液壓卡瓦應(yīng)用現(xiàn)狀分析

趙國強(qiáng)

（中石化四機(jī)石油機(jī)械有限公司， 湖北 荊州 434024）

自上世紀(jì)二十年代帶壓作業(yè)設(shè)備問世以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，帶壓作業(yè)在國外已廣泛應(yīng)用，作業(yè)工藝成熟[1]。隨著2002年北京托普威爾公司從國外引進(jìn)第一臺輔助式帶壓作業(yè)設(shè)備，2007年國內(nèi)首臺車載長沖程靜密封獨立式帶壓作業(yè)設(shè)備研制成功，帶壓作業(yè)在國內(nèi)開始蓬勃發(fā)展[2,3]。液壓卡瓦作為帶壓作業(yè)設(shè)備的核心部件，跟隨帶壓作業(yè)設(shè)備在國內(nèi)各大油田進(jìn)行了大量施工作業(yè)。作業(yè)過程中，帶壓作業(yè)設(shè)備利用卡瓦卡緊管柱，實現(xiàn)對管柱的控制，防止管柱掉入井內(nèi)或者從井口飛出。當(dāng)前，國外生產(chǎn)液壓卡瓦的廠家主要包括美國TES、Hydra Rig等公司，通過現(xiàn)場不斷的試驗驗證，國產(chǎn)化液壓卡瓦也在持續(xù)優(yōu)化及改進(jìn)，目前整體性能已能達(dá)到國際先進(jìn)水平[4,5]?，F(xiàn)場應(yīng)用的卡瓦結(jié)構(gòu)形式包括水平夾緊式、變徑導(dǎo)軌式、對開式、滑塊式四種類型。水平夾緊式、變徑導(dǎo)軌式卡瓦因其先天結(jié)構(gòu)的缺陷已較少應(yīng)用，目前市場上主流卡瓦產(chǎn)品均為對開式、滑塊式兩種類型。

1 液壓卡瓦應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 水平夾緊式卡瓦

水平夾緊式卡瓦通過水平布置的三組油缸直接驅(qū)動卡瓦牙夾緊管柱，可承受管輕、管重兩種工況載荷。由于卡瓦牙夾緊管柱所需夾持力直接由油缸提供，油缸推力過小容易發(fā)生打滑，油缸推力過大容易對管柱產(chǎn)生過大損傷，因此對卡瓦油缸壓力控制要求極高。由于該種卡瓦為非自鎖結(jié)構(gòu)，作業(yè)過程中若油缸突然泄壓也會產(chǎn)生夾持力松動，發(fā)生溜管事故，因此，存在一定安全隱患。該種類型卡瓦通常作為備用安全卡瓦安裝于井控防噴器之間，用于停機(jī)或緊急狀況下使用[6]，由于存在結(jié)構(gòu)弊端及局限性，未能大規(guī)模推廣應(yīng)用。

圖1 水平夾緊式卡瓦結(jié)構(gòu)及施工作業(yè)圖

1.2 變徑導(dǎo)軌式卡瓦

變徑導(dǎo)軌式卡瓦在卡瓦牙夾緊管柱部位設(shè)置為錐形自鎖導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，在卡瓦牙完全打開部位通過增大導(dǎo)軌傾角，增大卡瓦牙水平方向位移，進(jìn)而增大了卡瓦整體通徑。該種卡瓦在滿足錐形自鎖夾持可靠的同時，兼具了大通徑的優(yōu)點。該種卡瓦在油田現(xiàn)場應(yīng)用過程中，由于卡瓦導(dǎo)軌為兩個滑槽板，卡瓦牙滑動部位為滑動銷，長時間運(yùn)行時兩者均容易變形或損壞，使用壽命較短；因采用變徑導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，在導(dǎo)軌傾角過渡位置容易發(fā)生卡阻，影響使用性能；且外形尺寸較大、較笨重。受上述三種因素影響，該種卡瓦未能跟隨帶壓作業(yè)設(shè)備大規(guī)模推廣應(yīng)用。

圖2 變徑導(dǎo)軌式卡瓦結(jié)構(gòu)及施工作業(yè)圖

1.3 滑塊式卡瓦

滑塊式卡瓦起源于美國Hydra rig公司，該種結(jié)構(gòu)卡瓦牙可沿導(dǎo)向塊固定斜面卡槽滑動來實現(xiàn)開啟、閉合，由于斜面傾角變大時卡瓦牙夾持效果會相應(yīng)變差，所以斜面傾角一般都比較小，卡瓦牙在沿斜面卡槽滑動夾緊管柱時，卡瓦牙背錐面與固定斜面之間摩擦系數(shù)小于卡瓦牙與管柱之間的當(dāng)量摩擦系數(shù)，因此具備自鎖性能。此種卡瓦因卡瓦牙全程均在卡槽內(nèi)滑動，所以運(yùn)行軌跡平穩(wěn)，可靠性較高，對中性較好，在高壓、大載荷工況下的井口施工作業(yè)中優(yōu)勢更加明顯。但也存在因結(jié)構(gòu)形式限制而導(dǎo)致的通徑偏小問題，當(dāng)現(xiàn)場施工遇到大直徑工具通過時，只能將其整體移走[7,8]。當(dāng)前，該種卡瓦跟隨帶壓作業(yè)設(shè)備在中東、北美、東南亞等地廣泛應(yīng)用，四機(jī)公司通過技術(shù)引進(jìn)方式已完成液壓卡瓦國產(chǎn)化，先后在涪陵頁巖氣田、勝利油田、埕北油田等地大量投入使用。

圖3 滑塊式卡瓦結(jié)構(gòu)及施工作業(yè)圖

1.4 對開式卡瓦

對開式卡瓦起源于加拿大Snubbertech公司，該種結(jié)構(gòu)卡瓦通常只裝有一個水平布置的卡瓦油缸，通過油缸兩端的伸縮控制四片卡瓦牙的開啟閉合[9,10]。由于卡瓦牙只有頂端一處位置與卡瓦油缸連動桿相連，卡瓦牙下部依靠重力自然下垂，所以運(yùn)動軌跡不穩(wěn)定，可靠性相對較低、對中性較差，工作過程中如果反向安裝，可能會產(chǎn)生卡瓦牙向內(nèi)翻轉(zhuǎn)問題，造成開合卡阻，因而通常只能用于低壓油水井修井作業(yè)。目前該種類型卡瓦在加拿大地區(qū)應(yīng)用較廣，國內(nèi)的大慶油田、蘇格里油田、長慶油田也有應(yīng)用。

圖4 對開式卡瓦結(jié)構(gòu)及施工作業(yè)圖

2 結(jié)論

滑塊式和對開式卡瓦作為目前市場上帶壓作業(yè)設(shè)備配套應(yīng)用的主流產(chǎn)品，在抱緊管柱后均具有自鎖功能，但因其結(jié)構(gòu)功能的差異，分別占據(jù)著高壓、低壓作業(yè)領(lǐng)域市場。隨著國內(nèi)帶壓作業(yè)工藝的日趨成熟完善，帶壓作業(yè)正朝著高壓深井、超深井領(lǐng)域拓展，因此，滑塊式卡瓦的應(yīng)用必將更加廣泛，逐漸占據(jù)更加廣闊的市場。

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