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摘要：依据三爪卡盘的工作原理，设计了一种三爪卡盘式吊卡。使用该吊卡进行起下油管作业，可以减少井口操作人员的数量、提高施工的安全性、降低劳动强度。配合相应的油管翻转机构，可以实现单吊卡起下油管作业，从而推动起下油管作业自动化的进程。
Absract: According to the work principle of three claws chuck, we designed a kind of three claws chuck crane card. Using the hang card for the tubing under operation can reduce the number of operators, and improve the safety of the construction, the reduction of labor intensity. Cooperating with the corresponding tubing flip institution can realize single hang card under the tubing homework, so as to promote the process of tubing homework under automation.
关键词：三爪卡盘式吊卡；设计；起下油管
Key Word: three claws chuck, design, the tubing string
中图分类号：U464.136+.5文献标示码：A文章编号：
前言
目前，油田施工队伍多采用双吊卡作业方式进行起下油管，这种方式需要操作人员反复倒换吊卡，工作量繁重。而且，一旦井口的作业人员与和修井机操作人员配合不好，极易发生挂单吊环的事故，严重时会造成管柱落井，甚至影响到人身安全。为实现单吊卡起下油管作业，根据三爪卡盘的工作原理，设计出一种三爪卡盘式吊卡。上卡盘吊卡始终悬挂于吊环上，下卡盘吊卡固定在井口，通过配合井口的油管翻转机构（另行设计）将滑道上的油管送入上卡盘吊卡内进行夹持，操作起来方便、快捷，不仅可以减少井口操作人员的数量，而且能够提高施工的安全性、降低工人的劳动强度。
1吊卡结构
三爪卡盘式吊卡主要由上卡盘吊卡和和下卡盘吊卡两部分组成，上卡盘吊卡始终悬挂于提升系统的吊环上，下卡盘吊卡固定在井口，作业时工人不必反复倒换吊卡，实现了单吊卡起下管柱。
上卡盘吊卡主要由卡盘体、上卡盘活动卡爪、吊耳及液压马达组成。卡盘体最大外径380mm，内通径134mm，内部有卡盘驱动结构；活动卡爪有三只，主要用来夹持油管；上卡盘吊卡通过吊耳悬挂于提升声系统的吊环上，液压马达与修井机的液压管线连接，作为卡盘的动力源。
下卡盘吊卡主要由卡盘体、下卡盘活动卡爪和液压马达组成。下卡盘体最大外径500mm，内通径210mm，内部有卡盘驱动结构；活动卡爪有三只，每只活动卡爪上都有扶正块、牙槽及钳牙，扶正块起到使油管居中的作用；钳牙与牙槽用沉头螺钉固定，其作用是在对油管进行上卸扣时防止管柱倒转；液压马达与修井机的液压管线连接，作为卡盘的动力源，图（1）为三爪卡盘式吊卡结构。
1-下卡盘活动卡爪；2-油管；3-吊耳；4-液压马达；
5-上卡盘活动卡爪；6-卡盘体
图（1）三爪卡盘式吊卡结构
2工作原理
如图（2）所示：三个小锥齿轮和大锥齿轮相啮合，大锥齿轮的背面有平面螺纹结构，三个卡爪等分安装在平面螺纹上。液压马达与修井机的液压管线相连接，通过液压马达可以带动小锥齿轮和大锥齿轮的转动，大锥齿轮背面的平面螺纹就使三个卡爪同时向中心靠近或退出，从而夹紧、松开管柱。
1-液压马达；2-大锥齿轮；3-小锥齿轮；4-卡盘体；
5-活动卡爪；6-油管；7-平面螺纹
图（2）工作原理
3主要部位优化设计
3.1 上卡盘活动卡爪
为实现单吊卡起下油管，上卡盘吊卡始终悬挂于提升系统的吊环上，通过配合井口的油管翻转机构及活动卡爪的径向中心移动对油管进行夹持，从而实现对油管的吊挂，图（3）为优化设计后的上卡盘活动卡爪。
1-弧面1；2-台阶；3-弧面2
图（3）上卡盘活动卡爪
