關(guān)于液壓自動(dòng)吊卡技術(shù)現(xiàn)狀研究

馬強(qiáng)維 張建 許雪松

（江蘇如通石油機(jī)械股份有限公司，江蘇南通 226400）

0.引言

近年來，隨著我國(guó)鉆井自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓自動(dòng)化吊卡技術(shù)在油田開采中的得到了不斷發(fā)展，石油鉆采過程中為使鉆修井質(zhì)量得到提高，在實(shí)際作業(yè)中應(yīng)使用功能全面、性能良好的液壓自動(dòng)化吊卡，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。提高作業(yè)效率，提高作業(yè)安全性。為此，相關(guān)研究人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)化吊卡技術(shù)的研究與發(fā)展，從而使我國(guó)石油井口自動(dòng)化設(shè)備得到不斷提升。

1.吊卡的實(shí)際操作流程

吊卡主要作用是提升管柱的作用，在目前鉆修井作業(yè)開采難度日益增大的情況下，受高強(qiáng)度作業(yè)以及外部環(huán)境的影響，發(fā)生事故的可能性較高且工作效率低。為了提高作業(yè)安全性、提升整體的工作效率，加快鉆修井速度，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，可以嘗試使用自動(dòng)化吊卡設(shè)備來進(jìn)行幫助，提高實(shí)際的作業(yè)質(zhì)量。在石油開采的過程中，油井不斷向深井方向發(fā)展，這使得開采的難度越來越大、開采的危險(xiǎn)性更高，危險(xiǎn)系數(shù)也在不斷增加。同時(shí)，在石油開采的區(qū)域環(huán)境較為惡劣，這使得鉆修井的過程顯得更為復(fù)雜和危險(xiǎn)，在實(shí)際的鉆修井過程中需要人工手動(dòng)操作吊卡設(shè)備，可能會(huì)對(duì)操作人員產(chǎn)生一定的安全危險(xiǎn)，因此，為保障其作業(yè)安全，應(yīng)盡量使用自動(dòng)化吊卡技術(shù)來進(jìn)行作業(yè)，減輕工作強(qiáng)度的同時(shí)，能夠減少現(xiàn)場(chǎng)工作人員數(shù)量，保障工作的安全性。

在鉆修井作業(yè)中，需要使用吊卡設(shè)備進(jìn)行作業(yè)。首先，移動(dòng)鉆具，將其移動(dòng)至吊卡中，利用吊卡將鉆具進(jìn)行提升和下放，將其移動(dòng)到固定位置，并保持其處于垂直狀態(tài)，其次，將鉆具移動(dòng)到井口處進(jìn)行卡持，在鉆具卡持完畢后將吊卡下放，使鉆具保持下方的狀態(tài)[1]。最后，將吊卡打開與鉆具斷開連接，并移動(dòng)吊卡，將吊卡移動(dòng)到鉆具處，重復(fù)起吊鉆具的過程，直到作業(yè)完成。

吊卡在移動(dòng)鉆具過程中有著非常重要的作用，能夠有效提高管柱的移動(dòng)作業(yè)效率和質(zhì)量。在吊卡作業(yè)中需要對(duì)鉆具進(jìn)行卡持，因此，為提高對(duì)不同管徑設(shè)備的卡持作用，其具有不同型號(hào)大小的吊卡。吊卡根據(jù)其不同類型管柱分成四種類型：鉆桿吊卡、套管吊卡、油管吊卡、鉆鋌吊卡以及有關(guān)吊卡，在實(shí)際的使用過程中還將其分為側(cè)開、對(duì)開和閉鎖等打開方式，不同的型號(hào)和打開方式適合在不同的環(huán)境中使用，能夠與環(huán)境相適應(yīng)，從而有效提升整體的工作效果。

