钻柱自动输送装置 液压吊卡
国内首台500t全液压翻转式吊卡研制成功
图 ２表 明由于管道的存在 ， 使得 系统的阶跃 响应 非常缓慢 ，这对闭环控制 ｓ 系统 的频 宽 是 非 常 不 利 的 ，加入蓄 能器后 阶跃 响 应有所改善 ，并且输 出波 动基本 消除。为了进一 步
／＼ ３
不考虑 管 道及 蓄 能器 ２ 一 考 虑管 道 及蓍 能器 ３ 一 只考虑 管 道
是一种 主体可 翻转 的液压驱 动的全 自动液 压吊卡。 ５ ０ ０ ｔ 全 液压 翻转 式 吊卡最 大特 点是 本体 可旋 转 正负 ９ Ｏ 。 ，通过顶驱配合完成钻具 由动力猫道 到井 口的 自动送入 动作 ，有效解 决了手动机 械式 吊卡 在作业 中更换 频繁 、安 全性 差 、劳动 强度大 等 问题 ，具 有结 构 新颖 、操作 方便 、 安全可靠 、自动化 程度 高的优点 ，可满足远程控制的需要 。 ５ ０ ０ ｔ 全液压翻转式 吊卡关键件采用宝石机械 公司特制
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１ ４ ０・
机床与液压
第４ １ 卷
后重复上升过程 。这种爬升现象是因为流体在管内的 流动滞后导致管道末 端流量不 能及 时供给负 载所需 ，
进 而造成压力下 降造成 的。
机构与控制 阀的管道长度 以及通径都应 当通过仿真和 理论计算进行优化设计 ，并且都 应充分考虑管道的动
态特性 ，合理设计管道参数 。 （ ２ ）管 道输 入 阻 抗 ｚ （ Ｓ ） ｓ ［ Ｆ（ ｓ ） ］ ／ ｃ ｈ ［ Ｆ（ Ｓ ） ］ 的大小决定 了管道对系统 的影响程度 ，并且在设计 闭 环系统时必须考虑管道动态特性 。 （ ３ ）在设计 高频 响 系统时应 尽量 缩短 控 制 阀到 执行机构 的管道距离 ，并在控制 阀压力输入端与管道 之 间增加一个蓄能器 ，能够改善系统的动态特性 。
自动化猫道设计在石油钻机上的应用研究
自动化猫道设计在石油钻机上的应用研究
图1 动力猫道示意图
电气控制系统
在运动系统时保证参数合理非常重要，设置
的控制单元，75kW、380V/50Hz
电源。
在控制系统监控工作方面，相关人员应努力做到稳定性高和效率高，以西门子PLC相应的无线控制标准为依据，对司钻一体化控制、紧急控制、无线遥控等综合控制模式进行科学安排。
控制器运转时，若发生局部故障，则当系统具进行顶驱作业，并将钻杆下入V形槽。
当所有的钻杆型槽后，确认它和挡板非常接近时才将吊卡打开。
在这个过程中，钻杆一定要移动到与V形槽完全接触的位置。
然后，根据系统的操作规程来启动双动绞车，根据实际的使用要求将送钻柱装置降到与猫道水平面相齐的位置。
之后，根据标准进行安全销作业，作业结束后再收回。
根据说明书，并且把钻杆从V形槽中推出来。
最后，为了保证内倾斜机构稳定运行，务必将钻杆推到管排架处，然后将内倾斜机构调整到初始状态。
踢出机所示。
图3 踢出机构示意图
石油钻机自动化猫道设计应用案例
在开采某油井时相关人员使用了石油钻机猫道自动化设计方式，该油井具有如表1所示的井身结构。
表1 井身结构情况
套管外
（mm）
固井井
深（m）
水泥封固
井端（m）
套管鞋
深度（m）
层位
固井
井眼
直径
（mm）
139.77417.8
6500～
7417.8
6800.32E1-2km168.3
-7515-0.00K1bs111.1
图2 倾斜机构示意图。
石油钻机猫道自动化控制探讨
石油钻机猫道自动化控制探讨随着目前我国大量油田的开采，要求积极优化钻机的使用方式。
石油钻机猫道自动化控制体系在目前很多油井开采过程中均得到了大量使用，本文对此进行了优化设计与案例分析。
1石油钻机自动化猫道优化设计1.1优化送钻柱装置构成送钻柱装置的结构主要包括主动链轮总成、安全销总成、小滑车、调节顶丝、液压驱动马达、被动链轮总成、传送本体、链条、踢出机构等部分。
管柱前进、后退工作主要是通过送钻柱装置实现的，在系统运行过程中，送钻柱装置中部V形槽中放置管柱，将安全销放置在送钻柱装置传送本体两侧位置处，以此使得管柱不会从V形槽中滚落。
通过小滑车前后运动来实现管柱的移动工作。
在拉杆的作用之下，连接链条与小滑车，在链轮转动之下促进链条活动，以此来实现小滑车的运动[1]。
1.2设置技术参数石油钻机猫道自动化控制过程中设置13.5m运输管柱最大长度，具有12～12.2m适应钻台面高度，具有508mm(20″)运输管柱最大直径、55kW最大输出功率、32880kg自重、-20～+50℃环境温度，45kN最大工作负荷、120s单根运行周期、≤90%(+20℃)相对湿度要求[2]。
1.3工作原理动力猫道具有6个部件，分别为支架、送钻柱装置、液压系统、坡道、猫道底座、绳双动绞车等。
