадения из элеватора подвешенной в нем трубы при одновременном разрушении обеих пружин, например, под действием низких температур.

Изложенное свидетельствует о значительном резерве надежности устройства, тем более в условиях, когда будет запрещена его эксплуатация уже при поломке одной из пружин механизма запирания.

Сотрудниками ОАО «Ишимбайский строительный завод» были определены усилия, необходимые для открытия элеватора ЭТА с обычным замком - с поворотной рукояткой и элеватора ЭТА-П с пальцевым замком в момент, когда труба одним концом висит на захвате над мостками и находится практическим в горизонтальном положении, те есть для случая освобождения трубы из элеватора с нарушением правил. Расчеты показывают, что при работе с элеватором ЭТА с обычным замком необходимое усилие для открытия элеватора составляет около 20 - 30 кг, при работе же элеватором ЭТА-П минимальное необходимое усилие 80 Н на кисти руки оператор не способен развивать в течение многочисленных операций открытия - закрытия, поэтому открытие элеватора типа ЭТА-П возможно лишь после укладки трубы на мостки, то есть после разгрузки механизма запирания. Данный вывод подтвердился промысловой практикой применения элеватора ЭТА-П, что нашло отражение в актах испытаний инструмента в НГДУ «Сургутнефть» в 1998 г. Таким образом применение нового механизма запирания в элеваторах ЭТА-П в принципе позволяет устранить из правил требование по повороту элеватора до и после укладки трубы на мостки, так как конструкция замка исключает возможность открытия элеватора без укладки труб на мостки. Благодаря этому использование элеваторов в ЭТА-П позволяет избежать аварий, которые связаны с такими опасными приемами работы, как сбрасывание трубы из элеватора «на лету» с некоторой высоты.

4. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕВАТОРОВ ЭTA - П

Бурное развитие в последние годы нефтяной и газовой промышленности на Севере с его сложными климатическими и географическими условиями, рост объемов производства, низкие температуры и агрессивные среды, с которыми приходится сталкиваться в процессе бурения и добычи нефти и газа, ставят перед нефтяным машиностроением еще более высокие требования к нефтегазовому оборудованию, его техническому уровню, качеству, надежности и долговечности

В нефтяной промышленности при эксплуатации грузоподъемного инструмента чаще всего приходиться встречаться с усталостными трещинами, возникающими в деталях в процессе их эксплуатации под воздействием знакопеременных нагрузок.

Дефекты в грузозахватных приспособлениях могут повлиять на безопасность подземных работ и удержания на весу колонны труб, поэтому при наличии в деталях опасных трещин их нельзя допускать к эксплуатации. Поверхностные трещины в начальной стадии развития в большинстве случаев не обнаруживаются визуальным методом контроля. Поэтому для определения трещин пользуются более совершенными методами. В результате предъявляются высокие требования к состоянию поверхности ответственных узлов бурового и нефтепромыслового оборудования и инструмента. Значительное количество поверхностных дефектов возникают в процессе деформирования грузозахватных приспособлений при перемещении грузов.

При выполнении спускоподъемных или монтажных операций безопасность и высокая производительность могут быть достигнуты лишь при правильной эксплуатации грузозахватных приспособлений и тщательном надзоре за ними.

Надежность и долговечность оборудования и инструмента могут быть обеспечены комплексом мероприятий, одним из которых является внедрение и осуществление неразрушающего контроля деталей при ремонте и эксплуатации оборудования и инструмента. Методическое обеспечение диагностики элеваторов должно развиваться и дальше в частности в направлении создания методики диагностики для конкретных типов подъемных сооружении и установок в конкретных условиях их работы.

Неразрушающий контроль, как известно, составляет важную часть системы экспертизы промышленной безопасности Госгортехнадзора России. Методы и средства НК позволяют получить объективные данные о техническом состоянии элементов и узлов, различных потенциально-опасных промышленных объектов без их разрушения или повреждения. Периодический неразрушающий контроль в процессе эксплуатации нефтяного оборудования позволяет повысить безопасность труда на промыслах, уменьшить число аварий, связанных с изломом оборудования и инструмента, и значительно улучшить технико-экономические показатели.

Для обнаружения опасных, при эксплуатации элеваторов, дефектов применяют различные методы дефектоскопии:

- визуально-измерительный;

- акустический;

- магнитопорошковый.

Наиболее распространенными являются магнитопорошковый и акустический метод, т.к. они обеспечивают высокую чувствительность, производительность и наглядность результатов контроля стальных изделий и деталей.

