对比分析四种类型液压卡瓦的结构特点和性能,阐述卡瓦设计的基本理论,着重分析卡瓦的倾斜角度、管柱与卡瓦的摩擦系数、最大斜角三个重要指标,为卡瓦的设计提供理论参考。

超深井使用动力卡瓦起下钻作业时,如钻具的悬重过大,钻杆被夹持部位在强挤压力下,易产生塑性变形,导致“缩颈”损坏,引起重大事故。文中分别采用传统设计方法和使用Abaqus有限元分析软件对某井5 in钻具、悬重220 t、卡瓦夹持长度为420 mm等条件下,对钻杆承载极限分析计算,分析认为在6500 m井深下,5 in钻杆使用动力卡瓦是安全可行的,可行性评估也证明了这一点。

针对目前钻井气动卡瓦在稳定性、冲击性、传递力量等方面存在的问题，基于气动卡瓦的主要结构和工作原理，设计了液压动力卡瓦控制回路与结构。系统以液压油作为动力传输介质，采用双作用增压缸的增压手段连续输出高压油，增设过载保护回路和远程控制功能，对动力卡瓦的结构进行优化设计，整体取代原有的气动卡瓦系统，新设计的动力卡瓦工作更为平稳、反应更快、冲击力更小，并能够传递较大的扭矩。系统综合评价表明，液压动力卡瓦与气动卡瓦相比，稳定性明显提高，传递的动力明显增大，且易于实现过载保护，安全性能更高，可更好地满足油田钻井现场实际需要。

液压动力卡瓦是井口机械自动化的重要工具。介绍了国内外液压动力卡瓦的发展现状，分析了卡瓦卡紧管柱条件、卡瓦上提不自锁条件、最大半锥角amax、卡瓦最小工作面积及卡瓦牙的牙形、材料和硬度等影响卡瓦性能的因素，并对其主要部件——卡瓦牙和卡瓦座进行了有限元分析和动力学分析，结果表明强度满足使用要求。