趙國強

（中石化四機石油機械有限公司， 湖北 荊州 434024）

自上世紀二十年代帶壓作業(yè)設備問世以來，經過幾十年的發(fā)展，帶壓作業(yè)在國外已廣泛應用，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第一臺輔助式帶壓作業(yè)設備，2007年國內首臺車載長沖程靜密封獨立式帶壓作業(yè)設備研制成功，帶壓作業(yè)在國內開始蓬勃發(fā)展[2,3]。液壓卡瓦作為帶壓作業(yè)設備的核心部件，跟隨帶壓作業(yè)設備在國內各大油田進行了大量施工作業(yè)。作業(yè)過程中，帶壓作業(yè)設備利用卡瓦卡緊管柱，實現(xiàn)對管柱的控制，防止管柱掉入井內或者從井口飛出。當前，國外生產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，國產化液壓卡瓦也在持續(xù)優(yōu)化及改進，目前整體性能已能達到國際先進水平[4,5]?，F(xiàn)場應用的卡瓦結構形式包括水平夾緊式、變徑導軌式、對開式、滑塊式四種類型。水平夾緊式、變徑導軌式卡瓦因其先天結構的缺陷已較少應用，目前市場上主流卡瓦產品均為對開式、滑塊式兩種類型。

1 液壓卡瓦應用現(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構，作業(yè)過程中若油缸突然泄壓也會產生夾持力松動，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，用于停機或緊急狀況下使用[6]，由于存在結構弊端及局限性，未能大規(guī)模推廣應用。

圖1 水平夾緊式卡瓦結構及施工作業(yè)圖

1.2 變徑導軌式卡瓦

變徑導軌式卡瓦在卡瓦牙夾緊管柱部位設置為錐形自鎖導軌結構，在卡瓦牙完全打開部位通過增大導軌傾角，增大卡瓦牙水平方向位移，進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)場應用過程中，由于卡瓦導軌為兩個滑槽板，卡瓦牙滑動部位為滑動銷，長時間運行時兩者均容易變形或損壞，使用壽命較短；因采用變徑導軌結構，在導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)設備大規(guī)模推廣應用。

圖2 變徑導軌式卡瓦結構及施工作業(yè)圖

1.3 滑塊式卡瓦

滑塊式卡瓦起源于美國Hydra rig公司，該種結構卡瓦牙可沿導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滑動，所以運行軌跡平穩(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。但也存在因結構形式限制而導致的通徑偏小問題，當現(xiàn)場施工遇到大直徑工具通過時，只能將其整體移走[7,8]。當前，該種卡瓦跟隨帶壓作業(yè)設備在中東、北美、東南亞等地廣泛應用，四機公司通過技術引進方式已完成液壓卡瓦國產化，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 滑塊式卡瓦結構及施工作業(yè)圖

1.4 對開式卡瓦

對開式卡瓦起源于加拿大Snubbertech公司，該種結構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，可能會產生卡瓦牙向內翻轉問題，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)應用較廣，國內的大慶油田、蘇格里油田、長慶油田也有應用。

圖4 對開式卡瓦結構及施工作業(yè)圖

2 結論

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

◆參考文獻

[1] 于大偉. 帶壓作業(yè)裝備的過去、現(xiàn)在與未來[J].石油和化工設備，2019，22(2)：49-51.

[2] 常玉連，魏靜，高勝，等. 獨立式不壓井作業(yè)裝備技術發(fā)展[J].石油礦場機械，2011，40(4)：12-16.

[3] 謝永金，曹立明. 新型不壓井作業(yè)設備的研究[J].石油機械，2007，35(9)：161-164.

[4] 田東海，呂瑞典，周錫容. 動力卡瓦的國內外發(fā)展現(xiàn)狀[J].機械，2007，34(S1)：7+12.

[5] 趙磊，馬廣蛇，李洪波，等. 液壓動力卡瓦技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢研究[J].石油機械，2014，42(11)：41-45.

[6] 陳楠，邢付順，母小平，等. 修井機與帶壓作業(yè)裝置集成化改造與應用研究[J].中國設備工程，2019，(11)：77-78.

[7] 于大偉，陳新龍，王煒，等. 新型獨立式帶壓作業(yè)設備的研發(fā)與應用[J].石油機械，2017，45(5)：103-106.

[8] 常玉連，魏靜，高勝，等. 獨立式不壓井作業(yè)裝備技術發(fā)展[J].石油礦場機械，2011，40(4)：12-16.

[9] 黃杰，徐小建，郭瑞華，等. 氣井帶壓作業(yè)技術在蘇里格氣田的應用與進展[J].石油機械，2014，42(9)：105-108.

[10] 張東平，張建，紀風杰. 帶壓作業(yè)裝置技術發(fā)展[J].石油礦場機械，2016，45(8)：27-30.