超级单根全液压钻机气动卡瓦结构计算.pdf

超级单根全液压钻 机气 动卡瓦结构计算 口岳文斌 口王清岩 口张飞宇 吉林大学 建设工程学 院长春1 3 0 0 2 6 摘要 卡 瓦是钻井 中用来把 钻杆或套 管夹紧在转盘上的井 口工具。介绍 了一种与超级单根全液压钻机 配套使 用的 气动卡 瓦． 该卡瓦通过单 气缸驱动 ， 采 用反平行四边形机构来实现各卡瓦体 同步张开与闭合 ， 完成卡 瓦的正常工作。结构 简单、 轻便 ， 卡 瓦体可 以更换以适应各种规格 的钻杆或套管 ， 易于拆卸 、 维修 。 关键词 超 级单根气动卡瓦 反平行 四边形机构 中图分类号 T H1 2 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 4 0 4 0 0 2 6 0 2 超 级 单 根 全 液 压 钻 机 是 一 种 可 满 足 煤 层 气 、 页 岩 气 、 水 平 井 、 定 向 井 、 深 井 开 采 的 浅 层 钻 进 的 钻 机 。 该 钻 机 的 井 架 起 放 、钻 进 动 力 给 进 等 主 要 功 能 均 由 液 压 控 制 、 具 有 机 动 性 高 、 搬 家 方 便 、 井 场 占地 面 积 小 、 钻 机 总 装 及 井 场 建 场 时 间 短 等 特 点 ， 可 以 大 大 节 约 运 输 时 间 、 工 地 准 备 时 间 及 相 关 费 用 ， 节 约 了 钻 井 成 本 ， 提 升 了 钻 井 效 率 。 在 油 田 钻 井 施 工 中 ， 钻 机 卡 瓦 是 用 来 夹 紧 钻 杆 或 套 管 的 井 口工 具 ． 通 常 固 定 在 转 盘 上 。 目前 技 术 比 较 成 熟 的 卡 瓦 驱 动 方 式 主 要 有 气 动 和 液 动 两 种 ， 相 比之 下 ， 气 动 又 比液 动 具 有 更 多 优 点 。 在 钻 井 施 工 现 场 中 ， 大 多 配 有 空 气 压 缩 机 ， 能 为 气 动 卡 瓦 提 供 充 足 的 动 力 介 质 ，减 少 了设 备 投 资 ， 降 低 生 产 成 本 ， 并 且 不 污 染 环 境 。 1 气动卡瓦 的设计 要求和参数 气 动 卡 瓦 要 有 足 够 、 稳 定 的 夹 紧 力 ， 钻 杆 或 套 管 与 卡 瓦 之 间 不 能 发 生 相 对 滑 动 ， 夹 紧 机 构 应 有 自锁 性 能 ； 夹 紧 与 松 开 动 作 迅 速 ， 松 开 彻 底 ， 不 影 响 钻 杆 或 套 管 的 起 升 夹 紧 力 要 分 布 均 匀 ， 夹 紧 时 不 应 损 伤 钻 杆 表 面 ， 卡 瓦 强 度 适 当 ． 耐 磨 ， 摩 擦 因 数 大 ； 卡 瓦 牙 板 由 于 易 损 坏 ， 应 便 于 拆 换 ； 结 构 要 紧 凑 ， 使 用 安 全 ， 操 作 方 便 ， 易 于 维 修 。 气 动 卡 瓦 应 用 于 2 0 0 0 ～ 3 0 0 0 m 超 级 单 根 全 液 压 钻 机 ， 配 合 铁 钻 工 、 旋 扣 器 、 动 力 水 龙 头 ， 完 成 上 卸 扣 、 收稿 日期 2 0 1 3年 l 2月 起F钻 工 作 。 夹 持 钻 杆 直 径 范 围 8 8 ． 9 ～ 1 7 8 mm 3 1 - 7 i n ；夹 持 套 管 直 径 范 围 1 3 9 ． 7 ～ 3 3 9 ． 7 mm 5 ～l 3 i n ；气 动 系 统 额 定 压 力 1 MP a ； 查 阅 A P I S p e e 5 C T ／ I S O 1 1 9 6 0 和IS O ／A P I 套 管 一 览 表， 得 知3 3 9 7 m m 1 3 - in 套 管 的 壁 厚 最 厚 为 1 3 ． 0 6 mm， 其 单 位 长 度 名 义 重 量 带 螺 纹 和 接 箍 为 1 0 7 ． 1 5 k g ／ m。 以 钻 深 3 0 0 0 1T I 超 级 单 根 全 液 压 钻 机 计 算 ， 设 计 承 载 为 3 5 0 t 。 