工作时，固定于坡道背面的绳双动绞车能够带动钢丝绳在坡道顶部位置滑动，从而促进送钻柱装置在坡道方向上运动，一直到送钻柱装置能够运行至送钻柱装置，此时停止绳双动绞车运行。
利用送钻柱装置中的小滑车促进管柱前进，利用风动绞车或者顶驱等提取钻柱，此时即完成管柱提升作业。
液压站能够为小滑车与绳双动绞车提供动力，通过液压站控制系统、遥控系统即可完成整体动作过程。
系统中，坡道的构成部分为滑轮总成、坡道本体、顶滚轮总成等。
以钢丝绳导绳轮作为坡道上部的双滑轮，顶滚轮总成结构处于坡道本体上方位置，能够促进送钻柱装置向上运动以及向下运动。
猫道底座组成部分为排管架总成、托链槽、底座本体、倾斜机构、梯子等部件。
景宏顶新驱培训课本(景宏顶驱的系统组成跟功能)
大庆景宏石油设备制造有限公司
(4)动力水龙头: 动力水龙头部分由主电机、电机上端的刹车与风冷装置、
平衡装置、提环、冲管总成、减速箱及其它零部件等组成。 动力水龙头主要功能是使主电机驱动主轴旋转钻进，为上/ 卸扣提供动力源，同时循环泥浆，保证正常的钻井工作进行。
平衡装置
提环 冲管总成
减速箱
刹车与风冷装置
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9、单牙板防松机构,承扭能力大,安装拆卸方便。 10、电缆均采用整体防护, 增加了机械强度，提高使用可 靠性。 11、回转头通过固定轴与箱体联接，起下钻或使用震击器 解卡时，主轴不受力，提高了主轴轴承的使用寿命。 12、专利技术的顶驱下套管装置，下套管过程中遇阻和井 涌时，可实现顶驱和套管快速对接，建立泥浆循环，减少事 故发生（用户选配）。 13、配备了手动卡瓦气动提升装置，减少了工人的劳动强 度，提高了钻井速度（用户选配）
其主要技术特点有： 1、采用专利技术的双油缸对夹式背钳，无需定位 锁紧回转头就可以实现上卸扣功能，适用性强、操作 方便、简单，上卸扣过程省时省力。
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2、液控IBOP机构采用齿轮齿条的专利机构，并且油缸油路 内部沟通，外部无液压管线，避免了刮碰和损坏，使IBOP 工作可靠性大大提高。
3、导轨采用滑插式可折叠的结构，安装拆卸快捷、方便、 安全。相比国内外其它品牌顶驱导轨安装节省了2～3小时。
4、减速箱主轴密封采用倒油杯的专利结构，运行过程中 润滑油不会因为主轴油封失效而漏油。
5、司钻操作台配备了触摸控制屏，及时了解设备运行状 态及故障点，提高设备运行可靠性。
6、专利技术的单液压缸平衡系统，对称性好，受力均匀。 7、双PLC控制系统，互为备份，大大提高顶驱可靠性。 8、液压源安装于顶驱本体，集成化程度高，方便安装。
8000 m四单根立柱自动化钻机研制
3） 立根排放系统。钻台机械手、四单根二层 台排管装置、三单根二层台排管装置配合作业，实现 立根在二层台、井口之间的移送和排放。四单根二 层台排管装置机械手为复合式机械手，对钻杆采用 悬持移运方案，对钻铤采用推扶移运方案。四单根 二层台设悬挂台，对小钻具四单根立柱采用悬挂方 案进行排放。
1国内外现状
前苏联曾在塔式井架上尝试过四单根立柱 施工，未见后续推广应用。中国石油集团于2012 年启动陆地“四单根立柱超深井钻机研制与现场 试验”项目，研制了四单根立柱钻机原理样机，试 验证明可以缩短起下钻时间，减少复杂事故，四 单根立柱施工可成为深井超深井钻井提速、提效 的一种新途径［45］ o该钻机对于0127 mm（5英 寸）钻杆和大于0114 mm（4江英寸）的钻铤搬移、 靠放稳定［6'8］,但对于小钻具不能实现四单根立 柱施工，降低了整体提速效果；管柱自动化系统 的铁钻工和钻台机械手等主要设备还都是手动 控制或者手持遥控盒在司钻房外操作，尚未完全 集成至司钻房［9］,系统集成控制程度不高；钻机 部件有待优化结构、减轻质量、提高性能。
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石油矿场机械
2021 年7 月
1 —排管架；一动力猫道；3 —液压站；4—司钻房；5 —悬挂台；6—四单根二层台排管装置； 7 —三单根二层台排管装置；8 —缓冲机械手；9 —钻台机械手；10 —铁钻工；11 —泥浆盒。 图3管柱自动化系统
1） 管柱输送系统。采用液压排管架、动力猫 道、缓冲机械手配合作业，完成钻井管柱从地面到 井口中心的自动化输送，实现地面排管区的无人 值守。
最大钩载
5850kN
最大钻柱载荷 绞车输入功率
内置式液压卡瓦的研制
