1、1不压井作业中卡瓦滑动问题的分析与改进摘要：本文介绍了热采不压井作业装置在工作中出现的固定卡瓦，以及解决游动卡瓦的问题。 关键词：卡瓦 分析 改进 不压井作业是指在井筒内有压力、有油气的情况下不压井进行起下管柱作业，实施增产措施或进行欠平衡钻井的一种先进的作业设备。它能有效避免作业过程中压井对油层产生的污染，保护油气层，简化作业施工工序，提高生产效率，降低生产成本。 针对低压油井因作业井漏造成作业后产量恢复周期长的问题，开展了不压井作业技术攻关，重点解决了杆式泵抽油井和自喷井转抽的不压井作业问题，并组织开展了不带压不压井作业工艺现场试验。钻采院热采不压井作业装置采用了卡瓦和横梁集成方案，且固定
2、横梁和游动横梁具有相同结构和尺寸。设备工作中出现了固定卡瓦满足作业要求，而游动卡瓦作业时出现管柱滑动，卡不牢的情况。设备改造中要求解决游动卡瓦问题。 1、带压作业系统构成及工作原理 作业车上配有 1 台主要用于井架升高、作业车支撑和液压大钳使用的油泵，此泵同时也是带压作业的动力源。整个作业系统按作业功能可划分为动力、控制、结构和密封 4 个系统。液压动力系统是整个装置的关键，它承担着系统的作业动力源和密封动力源 2 项任务。作业动力源2要求高效率，密封动力源需要较高的工作压力以密封井内的井压。 液控操纵箱内有总进油管、总回油管、单向阀、三通和多个压力表，箱外有蓄能器。当总进油管线进入操纵箱后，
3、先通过 1 个三通，其中一路直接与主油缸手动换向阀的进油口相连接，另一路通过单向阀进入主进油管线分送到上卡瓦、下卡瓦、环型封井器和闸板防喷器，回油管路全部由总回油管回流到作业车油箱内，在换向阀的输出管路上全部装有压力表，便于观察设备开、关、上升、下降的情况。由于不同作业阶段主油缸油压相差很大，油缸上升时只需要很少一点压力，而油缸下降阶段，刚开始下入油管时所需压力较大，随着油管下入深度，油管自重越来越大，油缸所需下拉力相应减小，故主油缸在作业过程中大部分时间所需油压不大，但要求流量大，以加快油缸上升和下降的速度，提高工作效率。其他液压设备则与之相反，要求高压力，小流量。因此将进油设计分为 2 路
4、：一路去主油缸；另一路通过单向阀去高压力、低流量的液压回路，通过单向阀防止高压油在系统压力下降时回流，该回路上接有蓄能器以储备高压油。当总进油管进入操纵箱后，一路去主油缸，另一路通过单向阀进入蓄能器和其他 6 个换向阀，蓄能器内有胶囊，储有高压氮气。开始工作时，作业车动力源把泵压加到最高工作压力，使蓄能器内充满高压油，随后，动力源降压，因有单向阀，操纵箱内除主油缸外，其他油路压力仍为高压，这样，高压和低压 2 部分均可正常工作。2、原因分析 因卡瓦和横梁采用集成方案，且固定横梁和游动横梁具有相同结构，3固定卡瓦满足作业要求，说明卡瓦结构本身无大问题，否则固定卡瓦也不能满足作业要求。问题可能出现
5、在游动横梁上。 固定横梁和游动横梁在工作中具有不同的受力状态，游动横梁受到上提和下压管柱时弯曲应力和卡瓦卡紧管柱时的拉应力双重作用，且具有动载，其受力状况较固定横梁恶劣和复杂得多。下面对游动横梁的强度进行校核。 受力分析（静态） F 为额定上提或下压管柱力，Fs=60T， Fx=40T P 为卡瓦卡持管柱时 A-A 截面所受内力 ps=Fs/0.3=200T， Px=Fx/0.3=133T A-A 截面槽钢 1 截面积 S1=39x2=78cm2 截面系数 W1=274x2=548cm3 A-A 截面平板 2 截面积 S2=10x1.6x4=64cm2 截面系数 W2=375x2=750cm3
6、 L 为液压动力缸中心距 L=125cm 强度计算 A.A-A 截面所受卡瓦拉应力 1m=Ps/（s1+s2）=14Kg/mm2 1n=Px/（s1+s2） =9.4Kg/mm2 B.A-A 截面所受管柱载荷弯曲应力 2m=FsL/4（W1+W2）=14.4Kg/mm2 2n=FxL/4（W1+W2）=9.6 Kg/mm2 4C.在拉应力和弯曲应力联合作用下的最大正应力 上提 m =1m+2m=28.4 Kg/mm2 下压 n =1n+2n=19 Kg/mm2 横梁材料为 A3F，其 s=24 Kg/mm2 b=40 Kg/mm2 若安全系数 n=1.67， b =24 Kg/mm2 几点看法
7、 A.静态受力状态下，以额定拉力 60T 上提管柱，在拉应力和弯曲应力联合作用下的最大正应力 mb ，如再考虑动载作用，横梁强度不足。 B.在拉应力和弯曲应力联合作用下的最大静态正应力 ms，如再加上上提动载作用， 会加大横梁变形，使卡瓦牙上下受力不均，出现夹持不牢，管柱滑动现象。 C.卡瓦和横梁集成为一体的结构具有结构紧凑的优点，同时也增加了对横梁结构和材料强度的要求。游动横梁和固定横梁具有不同的受力状态，应根据具体情况分别对待。 3、改进措施 在现有结构的基础上，增加游动横梁的抗拉和抗弯强度，减小变形，即可满足游动横梁上提和下压管柱的强度要求，同时使游动横梁卡瓦的工作性能接近或等同固定卡瓦
8、。改进后在拉应力和弯曲应力联合作用下的最大正应力减小一倍，游动横梁的强度和刚性大大提高，游动卡瓦工作可靠性得以改善。 5虽然该措施仍有许多需要在使用中不断完善和改进的地方，在性能指标上与国外先进设备依然存在差距。但是，作为国产化的带压修井设备，在经济性和售后服务方面的优势是国外设备所不具备的，国产化设备在某种程度上抑制了国外设备的价格，促进了国外在设备服务方面的危机意识。随着新设备的不断完善和推广，国内带压作业装置的技术水平将迅速接近国外同类设备，同时，设备的国产化也将带动修井装置企业的发展，从而给国内外油气田提供更经济、更安全和操作方便的修井设备。 参考文献： 1 徐忠明. 轻型修井机的现状与开发展望J . 石油机械， 2000 ，28 （2） ：48251. 2 王振庄. 我国修井机技术发展的过去和未来J . 石油矿场机械， 2001 ，30 （增刊） ：123.