2 卡 瓦结构 受力计 算 当 钻 杆 或 套 管 在 自身 重 力 作 用 下 沿 井 壁 下 行 时 ， 钻 杆 或 套 管 与 卡 瓦 体 之 间 的 摩 擦 力 带 动 卡 瓦 体 随 钻 杆 或 套 管 一 同下 行 ， 面 紧 密 贴 合 并 形 成 一 定 的 挤 压 力 时 ． 卡 瓦 座 体 提 供 给 卡 瓦 体 足 够 的 阻 力 ． 阻 碍 了 卡 瓦 体 连 同 钻 杆 或 套 管 的 下 行 ， 完 成 了 夹 持 动 作 ， 实 现 了 卡 瓦 的 功 能 。通 过 上 述 分 析 ， 卡 瓦 楔 紧 并 卡 住 钻 杆 当 卡 瓦 体 锥 面 与 卡 瓦 座 体 的 锥 关 理 论 依 据 ． 具 有 一 定 的 工 程 实 用 价 值 。 参 考 文 献 [ 1 ] 刘惟 信． 汽车车桥设计 [ M] ． 北京 清华大学出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 高一平 ， 王欣 ， 高顺德 ， 等． 2 0 0 t 履带起重 机履带架 结构设 计与有限元分析 [ J ] ． 机械设计 与制造 ， 2 0 0 4 1 7 1 7 2 ． [ 3 ] 起重机设计规 范 G B T 3 8 1 1 - 2 0 0 8 [ S ] ． 国家标准局 ， 2 0 0 8 ． II 2 6 I 2 0 1 4 ／ 4 [ 4 ] [ 5 ] 李 以农 ， 米林 ， 杨 城． 踏 板式摩托 车振动实验 分析 [ J ] ． 重 庆 大学学报 ， 2 0 0 3 ， 2 6 2 9 0 ～ 9 3 ． 吴迪清 ， 卢 炎麟 ． 基 于有限元 的叉车 车架模态 分析及优 化 [ J ] ． 轻工机械 ， 2 0 0 4， 2 8 4 5 3 5 7 ． 编 辑 日 月 机械制造 5 2卷 第 5 9 6期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 或 套 管 的 基 本 条 件 是 ， 钻 杆 或 套 管 下 行 时 ． 必 须 要 带 动 卡 瓦 体 下 行 实 现 楔 紧 作 用 。 即 钻 杆 或 套 管 与 卡 瓦 体 之 间 的 摩 擦 力 应 大 于 或 等 于 卡 瓦 体 背 锥 面 与 卡 瓦 座 体 内 锥 面 之 间 产 生 的 阻 止 卡 瓦 体 连 同钻 杆 或 套 管 下 行 的 阻 力 。 即 F 2 ≥N1 s i n aF, c o s a 1 N2 Nl C O O t --FI s i n c x 2 Ⅳ- 3 F 2 f 2 N2 4 式 中 为 卡 瓦 体 与 卡 瓦 座 体 之 间 的 摩 擦 力 ； F 2为 钻 杆 或 套 管 与 卡 瓦 体 之 间 的 摩 擦 力 ； Ⅳ。 为 卡 瓦 体 受 卡 瓦 座 体 的 法 向 支 撑 力 ； Ⅳ2 为 钻 杆 或 套 管 受 卡 瓦 体 的 法 向 夹 持 力 ； 为 卡 瓦 座 体 内 锥 面 与 卡 瓦 体 外 锥 面 的 摩 擦 因 数 i 为 钻 杆 或 套 管 与 卡 瓦 体 的 摩 擦 因 数 ； O ／ 为 依 据 AP I 标 准 规 定 的 半 锥 角 ， t a n c 7 1 。 D 将 式 2 、 3 、 4 代 人 式 1 得 器 器 5 根 据 实 验 资 料 和 经 验 ．卡 瓦 座 体 内锥 面 与 卡 瓦 体 外 锥 面 的 摩 擦 因 数 一 般 取 0 ． 0 5 ～ 0 ． 5之 间 ， 通 常 取 0 ． 1 5 8 ， 通 过 计 算 可 以 得 到 ． ≥ 0． 3 33。 当 钻 杆 或 套 管 上 提 时 ，气 缸 带 动 反 平 行 四 边 形 连 杆 机 构 使 卡 瓦 体 松 开 ， 卡 瓦 体 随 钻 杆 或 套 管 一 同 上 提 ， 卡 瓦 体 采 用 四 块 分 体 结 构 ，使 卡 瓦 体 沿 卡 瓦 座 体 锥 面 散 开 ， 以 便 钻 杆 或 套 管 能 够 自 由上 提 。 3卡瓦 的结构示意 此 卡 瓦 采 用 单 气 缸 驱 动 ，经 过 平 面 几 何 尺 寸 计 算 ， 利 用 反 平 行 四边 形 机 构 如 图 2所 示 ， 能 够 使 两 侧 卡 瓦 体 在 左 右 动 臂 的 驱 动 下 实 现 工 作 过 程 ， 卡 瓦 的 整 体 结 构 简 图 如 图 3所 示 参 考 文 献 [ 1 ] 宿官礼 ． 