设备管理与维修2019翼9（上）内置式液压卡瓦的研制李占柱1，倪华峰1，王瑞成1，李满江1，李勇1，王存和1，崔鸿全2（1.中石油川庆钻探公司长庆钻井总公司，陕西西安710021；2.江苏诚创智能装备有限公司，江苏扬州225008）摘要：在油田钻井作业过程中，双吊卡起下钻劳动强度大、工作效率低、安全性能差，极易造成单吊环起钻引起井下事故。
卡瓦是在钻井中用来将钻柱夹持在转盘上的一种井口工具，替代了双吊卡起下钻。
研制了内置式液压动力卡瓦，可大大减轻劳动强度，提高工作效率和人身及井下安全。
关键词：钻井工具；卡瓦；液压；钻柱中图分类号：TE921.9文献标识码：B DOI ：10.16621/ki.issn1001-0599.2019.09.710引言目前国内外动力卡瓦主要有简易提放式动力卡瓦、气动卡瓦、液动卡瓦。
这些卡瓦大多数功能单一，有的不具备刮泥、有的只适应套管或钻杆，有的夹持管柱范围窄。
井口不正不能用；正常钻进不能用。
而且高出钻台面，影响铁钻工或液气大钳的操作。
根据目前国内实际，吸收国内外的先进经验，考虑到国内的材料、配件、加工工艺和手段，提出设计思路及运行方案，与相关厂家联合，研制了一套目前国内技术最先进、最安全、效率最高的一种动力卡瓦。
可大大减轻劳动强度、提高效率、提高人身井下安全。
1设计制造所遵循的标准液压卡瓦的设计制造除了必须执行国家的铸造、锻造、焊接、材料、热处理、液压和电器等相关标准外，还必须严格按照美国石油协会标准API 7K 和石油行业标准SY/T 5049—2016执行。
在这些标准中对关联尺寸、设计计算、安全系数、材料力学性能、实验方法和程序、质量控制等都做了详细的规定。
2技术分析目前国内动力卡瓦主要有简易提放式动力卡瓦和气动卡瓦这两大类。
简易提放式动力卡瓦安装在转盘上方，通过动力连杆装置将普通卡瓦上提和下方（图1）。
气动卡瓦安装在转盘内，通过气缸上提卡瓦（图2）。
两种卡瓦均高出钻台面，影响其他的施工作业，同时还存在正常钻进时接单根不能使用、井口不正不能使用等问题。
液压吊卡使用说明书
液压吊卡YDZ（3 1/2"--6 1/2"）-18º-250T--750T 使用说明书产品名称：YDZ液压对开式锥度吊卡文件编号：JH2010—05--00宝鸡金豪石油钻采设备有限公司2010年5月前言为了减轻大吨位吊卡在作业时的劳动强度，减少吊卡在打开扣合过程中的时间，为了顶部驱动钻机全面实现自动化操作，宝鸡金豪石油钻采设备有限公司研发制造了只用两根油管控制的大开档、100%平衡作业的液压吊卡。
一）基本资料：1．生产制造执行标准:API Spec 8CSY/T 5112—1999 (钻井和采油提升设备规范)SY/T6100—94 (石油钻采提升设备使用与维护)设计的安全系数: SFD=（按API 8C）2. 产品出厂试验:试验方式:悬空式静载荷,试验载荷:P(试)=1.5 P(额)保压5分钟型式试验值: P(型)=0.8 ·P(额)·SFD使用温度:≤―18℃3．YDZ液压对开式锥度吊卡的型号是根据API标准、石油天然气行业标准SY5041-92、石油钻采设备零件分类编码系统SYBM-1和同行业现行标准制定。
例如：YDZ 5″－18°－750－600两吊环之距最大载荷6750kN(750短吨)适应的钻杆锥度18°适应的钻杆直径（5″）Ф127液压对开式锥度吊卡4．YDZ液压对开式锥度吊卡是用于顶驱动钻机的钻井、完井等作业起下钻柱地面工具。
该吊卡只适应18°台肩的锥度钻杆。
二、技术参数型号：吊卡内孔孔径： mm最大载荷：kN( 短吨)自重：kg轮廓尺寸：出厂试验负荷：_____________________________________P出=1.5P额= kN负载5分钟后卸荷，卸荷24-48小时后用无损探伤方法检查主体及活门轴套、锁舌等有无残余变形。
三．YDZ液压对开式锥度吊卡的特殊性能1.该吊卡最大特点是：吊卡作业时只用两根油管控制；吊环耳中心距开档大，100%平衡作业，扣合悬挂后不用平衡带，其中心孔能于钻杆保持垂直平衡，不产生偏磨钻杆，不偏磨吊卡本身，能使顶驱钻机全面实行自动化作业，减轻工人的劳动强度，减少作业时间。
API7-1旋转钻柱构件规范(中文).docx