在上卡盘体上以120度角均匀分布有三只活动卡爪，卡爪在卡盘体的固定滑动轨道内进行滑动。活动卡爪的台阶用于承挂油管節箍端面；弧面1的弧度与油管接箍的弧度一致，用于环抱油管节箍；弧面2的弧度与油管加厚部位的弧度一致，用于环抱油管加厚部位。当上卡盘吊卡的三个活动卡爪做径向中心移动时，依靠弧面1、弧面2及台阶三个部位对管柱进行锁紧、固定，如图（4）所示。
图（4）上卡盘活动卡爪夹持油管
3.2下卡盘活动卡爪
在下卡盘体上以120度角均匀分布有三只活动卡爪，卡爪在卡盘体的固定滑动轨道内进行滑动。
活动卡爪的上端面用于支撑油管节箍端面；弧面的弧度与油管加厚部位的弧度一致，用于环抱油管加厚部位。牙槽用于镶嵌钳牙，以便咬紧油管本体，防止管柱倒转；当三个卡爪做径向中心移动时，依靠上端面、弧面及钳牙三个部 位对管柱进行支撑、锁紧、固定，图（5）为优化设计后的下卡盘活动卡爪。
1-上端面1；2-弧面；3-牙槽；4-扶正块
（5）下卡盘活动卡爪
活动卡爪上有扶正块，三只活动卡爪的扶正块均不在同一平面上，彼此之间的高度差为20mm。当活动卡爪带动扶正块径向中心移动夹持管柱时，确保了彼此上下不产生相互碰撞的现象。
图（6）下卡盘活动卡爪夹持油管
3.3钳牙
钳牙镶在下卡盘活动卡爪的牙槽内，并用沉头螺钉固定。钳牙表面弧度与油管本体弧度一致，用于环抱油管本体并对其锁紧，当对油管进行上、卸扣作业时，可以起到背钳的作用，防止管柱倒转。
根据作业现场的实际情况，起下不同尺寸的管、杆柱时必须使用相对应的吊卡。可以根据管、杆柱的尺寸设计成相对应的钳牙，通过更换钳牙即可实现不同尺寸管、杆柱的起下作业，既适用于油管作业，又适用于抽油杆作业。
图（5）钳牙
4结语
三爪卡盘式吊卡的主要特点是配合适当的井口翻转机构，可以实现单吊卡起下油管作业，从而减少井口操作人员的数量、提高施工的安全性、降低劳动强度。而且通过更换不同尺寸的钳牙可以实现不同尺寸管、杆柱的起下作业，这为起下管、杆柱作业提供了诸多方便。随着油田井口操作自动化的进程，该吊卡的设计及投入使用将会为油田带来显著的经济效益。
参考文献
[1]杨玉生.单吊卡起下油管作业工艺探讨.石油矿场机械，2008,37(1)
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
Absract: According to the work principle of three claws chuck, we designed a kind of three claws chuck crane card. Using the hang card for the tubing under operation can reduce the number of operators, and improve the safety of the construction, the reduction of labor intensity. Cooperating with the corresponding tubing flip institution can realize single hang card under the tubing homework, so as to promote the process of tubing homework under automation.
关键词：三爪卡盘式吊卡；设计；起下油管
Key Word: three claws chuck, design, the tubing string
中图分类号：U464.136+.5文献标示码：A文章编号：
前言
目前，油田施工队伍多采用双吊卡作业方式进行起下油管，这种方式需要操作人员反复倒换吊卡，工作量繁重。而且，一旦井口的作业人员与和修井机操作人员配合不好，极易发生挂单吊环的事故，严重时会造成管柱落井，甚至影响到人身安全。为实现单吊卡起下油管作业，根据三爪卡盘的工作原理，设计出一种三爪卡盘式吊卡。上卡盘吊卡始终悬挂于吊环上，下卡盘吊卡固定在井口，通过配合井口的油管翻转机构（另行设计）将滑道上的油管送入上卡盘吊卡内进行夹持，操作起来方便、快捷，不仅可以减少井口操作人员的数量，而且能够提高施工的安全性、降低工人的劳动强度。
