液压翻转式吊卡的研制.pdf

2 0 1 4年第 4 2卷第 1 1期 石 油机械 CHI NA P ETR0L EUM MACHI NERY 一35 一 ●钻井技术与装备 液压翻转式 吊卡 的研 制 祝 贺 栾 苏 杨 艳 阎永宏 董毅军 王德贵 国家油气钻井装备工程技术研究中心；宝鸡石油机械有限责任公司 摘要 常规的手动机械 式 吊卡采用全手工作 业，工人 劳动强度大，工作安全性得不到保证 ， 严重制约了钻 、修 井效率。为此，研制 了液压翻转式 吊卡。该 吊卡采用液压驱动液压缸的伸 缩， 通过连杆机构 实现 左、右 活 门的打 开和关 闭；通过旋 转 油缸 驱 动翻转机 构 实现 吊卡 主体翻 转 9 0 。 ；吊卡内部设有锁舌体 自锁机构 ，避免 因振动等原因导致锁舌体解锁 ，造成安全事故。试验 结果表 明，吊卡各机构运转正常，工作稳定，各项数据均达到设计和使用要求。液压翻转式 吊卡 顺应井口自 动化工具发展趋势，满足高效钻、修井和海洋开发需求，是今后吊卡技术发展的趋势。 关键词 吊卡 ；液压驱动；翻转机构 ；补心； 自锁机构 中图分类号T E 9 3 1 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 5 7 8 ． 2 0 1 4 ． 1 1 ． 0 0 8 De v e l o pme nt o f t he Hy d r a u l i c Ro t a r y El e v a t o r Z h u H e L u a n S u Y a n g Y a n Y a n Y o n g h o n g D o n g Y i j u n Wa n g D e g u i N a t i o n a l O i l G a s D r i l l i n g E q u i p m e n t R e s e a r c h C e n t e r ；C N P C B a o j i O i e l d Ma c h i n e r y C o ． ，L t d ． Abs t r a c t Th e c o n v e n t i o n a l ma n ua l me c h a ni c a l e l e v a t o r o n l y c o u l d b e ma n u a l l y o pe r a t e d， p r e s e nt i n g i s s u e s o f h i g h l a b o r i n t e n s i t y a n d u n g u a r a n t e e d j o b s a f e t y ，w h i c h s e v e r e l y l i mi t e d t h e d r i l l i n g a n d w o r k o v e r e ffic i e n c y ． A h y d r a u l i c r o t a r y e l e v a t o r i s d e v e l o p e d t o a d d r e s s t h e i s s u e ． Th e e l e v a t o r r e a l i z e s o p e n i n g a n d c l o s i n g o f t h e l e f t a n d r i g h t f a u c e t t h r o u g h l i n k a g e me c h a n i s m． Th e e l e v a t o r b o d y c a n r o t a t e 9 0。b y r o t a r y me c ha n i s m dr i v e n b y t h e r o t a t i n g c y l i n d e r ． Th e s e l f - l o c k i n g me c h a n i s m i n t he e l e v a t o r c o u l d p r e v e n t u n l o c k i n g d u e t o v i b r a t i o ns ， t h us p r e v e n t i n g t h e a c c i d e n t s ． Th e t e s t r e s u l t s s h o we d t h a t e a c h me c h a n i s m o f t h e e l e v a t o r f un c t i o n s we l l a n d s t a b l y ．