液压动力卡瓦技术现状与发展趋势研究.pdf

2 0 1 4年第 4 2卷第 l 1 期 石 油机械 C HI NA P E TROLE UM MAC HI NERY 一41 一 ●钻井技术与装备 液压 动力卡瓦技术现状与发展趋势研 究 赵 磊 ， 马广蛇 李洪波 ， 董毅军 刘 江 何俊杰 1 ．国家油气钻井装备工程技术研究中心2 ．宝鸡石油机械有限责任公司 摘要 自动液压动力卡瓦是井 口机械 自动化的重要一环。介绍 了液压动力卡瓦的产品分类及 特点，概述 了液压动力卡瓦技术发展现状，尤其对 当前 N O V、BV 以及 We a t h e r f o r d公 司的典 型 液压动力卡瓦的结构参数和性能特点进行 了重点分析研究。最后指 出了液压动力卡瓦的发展趋势 ① 向承载多样化 ，夹持多元化方 向发展 ；② 向高安全性、高可靠性方 向发展；③ 向控制操作智能 化、集成化方向发展。 关键词 液压；动力卡瓦；技术现状；发展趋势 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 1 0 Te c hni c a l St a t u s a nd De v e l o p m e n t Tr e nd o f Hy dr a u l i c Po we r Sl i ps Z h a o L e i ， Ma G u a n g c h a n L i H o n g b o ， D o n g Y i j u n L i u J i a n g H e J u n j i e ’ 1 ． 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 ip m e n t R e s e a r c h C e n t e r ；2 ． C N P C B a O i e l d Ma c h i n e r y C o ． ，L t d ． Abs t r ac t Au t o ma t i c h y d r a u l i c p o we r s l i p i s a k e y p a r t t o t he we l l h e a d me c h a n i c a l a u t o ma t i o n ． Th e p r o d u c t c l a s s i fic a t i o n a n d f e a t ur e s o f t he h y d r a u l i c p o we r s l i p a r e d e s c r i b e d， a n d a n o v e r v i e w o f t h e d e v e l o p me n t s t a t u s o f t h e h y d r a u l i c po we r s l i p t e c h no l o g y i s p r e s e n t e d ． Th e s p e c i fic a t i o n s a nd pe rfo r ma n c e f e a t u r e s o f t y p i c a l h y d r a u l i c po we r s l i p o f NOV ， B V a n d W e a t h e r f o r d a r e a na l y z e d ． The d e v e l o p me n t t r e nd s o f h y d r a u l i c p o we r s l i p i s fin a l l y p o i n t e d o u t ① c a p a b il i t y t o h a n d l e a n d h o l d m o r e d i v e r s i fi e d e l e m e n t s ；② h i g h s a f e t y a n d h i g h r e l i a b il i t y ；③ c o n t r o l o p e r a t i o n i n t e l l i g e n t i z a t i 0 n a n d i n t e g r a t i o n． Ke y wo r ds h y dr a u l i c； p o we r s l i ps ； t e c h ni c a l s t a t u s； d e v e l o pme n t t r e n d s 0 引 言 动力卡瓦是在石油和天然气钻井 中以气动或液 压作为动力 ，卡持钻杆 、钻铤 、套管本体 ，用以悬 持管柱重力的井 口工具 I 2 。随着陆地石油勘探开 发进入深井 、超深井时代以及对海洋石油勘探开发 力度 的加大 ，钻井作业对钻井设备尤其是井 口工具 的稳定性 、自动化和智能化要求进一步提高 。目前 气动卡瓦已不 能满足提高钻井效 率和安全性 的要 求。自动液压动力卡瓦与气动卡瓦相比，有以下 3 点优势 ①功率密度大 ，在承受大载荷的情况下稳 定性好 ；②与电控 系统易 于结合 ，自动化水平高 ； ③易于实现 过载保 护 ，安全性 好 J 。 自动液压 动 力卡瓦是井 口机械 自动化 的重要一环 ，具有气动卡 瓦无可 比拟的优势 ，是国内外钻井卡瓦产品研究开 发的趋势。 1 液压动力卡 瓦的类型 与技术特点 1 ． 1 类 型 从形式上分类 ，液压动力卡瓦产品主要有 2种 类型 一是利用液压装置直接作动力 ，用卡瓦将钻 杆夹紧；二是用液压驱动的升降装置下压楔块机构 ， 并利用楔块 的自锁特性 ，用 自重将钻杆锁紧[ 4 j 。 从执行机构分类 ，主要有 2种类型 一是利用 液压装置驱动 ，通过与卡瓦体连接的驱动装置直接 实现上提下放 ；二是利用液压驱动多连杆等侧翻式 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 。 