《旋转钻柱构件规范》美国国家标准协会/美国石汕协会7・1标准出版口期：2006年3月生效口期：2006年9月ISO 10424-1： 2004,石油和天然气行业钻井设备：旋转钻柱构件包括API标记附表作为美国国家标准采用内容API前言 (1)前言 (2)介绍 (3)1 范曲 (4)2 标准 (4)2.1测最单位 (4)2.2数据和图表 (5)3 参考标准 (5)4条款，定义，符号，强制性条款 (5)4・1条款和定义 (5)5 上部和卜•部方钻杆旋塞阀 (8)5.1 通则 (8)5.2设计准则 (9)5.3连接接头 ............................................................................................. 1 0 5.4液压试验 ........................................................................................... 1 1 5.5文件和保留记录 ....................................................................................... 1 1 5・6 初:志 ............................................................................................ 1 I5.7补充要求 (12)6 四方钻杆与六方钻杆 (12)6.1规格，类型和尺寸 ..................................................................................... 1 2 6.2 最规............................................................................................. 1 2 6.3连接 ................................................................................................. 1 2 6.4四方锻造方钻杆 ....................................................................................... 1 3 6.5力学性能 ......................................................................................... 1 3 6.6无损检测 .......................................................................................... 1 36.7 标志............................................................................................ 1 37 钻杆接头 (17)7.1规格和类型 ......................................................................................... 1 7 7.2 A类型和B类型的尺寸.. (17)7.3 C型号尺寸（水龙头转换接头） (18)7.4 D型号（捉升转换接头）尺寸 (18)7.5力学性能 .......................................................................................... 1 8 7.6无损检测 .......................................................................................... 1 97.7 接头应力释放结构................................................................................ 1 9 7.8螺纹根部冷作加工 (19)7.9 螺纹和密封台启的抗磨损处理...................................................................... 1 97.10 标志................................................................................................................................................................ 1 98 钻挺 (22)8. 1总则 (22)8.2标准钢钻挺 (24)8.3无磁钻挺 (25)9 钻井取心钻头 (29)9.1牙轮钻头和刮刀钻头 (29)9.2钻右钻头，钻冇取心钻头和聚品金刚右复合片钻头 (29)10 管子和棒料的无损检测 (32)10.1 总贝9 ........................................................................................................................................................ 3 2 10.2无损检测人员的资质. (32)1 0.3 表而缺陷 (32)10.4 内部缺陷 (33)附录A（资料）美制统一单位 (35)附录B（资料）API会标 (50)简介ISO 10424这部分的功能是定义旋转钻杆部件耍求的.材料的机械性能和设计.它也定义了遵守这些要求的测试方法。