钻井动力 卡瓦的结构设计 [ J ] ． 石油矿场 机械， 2 0 0 4 S 1 ． [ 2 ] 刘跃 宝． 动力卡瓦 的结构设 计及其 参数优化 [ D] ． 大庆 大 庆石油学院。2 0 1 2 ． [ 3 ] 赵 海娜． 油 田钻井 新型气 动卡瓦 的研究 [ D] ． 哈尔 滨 哈尔 滨工业大学。2 0 0 6 ． [ 4 ] 姜建胜 ， 刘敏 ， 高永霞 ． 新型钻井液压动力卡 瓦控 制系统设 计 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 1 1 0 ． [ 5 ] 白雪． 渤海装备 成功研制 国 内钻井新 型动力卡 瓦 [ J ] ． 石油 钻采工艺。 2 0 1 2 2 ． [ 6 ] 田东海 ， 吕瑞典 ， 周锡 容． 动 力卡瓦 的国内外发 展现状 [ J ] ． 机械， 2 0 0 7 S 1 ． [ 7 ] 余维初 ， 胡琼 ， 肖想松 ， 等． 新型钻 杆液压动力 卡瓦 的研 制 与应用 [ J ] ． 石油天然气学报， 2 0 1 1 1 1 ． [ 8 ] 王忆川 ， 储 明来 ， 丁建林． 新 型气动钻杆卡瓦在钻井生 产中 的应用 [ J ] ． 石油矿场机械， 2 0 0 6 S 1 ． [ 9 ] 储 明来 ， 丁建 林． 气动套管 卡瓦的研制 与应用 [ C ] ． 2 0 0 6年 石 油装备学术研讨会， 长沙 ， 2 0 0 6 ． [ 1 0 ]陈传溥． 卡瓦在钻井 工程 中的作用和 使用特 点 [ J ] ． 石油机 械。 1 9 8 9 4 ． △ 编 辑 丁 罡 德 国博世 集 团旗下 品牌 琢 美 D r e m e 1 携 其新 款 电磨 机 系 列 D r e m e l 3 0 0 0藉 中国 国 际 五 琢美 精心雕 琢美好人生 博世 集 团旗 下品牌 琢 美正式 登 陆中 国市场 金博览会之际强势登陆 中国市场。 琢美品牌 于 1 9 3 2年在美 国威 斯康辛州创立 ．并于 1 9 9 3年 加入博世集 团 。 其 创始人 D r e me l 先生是全球第 一台电磨机 的发 明者。经历了 8 0余 年的交替更 迭 ， 琢美始终位居全球 电磨机 品牌之首 。 琢美 3 0 0 0电磨 机外观小 巧紧凑 。而 功能却 超乎想 像 ， 是 D I Y爱好者和专业用户 的至臻之选。 店铺贩售 的礼物太普通 ， 不 足以表达 自己的爱意 赶紧拿起琢美电磨机 ， 它出众的雕刻功能 可以瞬间将你 的浓厚情意融入其中。从普通 的玻璃杯到平凡 的 木屐 ．琢 美电磨机都能让你随心所 愿地在礼 品上 留下属于你 的 独特印记 ， 让其成为世 间独一无二的单品。 光 洁的门把手 、 锃亮的水龙头 、 纯 白的陶瓷用具 ， 这些 居家 用品随着 时间的推移逐渐变得老旧、 积满尘垢 ． 无论如何费心擦 机械制造5 2卷 第5 9 6 期 拭 ， 斑驳 的污渍依然顽 固。 然而 ， 只要 开启琢 美 电磨 机的抛 光清 洁功能 ． 无论是花纹繁杂的金属 门把 、 价值不菲的工艺品 ， 还是形形色色的家居单品抑或各式鞋 物 ， 都能 即刻焕然一新。 担心家中时尚美观但棱角分明的家具会伤害到活泼好动的 宝宝 琢美 电磨机能轻松解 决父母们 的这些困扰 ． 为孩子们营造 舒适安全的成长环境 。 只要 给家 中的琢美 电磨机换上砂磨头 ， 一 切尖锐形状 都能变成温润无害 的圆型。你还可以给孩子的小凳 子除去沉闷的旧漆 ， 刷上鲜亮 的颜 色， 或者亲手为孩子们制作各 种木制玩具 ， 给他们留下一个 独特 而难忘 的童年记忆。 雕 刻 、 切 割 、 钻 削 、 钻孑 L 、 打磨 ， 只要拥有 一台多功能琢 美电 磨机 ， 你便可 以瞬 间成 为众人 眼中的 D I Y大 师 ， 享 受 D I Y的乐 趣与精 彩 f 罗 德 2 0 1 4 ／ 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m