2.液壓自動(dòng)化吊卡功能分析

液壓自動(dòng)化吊卡相比于以往手動(dòng)吊卡的功能更加強(qiáng)大，并且作業(yè)效率有較大的提高。在使用自動(dòng)化吊卡時(shí)，可以直接通過自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，或者由吊卡設(shè)備自主識(shí)別作業(yè)，不需要工作人員在井口進(jìn)行操作，通過自動(dòng)化控制程序，根據(jù)實(shí)際的情況來將鉆具加緊移動(dòng)，移動(dòng)到指定位置后自動(dòng)放開，在加緊和松開的過程中，不需要鉆工等進(jìn)行作業(yè)，有效提升整體的工作效率。利用液壓系統(tǒng)來對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行控制，使其能夠在簡(jiǎn)單的管理線操作下，完成整體的操作，有效提高吊卡工作的實(shí)際效率。

在液壓系統(tǒng)與設(shè)備機(jī)械部分進(jìn)行連接時(shí)，使用控制閥組和液壓缸等進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)通過液壓系統(tǒng)對(duì)吊卡機(jī)械設(shè)備進(jìn)行控制，提高液壓自動(dòng)化吊卡的實(shí)際運(yùn)行效果。

3.國(guó)內(nèi)外液壓自動(dòng)化吊卡現(xiàn)狀

國(guó)外的石油開采技術(shù)相對(duì)較高，因此其對(duì)液壓自動(dòng)吊卡技術(shù)的研究也較為充分，整體技術(shù)研發(fā)和使用均較為成熟。

3.1 國(guó)外液壓自動(dòng)化吊卡現(xiàn)狀

國(guó)外的液壓自動(dòng)化吊卡中，美國(guó)和德國(guó)的設(shè)備質(zhì)量更為良好。美國(guó)NOV公司的主打產(chǎn)品為BX系列吊卡設(shè)備。在不斷研發(fā)中，隨著不同代數(shù)的開發(fā)，吊卡在18°錐臺(tái)肩額定荷載以及90°臺(tái)肩核定荷載中的荷載不斷增大[2]。該系列的液壓自動(dòng)化吊卡中使用雙開式結(jié)構(gòu)，能夠在保持平衡的狀態(tài)下保持平衡，并且能夠通過遠(yuǎn)程的液壓系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高效率作業(yè)。該系列液壓自動(dòng)化吊卡設(shè)備在使用的過程中，有以下特點(diǎn)：其一，安全性，在使用過程中，通過遠(yuǎn)程液壓系統(tǒng)控制，對(duì)鉆具的固定效果進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)情況加強(qiáng)荷載的實(shí)際情況，避免發(fā)生意外打開脫落的情況發(fā)生。其二，可更換不同型號(hào)的補(bǔ)心，根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行情況和作業(yè)要求，對(duì)吊卡內(nèi)的補(bǔ)心進(jìn)行調(diào)整和更換，提高對(duì)不同類型、不同大小管柱的固定效果。其三，自動(dòng)化程序，通過自動(dòng)化程序識(shí)別和觸發(fā)相關(guān)的開關(guān)，通過觸發(fā)開關(guān)來完成鎖緊、起吊、打開等過程，完成相關(guān)的工作，提高工作質(zhì)量和效率。其四，翻轉(zhuǎn)功能。通過液壓自動(dòng)化吊卡中的自動(dòng)化設(shè)置，能夠直接翻轉(zhuǎn)吊卡對(duì)管柱進(jìn)行抓取和固定，并對(duì)其進(jìn)行移動(dòng)和安裝，使吊卡作業(yè)的實(shí)際效率得到提升。但美國(guó)NOV公司的BX系列吊卡控制油口較多，對(duì)頂驅(qū)要求高，僅NOV自己的頂驅(qū)才能安裝，我國(guó)自主生產(chǎn)的頂驅(qū)懸掛體備用油口少，所以在我國(guó)自主的頂驅(qū)上都無(wú)法安裝，具有很大的局限性。