Система экспертизы промышленной безопасности

Согласно требованиям к оборудованию и инструменту «Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности» оборудование, инструмент и контрольно-измерительные приборы должны соответствовать требованиям «Положения о порядке разработки (проектирования), допуска к испытаниям и серийному выпуску нового бурового, нефтегазопромыслового, геологического оборудования. Эксплуатация оборудования, инструмента, контрольно-измерительных приборов должна осуществляться в соответствии с инструкциями по эксплуатации. При обнаружении в процессе монтажа, технического освидетельствования или эксплуатации несоответствия оборудования требованиям правил технической эксплуатации и безопасности оно должно быть выведено из эксплуатации. Решение о выводе из эксплуатации оборудования, инструмента, контрольно-измерительных приборов должно приниматься с учетом показателей физического износа, коррозии или результатов дефектоскопии. Критерии вывода из эксплуатации оборудования определяются разработчиком проекта на изготовление или предприятием-изготовителем и вносятся в инструкцию по эксплуатации. Возможность и срок продления эксплуатации сверх установленного определяется по согласованию с территориальным органом Госгортехнадзора России после проведения освидетельствования и необходимых испытаний такого оборудования специалистами организаций, имеющих лицензию органов Госгортехнадзора России на осуществление такого вида деятельности. По результатам освидетельствования и испытаний составляется заключение, которое является основой для принятия решения о продлении срока службы.

Данные организации составляют Систему экспертных организаций (ЭО), осуществляющих проведение различных видов экспертиз опасных производств и объектов, формировавшуюся под эгидой Госгортехнадзора России с 1993г. Важность и значимость экспертизы промышленной безопасности подтверждает тот факт, что вопросы, связанные с экспертизой промышленной безопасности, отражены в 7 из 17 статей Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов». Принятая в этом законе процедура утверждения результатов экспертизы дает Госгортехнадзору России действенный рычаг управления деятельностью экспертных организаций.

Система экспертизы промышленной безопасности (СЭПБ), созданная в 1998 г., начала успешно функционировать с 1999 г. На заседании Наблюдательного совета Системы экспертизы промышленной безопасности (02.07.99) принято решение о расширении СЭПБ и включении в нее Системы подготовки по промышленной безопасности и Системы неразрушающего контроля. Система экспертизы промышленной безопасности представляет собой совокупность участников экспертизы промышленной безопасности, а также норм, правил, методик, условий, критериев и процедур, в рамках которых осуществляется экспертная деятельность. Участниками СЭПБ являются экспертные организации; Территориальные уполномоченные органы; Координирующий орган; центральный аппарат и территориальные органы Госгортехнадзора России; Наблюдательный совет; комиссия по апелляциям, комиссия по обеспечению соответствия, комиссия по правилам, отраслевые комиссии, комиссия по аккредитации; Независимые органы по аттестации экспертов; эксперты по аккредитации.

Становление и развитие Системы экспертизы промышленной безопасности проходило в соответствии с Программой мероприятий по ее созданию, в рамках которой разработаны основные организационные документы и структура СЭПБ, а также документы, регламентирующие проведение экспертизы промышленной безопасности и аттестации экспертов в ряде отраслей промышленности; сформированы составы Наблюдательного совета и комиссий СЭПБ.

В настоящее время в рамках СЭПБ реализуются функции организационного обеспечения экспертной деятельности, нормативно-методического и информационного обеспечения процедур экспертизы промышленной безопасности, аккредитации экспертных организаций и организаций по подготовке, контроля деятельности аккредитованных экспертных организаций, подготовки и аттестации экспертов. Для обеспечения деятельности Системы экспертизы промышленной безопасности регулярно проводятся заседания Наблюдательного совета, который принимает основные документы СЭПБ и решает организационные вопросы и отраслевых комиссий, комиссий по аккредитации, комиссий по апелляциям, на которых рассматриваются претензии к деятельности Территориальных уполномоченных органов.

Координирующий орган - ГУП НТЦ «Промышленная безопасность» - ведет работу по популяризации Системы экспертизы промышленной безопасности. Информация о СЭПБ и изменениях, происходящих в ней, периодически публикуется в журнале «Безопасность труда в промышленности» и других профильных журналах, а также размещена на сайте НТЦ «Промышленная безопасность». Документы СЭПБ изданы и распространяются Координирующим органом.

4.1 Экспертное техническое диагностирование

С учётом того, что значительная часть оборудования на предприятиях нефтегазовой отрасли, находящегося в эксплуатации, отработала нормативные сроки службы, но не выработала своего ресурса и, после проведения ремонта, возможна его дальнейшая эксплуатация целесообразно проведение экспертного технического диагностирования, которое дает возможность эксплуатировать то или иное оборудование.

Экспертное техническое диагностирование (ЭТД) - определение фактического технического состояния оборудования, отработавшего расчетный срок службы, и соответствие его значениям параметров, установленных технической документацией, определение остаточного ресурса и установление сроков и условий дальнейшей эксплуатации оборудования.

Основными задачами технического диагностирования являются:

- контроль технического состояния;

- поиск места и определение причин отказа (неисправности);

- прогнозирование технического состояния.