2 0 1 4年 第4 2卷第 1 1期 赵磊等 液压动 力卡 瓦技 术现状 与发展 趋势研 究 ．- 4 5．- 必然会 向着承载范围多样化 、夹持范围多元化 的方 向发 展。在 目前 液 压 动 力 卡 瓦 已满 足 A P I 5 D P 、 A P I 5 C T规范中标准管柱夹持 的基础上 ，还 应在 深 井 、超深井及海洋作业时面临的高承载能力 、非标 管柱作业 、完井管 串下人作业 、随管柱下电缆作业 等方面展开研究。同时还要适应不 同形式的管柱处 理系统 ，满足各种使用要求 。 4 ． 2 向高安全性、高可靠性方 向发展 随着井深的进一步增加 ，对液压动力卡瓦的承 载要求势必会进一步提高 ，而其结构却变得越来越 复杂 、紧凑。为解决安全性与高可靠性 问题 ，液压 动力卡瓦必将会在铸造材料、热处理方法和加工工 艺等方面不断创新与发展 ，多项先进技术将应用在 这一领域 ，高安全性和可靠性将成为液压动力卡瓦 的核心竞争力 。 4 ． 3 向控 制 操作 智能 化 、集成 化 方 向发展 未来液压动力卡瓦的控制与操作系统将会集成 在 自动管柱处理系统的控制系统中，与其他设备实 现智能协作。通 过 P L C程序控制 ，使 操作者或副 司钻在远端即可对整套系统实现控制 ，这将极大地 提升作业安全性与钻井效率。 参考文献 [ 1 ] 王全宾，王瑞成，黄红梅 ，等 ．双 向卡瓦大通径悬 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 挂器 的研 制与应 用 [ J ]．石油 机械 ，2 0 1 2 ，4 0 44 64 8 ． 李汝强，高广启，付增，等 ．组合式变径卡瓦设计 [ J ]． 石油机械，2 0 1 2 ，4 0 2 3 03 2 ． 许福玲，陈尧明 ．液压与气压传动 [ M]．北京 机械工业 出版社 ，2 0 0 7 ． 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 ，3 4 增刊 1 7 ，3 2 ． V a n R i j z i n g e n J W H，R o l i n g R R，Ma s o n D B ． N o n - s e i z e ma t e r i a l a t t a c hme n t f o r a d r i l l s l i p s y s t e m US， U S 7 7 5 8 2 8 0 B 2 [ P ]． 2 0 1 21 0 0 4 ． An o n ． BV G e n e r a l C a t alo g 2 0 1 3 『 EB ／ OL]． 『 2 0 1 3 1 1 ]h t t p ∥ V W 1 4 ro b l o h m v o s s o i l t o o l s ． c o r n ／ ～d o e u m e n t s ／B V Ge ne r a l Ca t a l o g e n g 一 3 1 2 0 1 3 ． p d f ． A n o n ． R i g fl o o r e q u i p me n t[ J ]． Wo r l d O i l ，2 0 1 0 ， 2 3 1 1 2 8 1 3 ． 董毅军，闫永宏，杨小勇，等 ．全 自动液压卡瓦 中国，C N 1 0 3 2 1 6 1 9 9 A [ P ]． 2 0 1 3 0 7 2 4 ． 第一作者简 介赵磊 ，工程师 ，生 于 3 9 8 4年 ，2 0 0 6 年毕业于重庆大学机械工程学院，现为西北工业大学船舶 与海洋工程专业在读硕士研究生 ，从事石油钻井及井下工 具的研究及设计工作。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 6 7 。Em a i l l e i z h a o e n p e ． c o n。 收稿 日期 2 0 1 4 0 90 5 本文编辑刘峰 上接 第4 0页 力矩太小而造成减速失效 。该智能缓冲防碰装置可 实时检测游吊系统高度 、钩速和悬重 ，并与减速 目 标速度 、防砸刹车高度及防砸预警缓冲高度进行对 比，实时调整刹车力矩的输出。 4 现场试验及建议 石油钻机智能缓冲防碰装置在试验井场安装在 Z J 7 0 D钻机上 ，分别 在游 吊系统悬重为 2 8 0和 1 2 0 k N的条件下进行 了多次试验 。试验结果 表明，在 游吊系统上限速度不大于 1 ． 2 m ／ s ，防砸预警缓冲高 度与防砸刹车高度距离不小于 2 ． 5 m 的条件下，游 吊系统限速以及减速控制精确度较高。在实际使用 中，建议游吊系统最高速度不大于 1 ． 2 m／ s ，防砸 预警缓冲高度与防砸刹车高度距离不小于 2 ． 5 m。 参考文献 [ 1 ] 张芳 ，谌海云，易伟，等 ．陆地石油钻机大钩高度 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 保护系统[ J ]．机 械制 造 与 自动化，2 0 1 2 ，4 1 2 6 36 4 ，7 8 ． 樊启蕴 ，张嗣伟 ，李维明．盘式刹车设计 中的一个 新概念热设计 [ J ]．石油矿场机械，1 9 9 5 ，2 4 32 22 5 ． 姜鸣，周声强，刘育生 ．石油钻机绞车制动方式研 究 [ J ]．石油机械，2 0 0 5 ，3 3 增 刊 1 3 8 9 1 9 2． 李玉香 ．绞车辅助刹车系统在钻修设备中的应用与 发展 [ J ]．石油天然气学报，2 0 0 9 ，3 1 3 3 4 8 3 49 ． 第一作者简介 孙江锋 ，工程 师 ，生 于 1 9 7 9年 ，2 0 0 2 年毕业于长安大学机电一体化专业，现从事石油钻机司钻 控制房 、气动控制等方面的设计研究工作。地址 7 2 1 0 0 2 陕西省宝鸡市。电话 0 9 1 7 3 4 6 2 1 9 8 。Em a i l s i 9 8 1 1 26 ．c o n。 收稿 日期 2 0 1 4 0 9 0 5 本文编辑王刚庆