安全钻杆吊卡设计研究
（江苏如通石油机械股份有限公司，江苏 南通 226400）摘 要：针对安全性因素，构建出有效的钻杆吊卡设计思路，有助于石油开采作业设施的优化改善。基于此，本文分对当前常规吊卡设计、常规吊卡改进、安全钻杆吊卡基础原理、安全钻杆吊卡构造、安全钻杆吊卡产品包装、安全钻杆吊卡产品推广进行了分析，深入研究了安全钻杆吊卡设计，希望能助力石油开采作业。
关键词：安全钻杆；吊卡设计；吊卡构造
引言：
钻杆吊卡是工作者进行手动操作卡持钻杆所需的装置，人们通过设计出一款安全型的钻杆吊卡，能够避免操作钻杆吊卡时，因操作不当、错误等原因引发事故，增强了石油开采作业效果，所以，应对安全钻杆吊卡的设计进行深入分析，以构建出更加有效的设计方案，推动石油开采设施建设水平的发展。
一、研究背景
就目前来看，国内在石油钻采作业中，常用的钻杆吊卡类型以 CDZ和 CD 侧开吊卡为主，其具有轻量、荷载大等优势，能够极大地降低使用者的工作强度，而且当前的吊卡装置均接受过特殊表面处理，使其更具耐久性。但在实际使用中，人的因素往往会对吊卡操作的安全性造成较大的影响。在此过程中，工作者经常会因为个人的疏忽，未能严格按照既定的流程操作吊卡，导致吊卡起吊阶段，出现各类事故，不利于石油钻采作业的安全开展。为此，研究者拟设计出一款新的钻杆吊卡，确保工作者在操作到位、正确的情况下，才能继续下一步的操作，使手动钻杆吊卡操作能够安全、稳定地完成，因此，研究者对常规吊卡装置的设计方案进行了深入分析，并定位了优化切入点，以构建出一个安全钻杆吊卡设计方案。此外，为了保证安全钻杆吊卡能够迅速投入使用，研究者将吊卡推广也纳入了设计范畴内，实现了对安全钻杆吊卡设计的全面研究，希望能够推动石油钻采设施的优化发展。
二、研究过程
（一）当前常规吊卡设计分析
在常规吊卡的结构设计中，设计者需要构建出活门、主体、锁闩总成、手柄等部分，并根据《钻井和采油提升设备》等相关文件，结合实际应用需求，确定具体的参数，以实现吊卡结构设计。一般来说，吊卡的参数设计项目包括，上下孔径、额定荷载、加厚形式等，需要设计者按照既定的公式，加以计算取值。在材料设计上，当前大部分吊卡，均采用了优质的合金钢作为材料，而且，在主体、活门这两个磨损较大的位置，设计者通常还会为材料设计一道特殊表面处理加工环节，以改善这两个位置材料表面的耐磨性，以延长吊卡的使用寿命。
在此过程中，根据 API Spec 8C 技术规范，常规吊卡的设计方案中，其所悬持的钻杆接头类型为，锥度台肩、直角台肩。但在悬持过程中，无论钻杆的接头类型属于哪种，吊卡主要用于固定钻杆的结构都是中心孔，因此，在设计中，设计者通常需要根据钻杆的结构，设计中心孔结构，这使得不同型号的吊卡，均具备相应的中心孔结构，而且，中心孔结构的设计方案，也直接决定了吊卡的钻杆承重力，由此可见，整体来说，中心孔结构是常规吊卡设计中一个重点。
（二）常规吊卡设计改进切入点定位
从整体上来看，在常规吊卡设计中，出于重要性、影响力的考虑，可以将中心孔部分结构作为改进设计的切入点。在常规吊卡的应用中，中心孔主要用于固定钻杆，是保持钻杆悬持操作稳定性的重要结构。
但在实际的操作中，当吊起开始时，若操作不当，那么由中心孔所固定的钻杆，就会在空中移动，与周围的装置、结构碰撞，引发安全事故，影响石油钻采工作的正常开展。基于此，研究者拟对中心孔结构进行创新设计，使中心孔在固定钻杆后，钻杆无法在空中移动，确保施工人员能够准确落实后续的操作步骤，增强吊卡的使用安全性，实现安全钻杆吊卡设计。在设计中，研究者在中心孔处设置了一个手枪结构，当钻杆进入中心孔后，就会立即被中心孔锁住，无法在空中移动，达到了预防安全事故的效果。在此过程中，考虑到中心孔结构的运作在很大程度上需要手销结构配合，因此，为了保证中心孔结构的改造设计能够顺利达到预期效果，研究者对手销结构也进行了相应的改造设计，并设置了一个活塞配合杆结构，以配合中心孔结构，形成一个自锁机制，使钻杆起吊时会被自动锁死，保证了手提钻杆操作的安全性，实现了安全钻杆吊卡的设计。
（三）安全钻杆吊卡基础原理设计分析