Экспертное техническое диагностирование следует проводить после назначенного (расчетного) срока службы или после аварии. Расчетный срок устанавливает предприятие-разработчик проекта и/или предприятие-изготовитель и указывает его в паспорте оборудования. Оценка технического состояния объекта производится по разработанным методикам, согласованным с Госгортехнадзором РФ.

ЭТД оборудования, отработавшего нормативный срок службы, включает:

- наружный и внутренний осмотры;

- контроль геометрических размеров;

- измерение выявленных дефектов (коррозийных язв, трещин, деформаций);

- контроль сплошности сварных соединений неразрушающими методами дефектоскопии;

- контроль толщины стенки неразрушающими методами;

- измерение твердости с помощью переносных приборов;

- лабораторные исследования химического состава, свойств и структуры материала основных элементов;

- прогнозирование на основании анализа результатов ТД и расчетов на прочность возможности, допустимых рабочих параметров, условий и сроков дальнейшей эксплуатации объектов.

Оборудование считается пригодным к дальнейшей эксплуатации, если по результатам технического диагностирования подтверждается, что оно соответствует всем требованиям и действующей нормативно-технической документации. Допускаемый срок продления эксплуатации устанавливает (с учетом результатов обследования) выполняющая диагностирование организация. Разрешение на дальнейшую эксплуатацию на основании выводов и рекомендаций заключения по результатам ЭТД выдается инспектором местного Госгортехнадзора РФ.

ЭТД оборудования и оформление заключения по его результатам должны выполнять организации (предприятия), имеющие разрешение (лицензию) органов Госгортехнадзора России на выполнение этих работ. Достоинство проведения ЭТД состоит в том, что оно позволяет продлить срок службы оборудования, отработавшего свой нормативный срок, но пригодного для использования (т.е. соответствующего нормативным характеристикам), а также предполагает возможность продления срока эксплуатации при установлении пониженных параметров или после восстановительного ремонта элементов, не удовлетворяющих условиям прочности.

4.2 Контроль качества грузоподъемного инструмента для подземного ремонта скважин

4.2.1 Общие положения

Система организации работ по неразрушающему контролю должна обеспечивать своевременное выявление дефектов деталей и узлов грузоподъемных машин пооперационного и приемочного неразрушающего контроля при их ремонте в соответствии с установленными правилами контроля. В своей деятельности подразделение неразрушающего контроля руководствуется государственными и отраслевыми стандартами, государственными и отраслевыми нормативными документами, разработанными ВНИИПТмаш и ВНИИстройдормаш. Входной, операционный и приемочный неразрушающий контроль всех заготовок, запасных частей, элементов деталей и узлов должен быть введен в обязательном порядке, в соответствии с нормативными документами в технологические процессы и учитываться в затратах на ремонт и в себестоимости ремонта, как средство повышения качества и надежности.

4.2.2 Структура и функции Подразделения неразрушающего контроля

Основными задачами Подразделения являются:

- обеспечение и выполнение НК элементов деталей и узлов грузоподъемных машин в соответствии с действующими технологическими процессами ремонта и нормативной документацией на контроль;

- введение рабочей документации по НК;

- разработка технологических карт контроля на основе действующих технологических инструкций, методик, методических указаний на контроль;

- регулярное проведение контрольно-профилактического обслуживания эксплуатируемых средств НК, а также организация работ по техническому обслуживанию, ремонту;

- систематическое повышение квалификации работников подразделения.

Для подразделения НК должны быть выделены специально оборудованные помещения достаточные для хранения переносной дефектоскопической аппаратуры, комплектования, проверки и подготовки дефектоскопов перед выходом на участки контроля, оформление и хранение документации на контроль.

В обязанности руководителя Подразделения входит:

- разработка и представление на утверждение главному инженеру план-графика работы дефектоскопистов на основе заявок цехов, осуществление повседневного контроля за его выполнением;

- укомплектование Подразделения дефектоскопистами, измерительными приборами, инструментами;

- проверка оборудования постов контроля, организация и проведение инспекционного контроля;

- организация технической учебы и подготовки дефектоскопистов к периодической переаттестации;

- проведение ежемесячного анализа результатов НК и отчет перед главным инженером;

- проведение контроля за правильным ведением документации по дефектоскопии.

В обязанности дефектоскописта входит:

- проведение контроля в полном объеме в соответствии с НТД, технологическим процессом и установленным графиком;

- осмотр, проверка работоспособности дефектоскопа;

- оформление необходимой технической документации на контроль.

4.2.3 Условия контроля

Основанием для применения предприятием НК узлов и деталей грузоподъемных машин являются требования НТД на ремонт и техническое обслуживание, в которых определены объемы контроля и перечень недопустимых дефектов НК может быть введен на предприятиях, подразделения НК которых аттестованы и установленном порядке на право проведения контроля. При этом на предприятии должны иметься: НТД на неразрушающий контроль объектов конкретного типа, средства НК, специалисты, обладающие уровнем квалификации.

