超級單根全液壓鉆機氣動卡瓦結構計算

2014-04-16 07:41:20岳文斌王清巖張飛宇

機械制造 2014年4期

□ 岳文斌 □ 王清巖 □ 張飛宇

吉林大學建設工程學院長春 130026

超級單根全液壓鉆機是一種可滿足煤層氣、頁巖氣、水平井、定向井、深井開采的淺層鉆進的鉆機。該鉆機的井架起放、鉆進動力給進等主要功能均由液壓控制，具有機動性高、搬家方便、井場占地面積小、鉆機總裝及井場建場時間短等特點，可以大大節約運輸時間、工地準備時間及相關費用，節約了鉆井成本，提升了鉆井效率。在油田鉆井施工中，鉆機卡瓦是用來夾緊鉆桿或套管的井口工具，通常固定在轉盤上。

目前技術比較成熟的卡瓦驅動方式主要有氣動和液動兩種，相比之下，氣動又比液動具有更多優點。在鉆井施工現場中，大多配有空氣壓縮機，能為氣動卡瓦提供充足的動力介質，減少了設備投資，降低生產成本，并且不污染環境。

1 氣動卡瓦的設計要求和參數

氣動卡瓦要有足夠、穩定的夾緊力，鉆桿或套管與卡瓦之間不能發生相對滑動，夾緊機構應有自鎖性能；夾緊與松開動作迅速，松開徹底，不影響鉆桿或套管的起升；夾緊力要分布均勻，夾緊時不應損傷鉆桿表面，卡瓦強度適當，耐磨，摩擦因數大；卡瓦牙板由于易損壞，應便于拆換；結構要緊湊，使用安全，操作方便，易于維修。

氣動卡瓦應用于2 000～3 000 m超級單根全液壓鉆機，配合鐵鉆工、旋扣器、動力水龍頭，完成上卸扣、起下鉆工作。

以鉆深3 000 m超級單根全液壓鉆機計算，設計承載為350 t。

2 卡瓦結構受力計算

當鉆桿或套管在自身重力作用下沿井壁下行時，鉆桿或套管與卡瓦體之間的摩擦力F2帶動卡瓦體隨鉆桿或套管一同下行，當卡瓦體錐面與卡瓦座體的錐面緊密貼合并形成一定的擠壓力時，卡瓦座體提供給卡瓦體足夠的阻力，阻礙了卡瓦體連同鉆桿或套管的下行，完成了夾持動作，實現了卡瓦的功能。通過上述分析，卡瓦楔緊并卡住鉆桿或套管的基本條件是，鉆桿或套管下行時，必須要帶動卡瓦體下行實現楔緊作用，即鉆桿或套管與卡瓦體之間的摩擦力F2應大于或等于卡瓦體背錐面與卡瓦座體內錐面之間產生的阻止卡瓦體連同鉆桿或套管下行的阻力。