QSTS系列自动卡盘的研制.pdf

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1、石油机械2010年第38卷第1期CHINAPETR0LEUMMACHINERY新产品开发QSTS系列自动卡盘的研制李正泉史维祥陈尚年李启虔陈乾斌刘程宝张宝玲(1．西安秦森科技有限公司2．西安交通大学)摘要传统的石油、天然气勘探开采及修井夹持工具均采用双吊环夹持工具，需要多名工人同时作业，不仅劳动强度大，工作效率低，而且存在很大的安全隐患。鉴于此，研制了QSTS系列自动卡盘。该系列卡盘改传统井台双吊环手动夹持钻具为远程安全卡盘自动夹持钻具，利用计算机优化设计齿板齿形和啮合面积，确保卡持可靠、合理，既不过早损坏齿板，

2、又不损伤油管柱。QSTS系列自动卡盘己外销60台，出口销售额达34．5万美元。关键词自动卡盘气控系统远程自动夹持不压井作业规格选配。该卡盘被安装在油井法兰盘上，由卡盘0引言座体通过左曲轴和右曲轴连接夹持体，流体动力装置和左、右曲轴与支撑盘固定连接。传统的石油、天然气勘探开采及修井夹持工具均采用双吊环夹持工具，需要多名工人同时作业，不仅劳动强度大，工作效率低，而且存在很大的安全隐患，不符合当今国际石油、天然气勘探开采及修井作业的发展要求。鉴于此，西安秦森科技有限公司于2007年引进美国Varco公司的自动卡盘技术，

3、在消化吸收再创新的基础上，采用西安交通大学先进的远程流体控制装置，研制成功QSTS系列自动卡盘。该系列卡盘改传统井台双吊环手动夹持钻具为远程安全卡盘自动夹持钻具，克服了传统的石油勘探开采及修井夹持工具手动夹持管柱，仅能从事常规的压井作业等弊病。图1QSTS系列自动卡盘结构示意图1技术分析l一座体；2一拐臂；3一齿板；4一夹爪；5一挡板；6一左曲轴；7一右曲轴；8一连杆；9一流体动力装置。1．1结构1．2工作原理QSTS系列自动卡盘结构如图1所示。在该系工作时，流体动力装置驱动环式夹持体沿卡盘列自动卡盘的座体两侧各

4、设有1副由流体动力装置座体内锥孔锥面下行，推动油管柱向中心收拢，卡驱动升降的曲轴拐臂机构。在2曲轴拐臂机构内侧紧油管柱；反之，松开油管柱，同时让出通道，允端通过销轴配合连接有1副环式夹持体，它由多个许油管柱从齿板中心自由通过。夹持体下行靠流体对称设置的夹爪组成，可沿座体内锥孑L面上行或下动力装置拉力和夹持体自重及油管柱与夹持体卡紧行。夹爪配备齿板，齿板有多种规格，可根据油管力共同作用；夹持体上行靠流体动力装置推力和油基金项目：科技部2009年度国家科技型中小企业技术创新基金项目(09C26216102516)；陕

5、西省2009年重大科技创新专项资金计划项目(2009ZKC01—26)。该产品已获国家专利，专利号：ZL200820029826．0。石油机械2010年第38卷第1期管与夹持体卡紧力作用。流体动力装置的动作由司远程监控。钻操作台控制阀进行控制。根据选用的数据采集卡能力和工控机上所插数1．3主要技术参数据采集卡数量m，1台工控机最多可同时监控8mQSTS系列自动卡盘主要技术参数如表1所示。个气动执行器。表1QSTS系列自动卡盘主要技术参数3QSTS系列自动卡盘创新点3．1应用创新QS'IS系列自动卡盘克服了传统的石

6、油、天然气勘探开采及修井夹持工具手动夹持油管柱的弊病；减轻了工人的劳动强度，提高了效率和工作安全性，是国际石油勘探开采及修井工艺的发展趋势。采用QSTS特殊的固定和移动防顶自动安全卡盘举升系统，对自喷井或有一定自喷能力的高压油(气)井2气控系统原理进行施工作业时，毋须采用高压钻井液压井或诱喷降压，可以实施不压井作业工艺，避免压井液对油QSTS系列自动卡盘气控系统主要由气源(空压层的危害，降低成本，提高采收率，符合环保要求。机)、气动三联体(安全型)、截止阀、消声器、3．2技术创新三位五通双电控换向阀、继电器开关、

7、手动开关、3．2．1远程自动夹持压力传感器、气缸和管线等组成，其原理见图2。西安泰森科技有限公司与西安交通大学进行产学研合作，应用西安交通大学先进的流体动力装置，变手动操作为远程自动控制，达到精确控制配对卡盘的开合，保证不压井作业钻具的正常工作。3．2．2应用全新的特殊材料和热处理工艺QSTS系列自动卡盘从选材人手，按照APISPEC8C《钻井与采油提升设备规范》、SY／T6113-20o4《修井用气动卡盘技术条件》和SY／T6605---2004《石油钻、修井用吊具安全技术检验规图2QSTS系列自动卡盘气控系统

8、原理图范》进行材料及其热处理性能试验，确保QSTS系1一气源(空压机)；2-气动三联体(安全型)；列自动卡盘既适应40℃高温工况，也适应一40℃3一截止阀；4～消声器；5一三位五通双电控换向阀；6～继电器开关1；7一手动开关1；8-继电器开低温工况。关2；9一手动开关2；10-压力传感器；l1一气缸。3．2．3优化设计齿板齿形和啮合面积在气动执行器(气缸)进气上游装有气体