T he i n d i c a t o r s h a v e me t t he d e s i g n a n d a p pl i c a t i o n r e q u i r e me n t s ． Th e n e w d e v e l o p e d h y d r a u l i c r o t a r y e l e v a t o r i s c o ns i s t e n t t o t h e we l l h e a d t o o l a ut o ma t i o n d e v e l o pme nt t r e n ds ， a n d h a s me t t he r e q u i r e me n t s o f o f f s h o r e d e v e l o p me n t a nd h i g h e f f i - c i e n t d r i l l i n g a n d wo r k o v e r o p e r a t i o n， ma ki n g i t s o wn a n e l e v a t o r t e c h no l o g y de v e l o p me n t t r e nd ． Ke y wo r d s e l e v a t o r ；h y d r a u l i c d r i v e；r o t a t i n g me c h a n i s m ；b u s h i n g ；s e l f l o c k i n g me c h a n i s m 0 引 言 随着陆地石油勘探开发进入 中、后期和海洋石 油勘探开发力度的加大 ，对井 口工具提出了较高的 要求。吊卡作为石油钻采关键设备之一 ，其功能主 要用于起下钻 柱作业 。 目前 ，较常见 的 吊卡形 式为手动机械式 ，手 动机械式 吊卡 采用全手工 作 业 ，工人劳动强度大 ，工作安全性得不到保证 ，严 重制约了钻 、修井效率 。 可翻转式液压吊卡的出现 ，大大简化 了传统起 下钻或下套管操作工艺，降低了劳动强度，极大地 提高 了钻 、修井作业效 率 ，减轻 了工人 的劳动强 度 ，增加 了操作安全性 ，具有常规 吊卡无法 比拟的 优势，应用前景广 阔，是 国内外研究开发的重点 ， 也是未来 吊卡技术发展的必然趋势 J 。 宝鸡石油机械有限责任公 司于 2 0 1 3年成功研 制了 5 0 0 t 液压翻转式 吊卡 ，解决了手动机械式 吊 卡在作业过程中更换频繁 、安全性差以及劳动强度 大等问题。 基金项 目国家 8 6 3计划项 目 “ 深水钻机与管柱 自动化处理关键技术研究” S S 2 0 1 2 A A 0 9 0 3 0 3 。 ～ 3 6一 石 油机械 2 0 1 4年第 4 2卷第 1 1期 1 技术分析 1 ． 1 结构 液压翻转式吊卡适用于陆地钻机和海洋钻井平 台钻机起下钻 柱作业 ，是一种对 开式 、主体 可翻 转 、补心可更换的全 自动液压 吊卡 ，主要 由吊卡主 壳体 、活门 、锁舌体 、自锁机构 、连杆机构和旋转 机构等部分组成。其结构如图 1 所示。 1 一 吊卡主壳体 ；2 一活 门；3 --锁舌体 ；4 -- 自锁 机 构 ； 5 一 连 杆 机 构 ； 6 一 旋 转 机 构 。 图 1 液压翻转式 吊卡结构示意 图 F i g ． 1 Th e s t r u c t u r a l s c h e ma t i c d i a g r a m o f h y d r a u l i c r o t a r y e l e v a t o r 1 ． 2 工 作原 理 吊卡采用液压驱动液压缸的伸缩 ，通过连杆机 构实现左 、右活 门的打开和关闭；通过旋转油缸驱 动翻转机构实现 吊卡主体 翻转 9 O 。 ；吊卡 内部设 有锁舌体 自锁机构 ，避免 因振动等原因导致锁舌体 解锁 ，造成安全事故 。 1 ． 3主要技术参数 额定载荷 4 5 0 0 k N； 适用管柱外径 6 0 ． 3～ 2 4 4 ． 5 mlT l ； 工作温度 一 2 0～ 5 0 ； 系统工作压力 1 0 MP a ； 系统工作流量 1 5 L ／ rai n ； 旋转机构旋转范围 9 0 。 。 2 关键技 术 2 ． 