（中国石化四机石油机械有限公司，
湖北荆州434020）摘要：目前带压作业设备已经在国际和国内油田作业中开展了大规模的推广，为油公司带来了巨大经济 和环境效益。液压卡瓦是带压作业设备的关键设备，卡瓦的工作性能和控制安全性将直接影响整个带压作业的安全可靠运行。介绍一种带液压互锁技术、液压锁紧技术与防液压冲击功能的卡瓦控制系统，使带压作业设备在不需要机械卡瓦，机械防误操作等装置的情况下，就可以实现自动防误操作逻辑控制，提高卡瓦使用寿命和可靠性。 关键词：卡瓦；液压互锁；控制系统
作者简介：孙仁俊，硕士学历，工程师，现主要从事石油装备设计工作。
孙仁俊
1概述
目前带压作业设备已经在国际和国内油田作业中开展了大规模的推广和应用，带压作业是指利用特殊修井设备，在油、气、水井井口带压的情况下，实施起下管杆、井筒修理及增产措施的井下作业技术[1]。卡瓦系统是带压作业装备的关键设备，其作用是在作业过程中夹紧管柱，防止管柱掉入井内或从井中飞出，保证整个作业过程安全可靠。液压卡瓦主要由卡瓦座、卡瓦牙、卡瓦体、联动装置、液压油缸等部分组成，如图1所示。王一伦
通常，大型带压作业设备配置固定承重卡瓦、固定防顶卡瓦、游动承重卡瓦、游动防顶卡瓦4套液压卡瓦，其中游动防顶卡瓦为基本配置，另有一套固定防顶卡瓦为高压作业时备用。游动防顶卡瓦和游动承重卡瓦安装在旋转总成上的卡瓦支座上，在支腿油缸的作用下随旋转总成一起上下运动，带动油管上升或下降；固定承重卡瓦和固定防顶卡瓦连接在底座中部焊接平台上下，在支腿油缸的空行程时卡紧管柱，防止管柱掉入井内或飞出[2]。
对于DYJ160T 带压作业设备，液压卡瓦的基本参数如下：
◆最大夹持能力：1050kN；
◆适用管柱范围：2-3/8″～5-1/2″；◆卡瓦壳体通径（拆除卡瓦牙）：200mm；◆控制压力：500～1500psi；◆控制方式：液压控制。
2系统组成及工作原理
如图2所示，带压作业设备卡瓦控制系统由两套系统组成。当卡瓦1为固定承重卡瓦时，卡瓦2为游动承重卡瓦；当卡瓦1为固定防顶卡瓦时，卡瓦2为游动防顶卡瓦[3]。2.1锁油控制单元
如图3所示，锁油控制单元通过两个液控单向阀实现卡瓦断油后自锁。断油后卡瓦控制油缸不会失压，继续夹持油管，特别在旋转作业时，通过此自动锁油功能，不需要常规机械卡来固定油管旋转。
2.2稳压控制单元
如图4所示，稳压控制单元紧接着锁油控制单元，两个直动式溢流阀溢流口和工作口反向连接到卡瓦两条控制油路上，当操作液压卡瓦打开或者关闭时，产生压力冲击，稳压溢流阀在0.1s 内迅速响应，使工作压力恢复到实际工作压力，实现液压卡瓦工作平稳[4]。
第29卷第3期Vol.29No.3
江汉石油科技2019年9月
Sep.2019
JIANGHAN PETROLEUM SCIENCE AND TECHNOLOGY
第29卷
图2卡瓦控制系统原理示意图
2.3逻辑控制单元
如图5所示，自动逻辑控制系统包含三个部分:①三位四通换向阀组；②两位三通换向阀；③自动逻辑控制单元。自动逻辑控制单元由液控二位二通
换向阀和液控单向阀组成，可以实现两个卡瓦自由关闭[5]。当一个卡瓦打开后，压力油控制另外一个换向阀先导口使其换向，但是另外一个卡瓦不能同
时打开，这样可以自动控制，使两个卡瓦不能误操
图1液压卡瓦图
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第3期
（1.三位四通换向阀组2.两位三通换向阀3.自动逻辑控制单元）
图5自动逻辑控制系统图
卡瓦1
卡瓦2
图3
锁油控制单元图
图4稳压控制单元图
孙仁俊：基于液压互锁的卡瓦自动控制系统设计
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山东省行政程序规定作同时打开两个卡瓦。如果需要同时打开两个卡瓦，可以通过两位三通换向阀开启液控单向阀反向流动功能。nef
3控制回路系统特点
一幅壮锦的故事
带压作业设备卡瓦控制系统通过各内置功能阀芯的互相配合，实现锁油功能，自动逻辑控制功能，稳压功能。液压卡瓦的控制直接通过换向阀控制卡瓦油缸实现开关，油路经过控制阀组后，阀组根据换向阀动作，当同时打开两个相关卡瓦时，阀组自动切断油路，导致无法同时打开两个相关卡瓦，避免人为误操作在工作中同时打开两个卡瓦[6]。阀组同时还集成稳压和锁油功能，保护卡瓦控制系统，稳压功能的应用使得作业中卡瓦快速动作产生的液压冲击力大为削弱，提供卡瓦油缸的使用寿命和工作稳定性，锁油功能使得卡瓦断开油路后还可以在一定时间内依然保持液压压力，保证作业中因卡瓦失压导致事故[7]。该控制系统的应用，可以很大的增强卡瓦控制系统的可靠性、稳定性、安全性、便捷性，减小操作人员的工作强度，提高工作效率。
哈尔滨理工大学学报4结论
（1）卡瓦自动控制系统解决了液压卡瓦控制油路保压问题，在带压作业设备旋转作业时，可以使用液压卡瓦夹持油管旋转，而不用机械式固定。
（2）卡瓦自动控制系统解决了目前卡瓦不能实现自动防误操作控制的问题，通过自动逻辑控制阀组，可以实现在作业过程中，不会同时打开两个卡瓦，导致油管飞出或者掉落井口的事故。
（3）卡瓦自动控制系统解决了液压卡瓦因高频次高速度工作带来的液压压力冲击影响，通过直动式稳压溢流阀的高速响应，降低冲击峰值，减小压力冲击对液压阀件的影响，减小因压力冲击导致的液压管线接头震颤。
参考文献
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[2]王炜.不压井作业装置技术现状与应用分析[J].石油机械，2014，42(10):86-89.
[3]董超.不压井作业游动卡瓦设计分析[D].西南石油大学，2011.
[4]崔斌.带压作业修井装置的研制[J].石油矿场机械，2007，36(1):63-66.
[5]刘青松.车载式不压井修井机卡瓦结构设计与分析[D].沈阳工业大学，2012.
[6]刘跃宝.动力卡瓦的结构设计及其参数优化[D].大庆石油学院，2010.
汽水热交换器[7]王洁，李治.不压井修井机撬装式液压控制系统研制[J].机床与液压，2016(2):84-86.
（编辑王茜）
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