关于液压自动吊卡技术现状研究

2021-11-27 21:10:52马强维张建许雪松
中国科技纵横 2021年12期
关键词:顶驱管柱钻具

马强维 张建 许雪松

(江苏如通石油机械股份有限公司,江苏南通 226400)

0.引言

近年来,随着我国钻井自动化技术的不断发展,液压自动化吊卡技术在油田开采中的得到了不断发展,石油钻采过程中为使钻修井质量得到提高,在实际作业中应使用功能全面、性能良好的液压自动化吊卡,减轻工人的劳动强度。提高作业效率,提高作业安全性。为此,相关研究人员应加强对自动化吊卡技术的研究与发展,从而使我国石油井口自动化设备得到不断提升。

1.吊卡的实际操作流程

吊卡主要作用是提升管柱的作用,在目前钻修井作业开采难度日益增大的情况下,受高强度作业以及外部环境的影响,发生事故的可能性较高且工作效率低。为了提高作业安全性、提升整体的工作效率,加快钻修井速度,减轻工人劳动强度,可以尝试使用自动化吊卡设备来进行帮助,提高实际的作业质量。在石油开采的过程中,油井不断向深井方向发展,这使得开采的难度越来越大、开采的危险性更高,危险系数也在不断增加。同时,在石油开采的区域环境较为恶劣,这使得钻修井的过程显得更为复杂和危险,在实际的钻修井过程中需要人工手动操作吊卡设备,可能会对操作人员产生一定的安全危险,因此,为保障其作业安全,应尽量使用自动化吊卡技术来进行作业,减轻工作强度的同时,能够减少现场工作人员数量,保障工作的安全性。

在钻修井作业中,需要使用吊卡设备进行作业。首先,移动钻具,将其移动至吊卡中,利用吊卡将钻具进行提升和下放,将其移动到固定位置,并保持其处于垂直状态,其次,将钻具移动到井口处进行卡持,在钻具卡持完毕后将吊卡下放,使钻具保持下方的状态[1]。最后,将吊卡打开与钻具断开连接,并移动吊卡,将吊卡移动到钻具处,重复起吊钻具的过程,直到作业完成。

吊卡在移动钻具过程中有着非常重要的作用,能够有效提高管柱的移动作业效率和质量。在吊卡作业中需要对钻具进行卡持,因此,为提高对不同管径设备的卡持作用,其具有不同型号大小的吊卡。吊卡根据其不同类型管柱分成四种类型:钻杆吊卡、套管吊卡、油管吊卡、钻铤吊卡以及有关吊卡,在实际的使用过程中还将其分为侧开、对开和闭锁等打开方式,不同的型号和打开方式适合在不同的环境中使用,能够与环境相适应,从而有效提升整体的工作效果。

2.液压自动化吊卡功能分析

液压自动化吊卡相比于以往手动吊卡的功能更加强大,并且作业效率有较大的提高。在使用自动化吊卡时,可以直接通过自动化设备进行远程控制,或者由吊卡设备自主识别作业,不需要工作人员在井口进行操作,通过自动化控制程序,根据实际的情况来将钻具加紧移动,移动到指定位置后自动放开,在加紧和松开的过程中,不需要钻工等进行作业,有效提升整体的工作效率。利用液压系统来对自动化系统进行控制,使其能够在简单的管理线操作下,完成整体的操作,有效提高吊卡工作的实际效率。

在液压系统与设备机械部分进行连接时,使用控制阀组和液压缸等进行连接,实现通过液压系统对吊卡机械设备进行控制,提高液压自动化吊卡的实际运行效果。

3.国内外液压自动化吊卡现状

国外的石油开采技术相对较高,因此其对液压自动吊卡技术的研究也较为充分,整体技术研发和使用均较为成熟。

3.1 国外液压自动化吊卡现状

国外的液压自动化吊卡中,美国和德国的设备质量更为良好。美国NOV公司的主打产品为BX系列吊卡设备。在不断研发中,随着不同代数的开发,吊卡在18°锥台肩额定荷载以及90°台肩核定荷载中的荷载不断增大[2]。该系列的液压自动化吊卡中使用双开式结构,能够在保持平衡的状态下保持平衡,并且能够通过远程的液压系统进行驱动,实现高效率作业。该系列液压自动化吊卡设备在使用的过程中,有以下特点:其一,安全性,在使用过程中,通过远程液压系统控制,对钻具的固定效果进行识别,根据情况加强荷载的实际情况,避免发生意外打开脱落的情况发生。其二,可更换不同型号的补心,根据实际的运行情况和作业要求,对吊卡内的补心进行调整和更换,提高对不同类型、不同大小管柱的固定效果。其三,自动化程序,通过自动化程序识别和触发相关的开关,通过触发开关来完成锁紧、起吊、打开等过程,完成相关的工作,提高工作质量和效率。其四,翻转功能。通过液压自动化吊卡中的自动化设置,能够直接翻转吊卡对管柱进行抓取和固定,并对其进行移动和安装,使吊卡作业的实际效率得到提升。但美国NOV公司的BX系列吊卡控制油口较多,对顶驱要求高,仅NOV自己的顶驱才能安装,我国自主生产的顶驱悬挂体备用油口少,所以在我国自主的顶驱上都无法安装,具有很大的局限性。

德国B+V公司中的液压自动化吊卡设备较为先进,其中主要分为两个系列的产品,其一是VES-SD系列的双开式吊卡,其二是VES-HCL系列的对开式结构,整体设备的可承受强度均在758MPa以上,并且补心为高强度合金钢制成,在实际的使用过程中,具有较强的优势[3]。

德国液压自动化吊卡设备整体的抗屈服强度较高,但设备重量较轻,结构紧凑并且允许进行远程自动化操控,并且设备内部的补心可以进行更换,使整体的使用效果更加简单。该系列的液压自动化吊卡无法进行翻转,但其利用双开的方式,能够在保持平衡的状态下进行作业。在实际的管理过程中,在吊起设备中安装相应的荷载传感器,对压力与荷载进行识别,避免发生脱落的情况,具有较强的安全性。

3.2 国内液压自动化吊卡现状

我国的液压自动化吊卡技术的自主研究发展较晚,但整体的发展速度相对较快,如江苏通石油机械股份有限公司在不断研究中成功研制出不同型号与规格的液压自动化吊卡设备,目前已经能够自主研发和生产出从75t~750t不同规格系列的带翻转功能液压吊卡,目前可以全部覆盖钻、修井过程中所需液压吊卡的需求。其生产的液压自动吊卡有以下特点:(1)液压吊卡通过远程控制可以实现吊卡自动打开、关闭、翻转、复位、关闭信号反馈、打开信号反馈、载荷信号反馈等功能。(2)液压控制系统与顶驱进行融合设计,借用顶驱备用油口进行安装,不需单独外接液压站,只需顶驱悬挂体提供3路备用油口,功能多、所需油口数量少,老顶驱、新顶驱都可以进行安装使用。(3)安全可靠,液压吊卡具有载荷机械保险机构。(4)可更换吊卡补芯实现一体多用,经济性好。(5)通过翻转臂实现0°~90°范围内翻转,且翻转角度任意角度内可停。此系列液压吊卡近两年在自动化钻机和老钻机自动化改造中得到了大面积推广和成功应用。该企业后续正在研究试验纯电动翻转液压吊卡。

4.结语

在修井作业中,整体的工作较为繁重且复杂,为保障整体的运行效果,未来的吊卡设备应向自动化、智能化方向发展,同时使产品多样化且t通用化,降低使用成本,加强实际的使用运行效果,从而促进液压自动化吊卡的不断发展。

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