不压井双游动卡瓦连续起下管柱作业装置

魏立艳

（大庆石油管理局松原机械总厂，吉林 松原 138000）

不压井作业装置近几年不断的发展，取得了一定的技术成果，美国和加拿大已经形成了较成熟的工艺技术，取得了良好的作业成果。我国的不压井作业技术还不完善、设备简陋、卡瓦机械化程度低，工作效率低等。

目前不压井作业装置，均采用一个固定卡瓦和一个游动卡瓦交替夹持管柱，游动卡瓦是不压井作业提升下降装置的关键部件，为了提高不压井作业装置的工作效率，设计发明了新型的双游动卡瓦装置（该项目为吉林省科技发展项目，项目编号：20150312025ZX，并已取得发明专利，专利号为ZL2012103814515），该装置目前已经被辽河油田和大庆油田投入使用，运行状况良好。

1 基本结构

新型双游动卡瓦装置有两种结构，是把原来的固定卡瓦装置去掉（或保留作为应急安全卡瓦），增加一组游动卡瓦装置，形成双游动卡瓦装置。一组游动卡瓦装置主要由卡瓦、上横梁、升降液缸、下支撑梁以及连接件组成，卡瓦装在上横梁上，上横梁和升降液缸组成一个门形框架。

游动卡瓦有两种结构，一种是闭式，卡瓦体内孔为圆锥形，闭式“双游动卡瓦装置”门形框架以被夹持的管柱为中心，交叉安装（如图1）。上下两个卡瓦在管柱轴线上的最大距离应小于升降液缸活塞杆的全行程，也可根据需要自由选择距离。在每一个“冲程”的时间段里，设管柱运动的距离为L，两个卡瓦在管柱轴线方向的距离为D,卡瓦升降液缸活塞杆行程上极限位置和行程下极限位置之间的全部行程长度为C,则根据公式表示：

L=D+C

开式游动卡瓦的安装结构，门形框架可以平行安装，两个游动卡瓦安装在同一水平面上或者上、下错开，在每一个“冲程”的时间段里，管柱运动的距离L为：

L=2C

图1结构中两个夹持管柱的卡瓦都是游动卡瓦，交叉安装，由上下两组“游动卡瓦装置组成”，第一组卡瓦装置组成部分由卡瓦1、上横梁2、卡瓦升降液缸3、下支撑梁7组成。第二组卡瓦装置组成部分由卡瓦4、上横梁5、卡瓦升降液缸6、下支撑梁8组成。第一组卡瓦装置和第二组卡瓦装置，升降液缸的活塞杆行程、液缸安装距离、缸筒和活塞杆的直径均相同。卡瓦安装在上横梁的中部，上横梁的两端与卡瓦升降液缸的两根活塞杆刚性连接。下支撑梁把卡瓦升降液缸固定在井口防喷系统或框架的刚性支撑上。上横梁和各自的两个卡瓦升降液缸组成门形框架，两液缸与被夹持的管柱中心对称分布，垂直立于井口平面。两组卡瓦装置之间的安装水平距离为20mm±5mm，是两组卡瓦升降液缸活塞杆处于下极限位置时，两卡瓦间的最小安全距离。两个卡瓦所在平面互相平行，第一组卡瓦1在上，第二组卡瓦4在下。卡瓦夹持管柱升降时为工作行程，上升时起出管柱，下降时下入管柱，卡瓦松开管柱复位时为空行程。卡瓦上下移动的距离为一个冲程（行程）。

图1

2 作业流程

2.1 起出管作业

作业开始，卡瓦1、卡瓦4均位于各自的卡瓦升降液缸活塞杆行程的下极限位置。卡瓦1夹持管柱，卡瓦4处于开启状态，卡瓦1上行至卡液缸3活塞杆行程的上极限位置，作业准备完毕。

2．1．1 设液缸活塞杆伸出和收回的速度相同，卡瓦4夹持管柱后，卡瓦1开启。卡瓦4夹持管柱上行至液缸6活塞杆行程的中部位置，同时卡瓦1下行至卡瓦升降液缸3活塞杆行程的中部位置，空行程复位。

2．1．2 设液缸活塞杆伸出和收回的速度不同，以卡瓦1和卡瓦4空间相遇处为节点，卡瓦1夹持管柱，卡瓦4迅速开启。卡瓦1夹持管柱上行到液缸3活塞缸全行程的上极限位置，同时卡瓦4下行至液缸6活塞杆下全行程的下极限位置，空行程复位。管柱始终处于两个卡瓦的交替夹持上升状态。

2.2 下入管柱作业

下入管柱时，卡瓦1和卡瓦4均位于各自升降液缸的下极限位置。卡瓦4夹持管柱，卡瓦1处于开启状态，卡瓦1上行至液缸3的上极限位置，作业准备完毕。

2．2．1 设两个液缸活塞杆运动的速度相同，卡瓦1夹持管柱后，卡瓦4迅速开启。卡瓦1夹持管柱下行至液缸3活塞杆全行程的中部位置，同时卡瓦4上行至液缸6活塞杆全行程的中部位置。

2．2．2 设两个液缸活塞杆运动的速度不同，以卡瓦1和卡瓦4空间相遇处为节点，卡瓦4夹持管柱，卡瓦1迅速开启。卡瓦4夹持管柱上行到液缸6活塞缸全行程的下极限位置，同时卡瓦1上行至液缸3活塞杆上全行程的上极限位置，空行程复位。管柱始终处于两个卡瓦的交替夹持下降状态。

3 管柱一个冲程上升或下降的长度L计算

设两个液缸活塞缸杆运动的速度相同，液缸活塞杆总行程长度为C，两卡瓦间距为D（0～C米）。

当D≈0时，L=C

当D≈C时，L=2C

D在0～C之间变化，L在C～2C之间变化，在管柱起出和下入的过程中，节约了空行程的时间。如果忽略卡瓦夹持和松开动作的短暂交替时间，管柱的升起和下降运动是连续的，所以整体作业的效率提高了近一倍。

参考文献：

[1]赵建军，李友军，陈兰明等．不压井作业设备引进技术研究[J]．石油矿场机械．2004,33（6）:104-107．

[2]董超群．不压井作业游动卡瓦设计分析[D]．成都：西南石油学院 ．2011．

[3]田海东，吕瑞典，周锡容．动力卡瓦的国内外发展现状[J]．机械．2007,34（增刊）：7-12．

[4]胡勇，王志义．一种油田矿井管柱连续起下方法及双游动卡瓦装置 [P]．ZL2012103814515．