德國(guó)B+V公司中的液壓自動(dòng)化吊卡設(shè)備較為先進(jìn)，其中主要分為兩個(gè)系列的產(chǎn)品，其一是VES-SD系列的雙開式吊卡，其二是VES-HCL系列的對(duì)開式結(jié)構(gòu)，整體設(shè)備的可承受強(qiáng)度均在758MPa以上，并且補(bǔ)心為高強(qiáng)度合金鋼制成，在實(shí)際的使用過程中，具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)[3]。

德國(guó)液壓自動(dòng)化吊卡設(shè)備整體的抗屈服強(qiáng)度較高，但設(shè)備重量較輕，結(jié)構(gòu)緊湊并且允許進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)化操控，并且設(shè)備內(nèi)部的補(bǔ)心可以進(jìn)行更換，使整體的使用效果更加簡(jiǎn)單。該系列的液壓自動(dòng)化吊卡無(wú)法進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，但其利用雙開的方式，能夠在保持平衡的狀態(tài)下進(jìn)行作業(yè)。在實(shí)際的管理過程中，在吊起設(shè)備中安裝相應(yīng)的荷載傳感器，對(duì)壓力與荷載進(jìn)行識(shí)別，避免發(fā)生脫落的情況，具有較強(qiáng)的安全性。

3.2 國(guó)內(nèi)液壓自動(dòng)化吊卡現(xiàn)狀

我國(guó)的液壓自動(dòng)化吊卡技術(shù)的自主研究發(fā)展較晚，但整體的發(fā)展速度相對(duì)較快，如江蘇通石油機(jī)械股份有限公司在不斷研究中成功研制出不同型號(hào)與規(guī)格的液壓自動(dòng)化吊卡設(shè)備，目前已經(jīng)能夠自主研發(fā)和生產(chǎn)出從75t～750t不同規(guī)格系列的帶翻轉(zhuǎn)功能液壓吊卡，目前可以全部覆蓋鉆、修井過程中所需液壓吊卡的需求。其生產(chǎn)的液壓自動(dòng)吊卡有以下特點(diǎn)：（1）液壓吊卡通過遠(yuǎn)程控制可以實(shí)現(xiàn)吊卡自動(dòng)打開、關(guān)閉、翻轉(zhuǎn)、復(fù)位、關(guān)閉信號(hào)反饋、打開信號(hào)反饋、載荷信號(hào)反饋等功能。（2）液壓控制系統(tǒng)與頂驅(qū)進(jìn)行融合設(shè)計(jì)，借用頂驅(qū)備用油口進(jìn)行安裝，不需單獨(dú)外接液壓站，只需頂驅(qū)懸掛體提供3路備用油口，功能多、所需油口數(shù)量少，老頂驅(qū)、新頂驅(qū)都可以進(jìn)行安裝使用。（3）安全可靠，液壓吊卡具有載荷機(jī)械保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)。（4）可更換吊卡補(bǔ)芯實(shí)現(xiàn)一體多用，經(jīng)濟(jì)性好。（5）通過翻轉(zhuǎn)臂實(shí)現(xiàn)0°～90°范圍內(nèi)翻轉(zhuǎn)，且翻轉(zhuǎn)角度任意角度內(nèi)可停。此系列液壓吊卡近兩年在自動(dòng)化鉆機(jī)和老鉆機(jī)自動(dòng)化改造中得到了大面積推廣和成功應(yīng)用。該企業(yè)后續(xù)正在研究試驗(yàn)純電動(dòng)翻轉(zhuǎn)液壓吊卡。

4.結(jié)語(yǔ)

在修井作業(yè)中，整體的工作較為繁重且復(fù)雜，為保障整體的運(yùn)行效果，未來的吊卡設(shè)備應(yīng)向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，同時(shí)使產(chǎn)品多樣化且t通用化，降低使用成本，加強(qiáng)實(shí)際的使用運(yùn)行效果，從而促進(jìn)液壓自動(dòng)化吊卡的不斷發(fā)展。