新型钻杆液压动力卡瓦的研制与应用.pdf

石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 1 年 1 1 月第 3 3 卷第 1 1 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I N o v ． 2 0 1 1 V o 1 ． 3 3 N o ． 1 1 新型钻杆液压动力卡瓦的研制与应用 余维初 胡琼 肖想松 吕德贵 长江大学化学与环境工程学院 ，湖北 荆州 4 3 4 0 2 3 长江大学石油工程学院，湖北 荆州 4 3 4 0 2 3 荆州市现代石油科技发展有限公司 ，湖北 荆州 4 3 4 0 0 0 中 国石油集团长城钻探工程有限公司 ，北京 1 0 0 1 0 1 [ 摘要]为解决现有卡瓦在现场使 用 出现的结构复杂、维修 不便、安全 性差等 问题 ，研制 了一种新型钻杆 液压动力卡瓦，它具 有刮泥和 卡持 钻杆 的双重功 能，可大大提 高工作 效率 ；更换 不同型号 的卡 瓦牙，适 用于不 同直径的钻杆起下钻作 业，实现 了钻杆液压动力卡瓦 的多功能性。该动力卡瓦能与不同转盘规格 的 自动化液压 钻机 、配置液压顶驱 的钻机及普通钻机配套使用 。 [ 关键词]钻杆液压动力卡瓦 ；刮泥盘 ；旋转油缸；举 升油缸 ；应用前景 [ 中图分类号]T E 9 2 1 [ 文献标识码]A [ 文章 编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 1 1 1 0 1 5 8 一 O 3 研究现状及存在问题 为解决钻井起下钻和下套管作业时存在工人劳动强度大、工作效率低 、安全性能差等问题 ，对油 田 现有卡瓦做了改进 ，即引入气缸或液缸作为卡瓦工作 的动力 ，并有效降低卡瓦体的工作高度。先后研发 了气 液动卡瓦 、多功胄 自动钻杆气动卡瓦、阶梯式气动钻杆卡瓦 、旋转式液压卡瓦、双向液压卡 瓦口 州 等。尽管这些卡瓦从某种程度上具有一定的 自动化程度，但仍存在一些缺陷 ，如结构复杂、气液 路管线繁多、维修不便 、不具备防扭功能、工作可靠性差、工作压力冲击大且不易控制等；同时在使用 时需要吊进转盘孑 L 内或直接安装在井 口上 ，不用时又要取出或吊走 ，存在使用不方便 、安全性不高等问 题 。为此，笔者研制了一种新型液压钻杆动力卡瓦，使上述问题得到了解决 。 2 新型钻杆液压动力卡瓦的工作原理与主要结构 2 ． 1工作原 理 新型钻杆液压动力卡瓦安装在钻井平台转盘 中心附近 ，利用举升油缸并通过活动立柱带动提升臂下 的卡瓦体进行升降 ，同时利用卡瓦体的重力偏心和背部锥度使 3片卡瓦体向外扩张或 向中心集拢，并结 合卡瓦体的外锥面与转盘补心或衬套的内锥面的楔紧作用以及油缸 的拉力 ，实现 了对钻杆的卡紧作业 ； 起下钻作业完成后利用旋转油缸把悬挂卡瓦体的提升臂向上旋转使卡瓦体远离井口中心 ，以不影响其他 钻井作业 ；起钻操作时刮泥盘同时工作，具有 自动刮除粘附在钻杆上泥浆的功能；卡瓦体下行靠油缸拉 力和卡瓦体 自重共同作用 ，卡瓦外体上行则是靠油缸推力和钻杆与卡瓦体摩擦力共同作用 。油缸的动作 由司 钻 台控 制 阀进行 控制 。 该钻杆液压动力卡瓦通过更换卡瓦体适用于在不同钻杆直径、转盘规格的 自动化液压钻机、配置液 压顶驱的钻机以及普通钻机上使用 。 [ 收稿 日期]2 0 1 1 一o 8 1 9 [ 作 者简介]余维初 1 9 6 5一 ，男，2 0 0 6年中国石油大学 北京博士毕业 ，博 士 后 ，教授 ，现 主要 从事油田化学和 油气储层保 护研究领域的教学和科研工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 3 卷第 1 1期 余维初等 新型钻杆液压动力卡瓦的研制与应用 2 ． 2 主 要结 构 新型钻杆液压动力卡瓦主要 由卡瓦体 、旋转油缸、举升油缸 、提升臂 、活动立柱 、刮泥盘、固定立 柱 、上销轴 、下销轴 、连接片等组成。其特征在于 卡瓦体 由 3片构成 ，其 中一片卡瓦体通过下销轴 、 连接片和上销轴悬挂在提升臂左端的下方 ；在安装有耐磨环的提升臂左端上方安装的刮泥托盘内放置刮 泥盘 ；提升臂的右端通过提升臂支架、支架背板 固定在活动立柱上 ，旋转油缸通过两端转销把提升臂与 旋转油缸支架连接起来 ；活动立柱与固定立柱之间均布装有 4个导向滑块 ，活动立柱通过油缸上支架 、 举升油缸和油缸下支架与固定立柱连接 ；卡瓦体 内弧面上装有卡瓦牙 ，刮泥托盘为对半式结构，通过小 销 轴与 提升 臂连 接 ，并且 可 以 9 0 。 旋 转 ，刮 泥盘通 过 连接柱 和 紧 固螺 钉 固定在 刮泥 托盘 下方 。 新型钻杆液压动力卡瓦的主要技术参数包括 型号 X D YW 型；适用于 3 7 5或 2 7 5 转盘 ，与标准补 心配合使用 ；卡瓦体规格为 3 i n 、5 i n ；液压额定压力 6 ． 