BX3型液压吊卡机构剖析及技术研究探讨

黄谦

（中海油田服务股份有限公司，河北三河 065201）

1.液压吊卡概述

随着地球石油资源的不断枯竭，其开采难度不断提高，全球对海洋石油勘探开发力度的扩大，对钻探开采工具提出了更高的要求。手动吊卡是在钻修井过程的起下管柱时最重要、使用频率最高的工具之一。伴随自动化技术的发展，出现的液压自动吊卡，大大简化了石油开采行业在传统起下钻或下套管过程中的操作工艺，极大地提高了石油开采作业效率，大幅度减轻现场操作工人的劳动强度，同时大幅提高操作的安全性，自动化的液压吊卡的出现，与传统手动吊卡相比，它具有无可比拟的优势。满足了石油机械的自动化要求，也是石油开采行业吊卡发展的必然趋势[1]。

2.液压吊卡研发现状

2.1 美国国民油井公司的液压吊卡

该公司自90年代推出BX1和BX2系列型液压吊卡以来，相继又推出BX3、BX4和BX5型自动液压吊卡。BX系列液压吊卡满足美国石油协会的API 8C标准，能在-20℃～40℃的环境温度下工作。BX系列吊卡主要性能参数如表1所示。

表1 NOV公司BX系列吊卡

为获得最佳的平衡和作业性能BX系列自动液压吊卡均采用为双开门结构设计，从而实现电信号的远程控制和液压驱动，结构如图1所示。该系列吊卡通过在吊卡和吊环间加装翻转执行机构，从而可实现该自动液压吊卡在作业过程中进行自动翻转，满足生产作业过程中对自动接管柱的要求，提高作业效率、降低人员操作的安全风险[2]。

图1 国民油井公司BX系列自动液压吊卡

2.2 德国Blohm +Voss公司的液压吊卡

Blohm +Voss公司从20世纪90年代已经开始生产千余套补芯吊卡，早期其产品广泛销售于欧美等高端石油钻探市场，甚至大量销售给美国国民油井公司。主要吊卡类型有2种类型VES-HCL系列和VES-SD系列，均是可更换不同尺寸补芯的吊卡，液压吊卡也是从传统行手段吊卡转型发展而来[3]。

VES-HCL系列和VES-SD系列自动液压吊卡均满足国际行业内普遍认可的API 8C/7K、ISO 9001、ABS、EN和DIN标准，产品在出厂时均完成1.5～2倍的额定载荷试验。主要区别在于开合结构上，前者为对开式结构的自动液压吊卡，后者为双开门式结构的自动液压吊卡。但由于Blohm+Voss公司的自动液压吊卡整体结构紧凑、满足国际行业内相关标准、产品性能稳定、耐用，故目前在行业内高端自动液压吊卡市场占有相当大的份额。

2.3 国内液压吊卡发展现状

国内自动液压吊卡的近几年也发展迅猛，宝鸡石油机械有限责任公司、宏华集团有限公司和江苏如通石油机械股份有限公司等，近几年都先后研制推出了多种规格型号的自动液压吊卡。从液压吊卡的结构上来看，目前，国内的自动液压吊卡基本对开式结构结构的吊卡，尚未实现翻转机构配置，另外，产品性能不够稳定，且结构、规格较少，同尺寸规格下承载能力较低，电、液自动控制可靠性较差。概括而言国内自动液压吊卡技术的发展还处于发展阶段[4]。

宝鸡石油机械有限责任公司推出了满足国内和API相关国际标准的500t翻转式自动液压吊卡，极大地提高了石油开采作业效率，大幅度减轻现场操作工人的劳动强度和操作的安全性，实现了国内石油机械的自动化需要。

BX3液压吊卡主要分为两部分：机械部分和液压部分。机械部分：机身、左活门、右活门、锁舌、连杆机构、补芯锁紧机构和锁舌锁紧机构等。液压部分：液压系统、锁舌油缸和活门油缸等。

2.3.1 工作原理

BX3液压吊卡可与不同规格的补芯配合使用，通过手动更换不同规格的补芯，可夹持管柱尺寸：95/8"—20"。

工作时，液压系统控制液压缸组的伸缩，锁舌液缸和活门液缸组成联动液缸组，活门液缸通过连杆机构控制左右活门的开合，锁舌液缸通过连杆机构控制锁舌的开合，液压系统的锁紧阀块可检测活门和锁舌是否关闭到位，锁舌锁紧机构作为安全辅助机构，保证吊卡的起吊管柱时，锁舌处于锁紧状态。

2.3.2 结构特点

（1）连杆机构。连杆机构分为锁舌连杆机构和活门连杆机构。以液压吊卡打开为例，锁舌连杆机构工作过程是：锁舌液缸缩回，带动液缸活塞杆端部的连杆支架旋转，连杆支架通过锁舌连杆以及中间机构圆盘，带动锁舌旋转，使锁舌打开。活门连杆机构工作过程是：活门液缸缩回，带动液缸活塞杆端部和液缸缸体端部的两个连杆支架旋转，依次带动活门连杆，左右活门依次打开。液压吊卡闭合过程和上述描述相反。

（2）补芯锁紧机构。为了使吊卡可以在使用时适用不同尺寸和型号的钻具，吊卡需要根据需要安装不同尺寸的补芯。设计安全可靠补芯锁紧机构，不仅可以实现补芯牢固的固定于吊卡本体结构上，而且能够实现生产过程中快捷高效的更换。用安装有弹簧的锁销来固定的补芯锁紧机构，在无需特殊工具，无需拆卸螺帽、螺栓和销子的情况下，可实现在5min～10min内快速完成吊卡各种尺寸的补芯拆装更换。（如图2所示）

图2 补芯锁紧机构

（3）锁舌锁紧机构。锁舌锁紧机构由锁紧销、自锁连杆、推杆、压缩弹簧等组成。其工作原理：液压吊卡抱紧管柱后，左右活门和锁舌关闭锁紧，管柱重力作用在补芯上，补芯下压，补芯的下边缘推动推杆，通过自锁连杆推动锁紧销伸出，阻挡锁舌的以为脱出。当移除补芯上管柱的重量后，压缩弹簧伸长，锁紧销缩回，推动推杆和补芯上移。锁舌锁紧机构解锁。

（4）触发机构。当钻具进入液压吊卡后，触动触发机构启动液压自动吊卡的关闭程序，液压吊卡活门和锁舌先后触发顺序关闭。另在锁舌体旁边还安装1个液压锁紧阀，在锁舌体关闭到位后触动锁紧液压阀，顶部驱动装置方可上起，钻具由液压猫道机顺序传送到井口，再完成由倾斜到垂直的动作。

3.BX3液压吊卡液压系统

自动液压吊卡的一系列动作，主要是通过安装在液压吊卡本体后部，高度集成各种液压阀件组装而成的液压控制系统来实现。集中将液压阀件系统安置于后部，利于常规的检查、调校、维修和清洁保养，同时利于对液压管线的保护和拆装更换。

4.结论

海洋钻井平台是海洋油气田开发的必要实现途径，液压吊卡作为海洋钻井平台实现自动化的主要设备，在实际的使用过程中，液压吊卡故障率在整个钻探设备系统中最高。本文主要是对液压吊卡结构进行剖析和对其结构进行优化讨论，优化后的液压吊卡成工应用于海洋石油某钻井平台一年多，液压吊卡的故障率明显下降，得到客户的高度认可。