1 安 全保 险机 构 液压翻转式 吊卡采用侧开式对开门结构 ，通过 油缸驱动连杆机构及锁舌机构实现左、右活 门自动 启 、闭功能。当锁舌体关 闭后 ，吊卡工作时，补心 衬套受压把力传递 到杠杆 自锁机构 见图 2 ，锁 销顶 出，锁紧吊卡锁舌 ，防止吊卡在作业中途 由于 误操作或者振动使 吊卡 自动打开。 1 一挡销 ；2 --杠杆板 ；3 m压销 ；4 一补心 。 图2 自锁机 构示意 图 F i g ． 2 S c h e ma t i c d i a g r a m o f s e rf - l o c k i n g me c h a n i s m 解除 自锁功能时，动作与其相反 ，吊卡必须在 空载 情况下才能被打开。安全保险机构的设计更加 人性化 ，符合现场工作的需要。 2 ． 2可更换 吊卡补心机构 通过补心衬套的更换 ，可满足卡持 、提升不 同 规格管柱。补心衬套通过补心定位销固定到吊卡主 体和活门上 ，能适应不 同规格 管柱 的起下作 业需 要。为防止补心衬套在工作过程 中发生脱落 ，在补 心定位销相应位置配有补心锁销总成。更换补心衬 套时拉出补心锁销总成 即可 ，更换快速简单。 可换补心机构使钻具的载荷更安全、可靠地传 递到液压吊卡本体上。通过更换补心适应不同规格 管柱的起下作业需要 ，同时减少 了现场 吊卡数量 ， 降低了井队由于购买多种规格常规 吊卡而形成的成 本 ，具有较长使用寿命 ，大大缩短了用户维护时间。 2 ． 3 旋转机构 旋转机构采用液压驱动。工作时油缸旋转，将 扭矩通过旋转过渡头传递到挡板 ，从而实现液压吊 卡的主体部分旋转 9 0 。 。该 吊卡设计有 固定 夹头 ， 通过调节螺栓使夹头上的橡胶板夹紧吊环 ，旋转支 架体保持竖直状态 ，并有安全绳双重保护 ，防止脱 落 ，翻转机构可以方便地从 吊环拆除。钻机正常起 下钻过程 中，通过顶驱配合完成钻杆 由动力猫道到 井 口的 自动送人动作。 3 产 品试验情况 3 ． 1 负载试验 2 0 1 3年 1 1月在宝鸡石油机械有限责任公 司钻 采设备厂试验基地 ，采用 2 0 0 0 0 k N提升设备静载 试验装置顺利完成液压吊卡主体的设计载荷和设计 验证载荷试拉试验 ，设计载荷试 验最 高拉力值为 4 5 0 7 k N，保压 5 m i n 。设计 验证 载荷 最高拉力值 2 0 1 4年 第4 2卷 第 1 1 期 祝贺等液压翻转式吊卡的研制 一 3 7一 为 9 0 0 9 k N，保压 5 m i n 。液压 吊卡的承载能力稳 定 ，满足设计要求。 3 ． 2功能试 验 功能试验 中，控制液压 吊卡锁舌 体油缸缩 回、 伸出达最大行程 ，锁舌体启 、闭灵活；左 、右活门 油缸缩回、伸 出达最大行程处 ，液压吊卡左 、右活 门启 、闭灵活 。液压 吊卡旋转油缸旋转 -4 - 9 0 。 ，旋 转平稳。 3 ． 3 整体联调试验 钻机整体联 调试验过程 中，液压 吊卡作 用突 出，远程操控效果 良好。通过顶驱配合完成钻具 由 动力猫道到井 口，或者由井 口到二层台 自动送人动 作。由旋转油缸驱动的旋转驱动器 ，可实现远距离 遥控作业。试验至今 ，吊卡运转正常，工作稳定 ， 各项数据均达到设计和使用要求。 液压翻转式 吊卡现已配套宝鸡石油机械有限责 任公 司公司生产 的 Z J 7 0 D B、Z J 9 0 D B等多套钻机 ， 即将交付用户使用。 4 结 论 1 液压翻转式吊卡严格按照 A P I 8 C标准要 求进行设计 、制造 ，试验结果表明 ，各机构运转正 常 ，工作稳定 ，各项数据均达到设计和使用要求。 2 该 产品结构新颖 、安全可 靠、 自动化程 度高 ，可实现远程控制 ，同时提高工作效率 ，降低 劳动强度。 3 液压翻转式 吊卡 的成功研制 打破 了 国外 技术垄断 ，促进 了国内管柱 自动化处理系统的技术 发展 ，具有 良好 的社会效益和广阔的市场前景。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 参考文献 何鸿，闫永宏，王德贵，等 ．液压 自动吊卡技术现 状及发展建议 [ J ]．石油机械 ，2 0 1 2 ，4 0 8 2 9 3 3． 何云华 ，冒亚飞，张建 ． 新型液压吊卡中国， 2 0 1 8 6 5 6 0 0 U P] ． 2 0 1 10 61 5 ． 王小通 ，闫永宏，杨晓勇 ，等 ．对开式液压吊卡 中国，2 0 1 8 7 3 4 4 3 U [ P ]． 2 0 1 1 0 62 2 ． 许波兵 ，何云华 ． 