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液压吊卡的工作过程原理和结构特点
首先将吊卡耳臂上的吊环挡块打开，将吊环装入，并将挡块复位，上紧螺栓，穿上开口销。
该吊卡采用液压自动扣锁，当顶驱吊环油缸推进，司钻可按“扣合”，自动扣锁,在打开吊卡时，只要钻杆锥面离开吊卡18°锥面，在二层平台时，司钻可按“打开”，吊卡将打开。
手动打开：即去掉液压源，用铁钩钩住锁舌手柄的手把旋转拉动，手柄旋转角度在大于30度时，锁紧机构打开，再继续拉动,左、右主体推开，吊卡即可打开。
当左、右主体张开到～63°时，受限位的约束，吊卡再不能继续张开。
此时吊卡处于等待工作状态。
图1 YDZ液压对开式钻井吊卡扣合状态
图2 YDZ液压对开式钻井吊卡打开状态
下面就中国宝鸡石油厂生产的YDZ液压对开式钻井吊卡的特点做一下简述：
1.液压吊卡只用两根动力油管控制，就是说在钻井现场，从顶驱的回转头下接或由井场液压泵站提供两根油管即可实现吊卡的自动打开扣合。
吊卡在任何一种钻机都可以使用、特别在顶驱钻机上非常有利。
2.液压吊卡的开合采用无线电遥控监测，信号接收器放置于司钻操作室内，随时可以看到吊卡的打开、扣合状态的提示；或者吊卡扣合不到位，检测器同样可以检测为：未扣合。
信号接收器可远离吊卡150米照常工作，信号灯在扣合时呈现为绿色提示，打开时为红色；信号发射与接收部分均为连续供电。
3.无线遥控信号发射用12V/10A可充电电池，每只吊卡配两块电池替换使用，该电池使用过程中，剩余电量低于6V时，信号接收器上的“欠压指示”灯就会蜂鸣闪烁提示，此时工作人员就需做好更换电池的准备，电池在6V电压时，还可继续工作24小时，所以在“欠压指示”后，可能吊卡随顶驱刚好在井架的顶部，那就等待吊卡随顶驱钻进下到钻井平台再更换电池，为了检测器正常工作，务必下到钻井平台更换电池，以免检测出错，造成不必要的损失。
4.液压吊卡，当油泵流量在10L、供油压力在16MPa时，吊卡的打开时间为：2.5秒，扣合时间为3秒，油田的液压源流量为120L，压力为16MPa，开合时间会更短。
5.液压吊卡，打开后吊卡的前倾角不大于30°；扣合后，吊卡的上平面与钻杆保持垂直，不偏磨钻杆。
6.该系列吊卡两吊环耳中心距为600mm大开档，对各种钻机、特别是顶驱钻机回转头的转动非常有利，下面的背钳不会妨碍吊环与吊卡的360°回转。
钻杆自动输送装置：
该装置主要有两个子装置组成（1）水平运移装置地面水平运移系统主要完成钻杆上、下钻杆排放架，以及实现在水平导轨中钻杆移近钻台和远离钻台行程10 m的往复运动。
水平运移系统分成上钻杆和卸钻杆两种工序和工位，上钻杆时首先从排放架上取下钻杆，然后在钻杆移运小车地推动下向钻台移近10m，进人垂直提升架．交给钻秆垂直提升夹具手：卸钻杆时垂直提升夹具手将钻杆端部放置在钻杆移运小车上，然后在液压绞车的带动下牵引钻杆远离钻台10m，再上钻杆排放架。
水平装置主要有:钻杆移运小车；液压绞车；水平导轨；行程定位机构等组成，结构和安装示意图如下
（2）立根自动连接系统立根自动连接系统主要包括4个部分：单根钻杆水平移运装置；单根钻杆垂直提升装置；单根-立根接卸装置；立根垂直提升装置等组成，结构简图如图1所示。
单根钻杆在援管机构的作用下由钻杆堆场排放架进入立根自动连接系统，单根在地面水平运移装置中移近钻井平台进入垂直提升系统，交给单根垂直提升夹具手，夹具手上提钻杆至单根一立根接卸装置接成立根，由立根提升装置变给钻台二层台井加工。
该装置由管架、输送槽和钻台坡道构成，管架布置在正对钻台斜坡的平面上，其特征在于管架的平坡道设有输送槽，在输送槽远离坡道一端的底部有摆臂，输送槽的另一端有滚轮。
利用液压动力，把管架上的管柱，通过输送槽输送到钻台的小鼠洞附近，同样也可以将钻台上的管柱送回管架上。
宝鸡石油机械厂设计一种钻具自动输送装置，它中间为一长槽的中间
管架，四足可调排管架一端由铰链与中间管架两侧对称连接，另一端各装一液压千斤顶，传送机械手装在中间排管架中间的长槽中部。