3 MP a ；有效卡紧长度 4 2 0 mm；有效卡紧面 积 1 0 0 8 c m ；适用管径 3 、4 、5和 5 i n钻杆 ；额定载荷 2 2 5 0 k N；升降油缸行程 4 5 0 mm；旋转油 缸行程 3 0 0 ram。关键结构尺寸包括 卡瓦体背锥锥度 1 3 1 ． 5 mm／ m，单面斜角 9 。 2 7 4 5 ” 2 3 0 。 3 新型钻杆液压动力卡瓦的使用及特点 3 ． 1 新型钻杆液压动力卡瓦的工作过程 起钻作业时 ，司钻操作用起钻短接头先挂住钻杆 ，操作举升油缸三位 四通 电磁阀使举升油缸的底部 进油，通过活动立柱推动提升臂并带动卡瓦体上升，同时上提钻杆 ，利用卡瓦体的重力偏心和背部锥 度 ，使 3片卡瓦体向外扩开 ，让开钻杆通道 ，钻杆上行 ；同时刮泥盘开始工作 ，将钻杆上粘附的泥浆刮 人井 口。一具钻杆提起后要卸螺杆扣时 ，停止大钩提升，操作举升油缸三位四通电磁阀，使举升油缸的 上部进油 ，活塞下行，通过活动立柱带动提升臂并带动卡瓦体下降 ，3片卡瓦体向中心集拢并卡紧钻 杆 ，此时开始卸螺杆扣 。卸完螺杆扣并移走钻杆后 ，起钻短接头再次与钻杆连接并开始下一起钻作业 。 下钻作业时，卡瓦工作过程与起钻作业时基本相同。也是先提住钻杆后卡瓦体上升并 向外扩开 ，下 放钻杆，然后 3片卡瓦体向中心集拢并卡紧钻杆。如果下钻作业时不需要刮泥，可以先不安装刮泥盘。 起下钻作业完成后 ，操作旋转油缸三位四通电磁阀使旋转油缸的上部进油 ，活塞缩回，提升臂和卡瓦体 一 起旋转到停靠位置 ，插上安全销，使旋转油缸三位四通 电磁阀处于中位位置并卸去旋转油缸的压力 。 3 ． 2主要 技术 特点 1 该钻杆液压动力卡瓦一次性安装固定在钻井平 台上成为钻机的一部分 ，液压管线和 电器控制线 布置在钻井平台下方 ，不需要经常起吊或拆卸 ，不影响钻井作业的其他工作 。 2 起下钻作业时通过举升油缸控制活动柱的升降 ，带动卡瓦体升降并松开或卡紧钻杆 。起下钻作 业完成后，通过旋转油缸把提升臂及卡瓦体旋转移 出工作位置，用安全销固定后可 以卸去油缸两端压 力 ，提高油缸使用寿命 ，且提升臂在停靠位置时不影响其他钻井作业。 3 在 支撑盘 上增 设 易装拆 的刮 泥 盘 ，实现 了刮 泥 和卡 持钻 杆 的 双重 功 能 ，在 降低 劳 动 强度 的同 时 提高了作业的安全性能和工作效率 。 4 液压控制单元 中增加 了液控单 向阀，保证 了卡瓦体在张开状态下不会因其他故障而突然下降 ， 双路单向节流阀用于调节油缸上 升和下降 的速度 ，保 持卡瓦体升降 的平衡性 以及 与起下钻作业 的连 贯性 。 5 该钻杆液压动力卡瓦通过更换不同类型的卡瓦体及卡瓦牙 ，适用于不同规格的钻杆起下钻作业 ， 并实现了钻杆液压动力卡瓦的多功能性 ，能与不同规格的 自动化液压钻机 、配置液压顶驱 的钻机以及通 过转盘驱动的普通钻机和修井机等配套使用，应用范围广 ，功能性强 ，安全可靠 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 O 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 1 年 1 1月 4 新型钻杆液压动力卡瓦的应用前景分析 新型钻杆液压动力卡瓦的优点 比较突出，主要表现在 1 液压动力卡瓦结构合理 、安装方便 ，操作简单，且在不使用时不影响其他钻井工作 ，适合我国 钻 井 现状 。 2 能够有效缩短钻井 、修井 的工作时间 ，提高作业速度和效率 ，增加了作业安全性。 3 解决了气动卡瓦气源压力波动大、冲击力大 、举升力小的缺陷，采用的液压动力具有动力稳定 、 作用力大且运行平稳的特点 。 4 油缸具有足够的拉力和推力 ，下降时能将钻杆推移至中心并卡紧 ，卡瓦体上行松脱钻杆后 ，钻 杆能顺利从卡瓦中心通过 ，无刮碰卡瓦体现象。 因此 ，将此液压动力卡瓦应用于钻井作业中，提高了钻井 自动化操作程度 ，能大大减轻工人的劳动 强度 ，提高工作效率 ，避免安全事故的发生，具有较强的实用性和广阔的推广应用前景。 该 文所研 究的 产品 已申请 了 2项 国家专利 受理号 为 2 0 1 1 1 0 2 3 9 2 8 6 ． 5 ，2 0 1 1 2 0 3 0 3 6 5 4 ． 3 。 [ 参考文献] E 1 3杨颖 辉 ．旋转式液压卡瓦和适用这种卡瓦的旋转式双向液压卡瓦 [ P ]．中国专利 2 0 1 5 7 4 7 0 1 U， 2 0 1 0 0 9 0 8 ． [ 2 3西南石油大学 ．一种新型动力卡 瓦 [ P ]．中国专利 2 0 1 4 9 6 0 0 9 U，2 0 1 0 0 6 0 2 ． [ 3 ]杨颖辉 ．双 向液压卡瓦 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