对开式液压吊卡中国， 1 0 1 6 7 21 6 7 A 『 P] ． 2 0 1 00 31 7 ． 第一作者简介 祝贺 ，工 程师 ，生 于 1 9 8 3年 ，2 0 0 7 年毕业于西南石油大学机电工程学院，现从事石油钻采装 备的研究及设 计 工作 。地址 7 2 1 0 0 2 陕 西省 宝 鸡市 。电 话 0 9 1 7 3 4 6 2 8 7 0 。Em a i l z h u h e 9 1 1 2 0 0 8 1 6 3 ． c o rn。 收稿 日期 2 0 1 40 9 0 5 本文编辑刘峰 上接第 3 4页 伍开松，古剑飞 ，况雨春，等 ．粒子冲击钻井技术 述评 [ J ]．西南 石油 大 学学 报 自然科 学 版， 2 0 0 8 ，2 0 2 1 4 21 4 6 ． Cu r l e t t H B， Sh a r p D P， Gr e g o r y M A．Fo r ma t i o n c ut ri n g me t h o d a n d s y s t e mU S ，6 5 8 6 3 0 0 B 1[ P]． 2 0 0 2 051 4． Cu r l e t t H B， S ha r p D P， Gr e g o r y M A．Fo r ma t i o n c ut t i n g m e t h o d a n d s y s t e mU S ，6 5 8 1 7 0 0 B 2[ P ]． 2 0 0 3 062 4． Lo r d R．Bi t t e c h no l o g y ke e ps pa c e wi t h o pe r a t o r a c t i v i t y [ J ]． O i l G a s J o u r n a l ，2 0 0 6 ，2 2 7 1 1 8 0 ． R a c h N M． P a r t i c l e i mp a c t d r i l l i n g b l a s t s a wa y h a r d r o c k [ J ]． O i l ＆ G a s J o u rna l ，2 0 0 7 2 4 34 5 ． Ti b bi t t s G A． I mpa c t e x c a v a t i o n s y s t e m a n d me t ho d wi t h s u s p e n s i o n fl o w c o n t r o l U S ，7 3 4 3 9 8 7 B 2[ P ]． 2 0 0 8一 O124． Ti b bi t t s G A， Ga l l wa y G G． Pa r t i c l e d r i l l i ng a l t e r s s t a n d a r d r o c k c u t t i n g a p p r o a c h[ J ]． Wo r l d O i l ，2 0 0 8 ， 2 2 9 6 3 74 4 ． 徐依吉，赵红香，孙伟良，等 ．钢粒冲击岩石破岩 效果数值分析 [ J ]．中国石油大学学报 自然科学 版 ，2 0 0 9 ，3 3 5 6 8 7 1 ． [ 1 0 ] 伍开松，荣明，况雨春，等 ． 粒子冲击钻井破岩仿 真模拟研究 [ J ]．石油机械，2 0 0 8 ，3 6 2 9 1 1， 1 6． [ 1 1 ] 马东军，李根生，史怀忠，等 ． 水力脉冲空化射流 发生器参数优化试验研究 [ J ]．石油机械，2 0 0 9 ， 4 1 1 2 9一I 1 ． [ 1 2 ] 范黎明，殷琨 ，张永光，等．基于引射原理的侧吸 式反循环钻头结构参数数值研究 [ J ]．中南大学 学报自然科学版，2 0 1 1 ，4 2 1 2 2 0 2 2 6 ． 第一作者简介 纪 国栋 ，工 程师 ，生 于 1 9 8 6年 ，2 0 1 1 年毕业 于中国石油勘探 开发研究 院研 究生部 油气井 工程专 业，获硕士学位，现从事钻井破岩新方法与新工艺研究工 作 。地址 1 0 2 2 0 6 北京 市 昌平 区。电话 0 1 0 8 0 1 6 2 2 3 8 。 Em a i l j i g d d r i c n p c ． c o m ． c n 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 71 5 本文编辑刘锋 1j 1●J 1J] {]_]J 2 3 4 5 6 7 8 9 _寸l l卜 _