1吊卡结构
三爪卡盘式吊卡主要由上卡盘吊卡和和下卡盘吊卡两部分组成，上卡盘吊卡始终悬挂于提升系统的吊环上，下卡盘吊卡固定在井口，作业时工人不必反复倒换吊卡，实现了单吊卡起下管柱。
上卡盘吊卡主要由卡盘体、上卡盘活动卡爪、吊耳及液压马达组成。卡盘体最大外径380mm，内通径134mm，内部有卡盘驱动结构；活动卡爪有三只，主要用来夹持油管；上卡盘吊卡通过吊耳悬挂于提升声系统的吊环上，液压马达与修井机的液压管线连接，作为卡盘的动力源。
下卡盘吊卡主要由卡盘体、下卡盘活动卡爪和液压马达组成。下卡盘体最大外径500mm，内通径210mm，内部有卡盘驱动结构；活动卡爪有三只，每只活动卡爪上都有扶正块、牙槽及钳牙，扶正块起到使油管居中的作用；钳牙与牙槽用沉头螺钉固定，其作用是在对油管进行上卸扣时防止管柱倒转；液压马达与修井机的液压管线连接，作为卡盘的动力源，图（1）为三爪卡盘式吊卡结构。
1-下卡盘活动卡爪；2-油管；3-吊耳；4-液压马达；
5-上卡盘活动卡爪；6-卡盘体
图（1）三爪卡盘式吊卡结构
2工作原理
如图（2）所示：三个小锥齿轮和大锥齿轮相啮合，大锥齿轮的背面有平面螺纹结构，三个卡爪等分安装在平面螺纹上。液压马达与修井机的液压管线相连接，通过液压马达可以带动小锥齿轮和大锥齿轮的转动，大锥齿轮背面的平面螺纹就使三个卡爪同时向中心靠近或退出，从而夹紧、松开管柱。
1-液压马达；2-大锥齿轮；3-小锥齿轮；4-卡盘体；
5-活动卡爪；6-油管；7-平面螺纹
图（2）工作原理
3主要部位优化设计
3.1 上卡盘活动卡爪
为实现单吊卡起下油管，上卡盘吊卡始终悬挂于提升系统的吊环上，通过配合井口的油管翻转机构及活动卡爪的径向中心移动对油管进行夹持，从而实现对油管的吊挂，图（3）为优化设计后的上卡盘活动卡爪。
1-弧面1；2-台阶；3-弧面2
图（3）上卡盘活动卡爪
在上卡盘体上以120度角均匀分布有三只活动卡爪，卡爪在卡盘体的固定滑动轨道内进行滑动。活动卡爪的台阶用于承挂油管節箍端面；弧面1的弧度与油管接箍的弧度一致，用于环抱油管节箍；弧面2的弧度与油管加厚部位的弧度一致，用于环抱油管加厚部位。当上卡盘吊卡的三个活动卡爪做径向中心移动时，依靠弧面1、弧面2及台阶三个部位对管柱进行锁紧、固定，如图（4）所示。
图（4）上卡盘活动卡爪夹持油管
3.2下卡盘活动卡爪
在下卡盘体上以120度角均匀分布有三只活动卡爪，卡爪在卡盘体的固定滑动轨道内进行滑动。
活动卡爪的上端面用于支撑油管节箍端面；弧面的弧度与油管加厚部位的弧度一致，用于环抱油管加厚部位。牙槽用于镶嵌钳牙，以便咬紧油管本体，防止管柱倒转；当三个卡爪做径向中心移动时，依靠上端面、弧面及钳牙三个部 位对管柱进行支撑、锁紧、固定，图（5）为优化设计后的下卡盘活动卡爪。
1-上端面1；2-弧面；3-牙槽；4-扶正块
（5）下卡盘活动卡爪
活动卡爪上有扶正块，三只活动卡爪的扶正块均不在同一平面上，彼此之间的高度差为20mm。当活动卡爪带动扶正块径向中心移动夹持管柱时，确保了彼此上下不产生相互碰撞的现象。
图（6）下卡盘活动卡爪夹持油管
3.3钳牙
钳牙镶在下卡盘活动卡爪的牙槽内，并用沉头螺钉固定。钳牙表面弧度与油管本体弧度一致，用于环抱油管本体并对其锁紧，当对油管进行上、卸扣作业时，可以起到背钳的作用，防止管柱倒转。
根据作业现场的实际情况，起下不同尺寸的管、杆柱时必须使用相对应的吊卡。可以根据管、杆柱的尺寸设计成相对应的钳牙，通过更换钳牙即可实现不同尺寸管、杆柱的起下作业，既适用于油管作业，又适用于抽油杆作业。
图（5）钳牙
4结语
三爪卡盘式吊卡的主要特点是配合适当的井口翻转机构，可以实现单吊卡起下油管作业，从而减少井口操作人员的数量、提高施工的安全性、降低劳动强度。而且通过更换不同尺寸的钳牙可以实现不同尺寸管、杆柱的起下作业，这为起下管、杆柱作业提供了诸多方便。随着油田井口操作自动化的进程，该吊卡的设计及投入使用将会为油田带来显著的经济效益。
参考文献
[1]杨玉生.单吊卡起下油管作业工艺探讨.石油矿场机械，2008,37(1)
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。