4.2.4 Организация контроля

Контроль осуществляется на стационарных постах, размещаемых в цехах. Контрольные посты должны быть огорожены, оборудованы индивидуальным освещением, столом, стулом, контрольными образцами с моделями дефектов, технологическими картами. При этом:

- не должны проводится работы, загрязняющие воздух и вызывающие вибрацию контролируемого соединения;

- должны быть приняты меры к защите экрана дефектоскопа.

Для обеспечения нормальных условий работы дефектоскописта, контроль должен производится при температуре не ниже +10° и не выше +40°.

4.2.5 Проведение и документирование контроля

Контроль осуществляется в соответствии с утвержденными технологическими процессами, картами и инструкциями. В журналах контроля должны указываться следующие данные:

- наименование детали, номер детали;

- место проведения контроля;

- обозначение документа (технологической карты), на основании которого проводится контроль;

- результаты проверки основных параметров контроля;

- результаты контроля и оценка качества детали;

- участки деталей, не подвергнутые контролю и причины этого;

- регистрационные номера аппаратуры;

- фамилия и подпись дефектоскописта, а также, по требованию НТД, приемщика грузоподъемных машин.

4.3 Порядок проведения экспертного технического диагностирования грузоподъемного инструмента, отработавшего нормативный срок эксплуатации

4.3.1 Общие положения

Техническое диагностирование следует проводить после истечения назначенного (расчетного) срока службы, или после аварии. Назначенный (расчетный) срок службы устанавливает предприятие-изготовитель и указывает его в паспорте диагностируемого оборудования.

Оборудование считается пригодным к дальнейшей эксплуатации, если по результатам технического диагностирования подтверждается, что состояние основного металла удовлетворяют требованиям «Правил устройства и безопасной эксплуатации, (например: грузоподъемного инструмента)», настоящего Руководящего документа и действующей нормативно-технической документации: коррозионный и эрозионный износ, а также изменения геометрических размеров, обеспечивающих нормативные запасы прочности.

Техническое диагностирование оборудования, отработавшего назначенный срок службы, включает:

- внешний осмотр и контроль геометрических размеров;

- измерение выявленных дефектов (коррозионных язв или эрозионных повреждений, трещин, деформаций и т.д.);

- измерение твердости с помощью переносных приборов;

- лабораторные исследования (при необходимости) химического состава и структуры материала основных элементов;

- испытания на прочность;

- прогнозирование на основании анализа результатов технического диагностирования и расчетов на прочность возможности, допустимых рабочих параметров, условий и сроков дальнейшей эксплуатации.

После аварии следует проводить досрочное (внеочередное) техническое диагностирование.

Однако техническое диагностирование не заменяет проводящихся в установленном порядке технических освидетельствований оборудования. При положительных результатах технического диагностирования оборудование может быть допущено в дальнейшую эксплуатацию. Допускаемый срок продления эксплуатации устанавливает (с учетом результатов обследования) выполняющая техническое диагностирование организация. Разрешение на дальнейшую эксплуатацию оборудования на основании выводов и рекомендаций заключения по результатам технического диагностирования выдается инспектором местного Госгортехнадзора РФ.

Для элеваторов, отработавших назначенный срок службы и не подвергавшихся техническому диагностированию, его требуется провести в течение одного года с момента издания настоящего Руководящего документа.

4.3.2 Организация проведения технического диагностирования грузоподъемного инструмента для подземного ремонта скважин

Организация проведения работ по техническому диагностированию возлагается на предприятие - владельца инструмента. Техническое диагностирование элеваторов проводится либо по типовой программе, либо по индивидуальной программе в зависимости от конкретного типа элеватора, его технического состояния и условий эксплуатации. Решение о программе обследования элеватора принимается организацией, выполняющей данное техническое диагностирование. Результаты технического диагностирования элеваторов, отработавших назначенный срок службы или потерпевших аварию, оформляются в виде заключения или отчета о техническом состоянии инструмента, содержащего рекомендации по допустимым параметрам и срокам дальнейшей его эксплуатации.

4.3.3 Правила проведения технического диагностирования грузоподъемного инструмента

Анализ технической документации.

До начала диагностирования следует ознакомиться с эксплуатационно-технической документацией на инструмент: паспорт, чертежи, сменный и ремонтный журналы, предписания инспекторов, относящиеся к техническому состоянию элеваторов, результаты ранее выполненных обследований и прочие материалы, в которых может содержаться полезная информация. Анализ эксплуатационной и технической документации проводится в целях детального ознакомления с конструкцией, особенностями изготовления, характером и конкретными условиями работы элеватора, а также предварительной оценки его технического состояния на протяжении всего срока эксплуатации.