基于上述吊卡设计，该安全钻杆吊卡运作的基础原理为，中心孔内部结构为手枪结构，未起吊时，上半部分是向内压缩的，而当起吊时，中心孔内部下半部分，会被向下按，使得上半部分弹出，将中心孔内的钻杆锁住，达到固定钻杆的效果，如图 1，因此，开始起吊时，钻杆会被立刻锁住，导致其基本无法在空中移动，而在起吊初期不能移动，那么在后续的操作中，钻杆也无法移动，由此，达到了预防安全事故的目的。在此过程中，手销中的活塞配合结构，可以在钻杆升时，操纵曲柄，以推进活塞，改变连杆的角度，由此四杆结构会与中心孔一起形成一个自锁机制，同时，借助保险铁的压力，使自锁触发时，直接将钻杆锁死。基于此，在钻杆的操作中，自锁就会成为一个操作流程，若工作者没有按照相应的步骤予以操作，则无法进行后续的操作，实现了从根本上对安全作业的保障。从本质上来看，安全钻杆吊卡的设计方案，就是在常规吊卡设计方案的基础上，分别在中心孔、手销部分，添加了手枪结构、活塞配合结构，以及保险铁装置，使吊卡整体构造中形成了自锁系统，增强了钻杆固定效果，实现了吊卡安全性能的塑造。
图 1 结构示意图
图中，1 为卡体、2 为锁销、3 为短轴、4 为侧开口、5 为中心孔、6 轴座、7 直角槽口、8 锁紧扳手、9 为凸块
（四）安全钻杆吊卡构造设计分析
安全钻杆吊卡构造中，起到塑造安全性优势作用的部分主要为保险铁、中心孔、手销，其中，保险铁是由焊接螺母、法轮、头部保险铁、尾部保险铁组成，在构造上，头、尾部保险铁托着法轮，而焊接螺母则被设置在法轮的表面。而中心孔中的手枪结构则是由，吊耳、转动轴、弹簧垫等部分组成，从构造上，通过销孔与手销相连。在手销构造上，焊接转动销、转动销孔等结构，负责支持活塞配合机制的运行，确保对钻杆的自动锁死。从整体构造上来看，该安全吊卡与手铐的构造相似，研究者用空心圆柱构造，代替了中间的链条式链接构造，使吊卡的构造更加结实、牢固。
（五）安全钻杆吊卡产品包装设计分析
在吊卡设计中，为了使该具备安全性优势的吊卡方案，快速推广到钻采作业中，研究者将包装设计、推广方案设计，均纳入了吊卡设计范畴内，以便于推动该设计方案的尽快投入使用。其中，在包装设计上，考虑到包装是塑造使用者对产品初步印象的重要因素，因此，必须要将产品的安全性优势体现在包装上，并通过直接的方式，借助包装这一载体，明确、间接地阐释该产品的安全优势，以及安全优势形成机理，让使用者能够更好地理解产品的功能特点，吸引其注意力，以促进该产品的推广。在此过程中，可以按照吊卡的形态，采用方形的盒子，然后用简洁的广告语阐述吊卡优势，如安全钻杆吊卡，让施工更安全等，同时，在包装上盖的空间上，可以贴上简单的自锁部分运行示意图，展示吊卡的运行机理，让使用者对吊卡的安全性能更加认同
[1] 。
（六）安全钻杆吊卡产品推广方案设计分析
一套行之有效的推广方案，能够加快推动吊卡产品在钻采作业中的应用，因此，还要在设计中注重具体的推广宣传设计，以促进吊卡产品设计方案能够顺利落实。在此过程中，应当注意，不能从过于专业的角度，对原理、构造进行介绍，而是应采用简单易懂的方式，设计宣传推广文稿，同时，还要做好附图，并结合附图进行阐释，使读者能够更快、更容易地了解到吊卡安全性优势形成的机理，以及该安全性特质的稳定性，引导人们尝试使用该产品，促进吊卡产品设计方案的推广应用。此外，还要注意，科学选用推广渠道，并结合钻采行业内，设备装置采购信息的收集渠道应用现状，选定相应的信息发布平台，以便于安全钻杆吊卡的信息能够被更多的企业所了解，增强宣传推广效果
[2] 。
三、结果分析
根据上述研究结果，研究者将所设计出的安全钻杆吊卡，在石油钻采作业中进行了试用。经过一段时间的使用后，研究者发现，该安全吊卡呈现出了预期的安全防护效果，而且该效果比较稳定，同时，吊卡结构的耐用性、强度性能水平也与传统吊卡相当，由此可见，对吊卡安全性能的塑造，并没有影响其的基础性能状态，因此，安全钻杆吊卡可以被有效运用到石油钻采作业中。此后，研究者按照上述阐述，采用了相应的包装设计方案、推广方案，使该吊卡设计方案迅速投入到使用当中，并借助其在使用中呈现出的优越性能，扩大了吊卡构造设计方案的应用广度，极大地改善了钻采安全作业的设施条件，有助于石油钻采领域内安全作业水平的提升
[3] 。
结论：综上所述，设计出一款有效的安全型钻杆吊卡，能够为作业安全提供保障。经过上述分析，可以看出，此款安全钻杆吊卡，具有良好的事故预防能力，可以确保工作者严格按照标准流程，进行手提钻杆操作，同时，借助合理的推广设计，能够使该产品迅速投入使用，提升设计水平。
参考文献：
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[3]高凯歌，李勇，朱先俊.高含硫气井井控安全评价及井喷应急能力提升对策[J].化工进展，2020，39(S2)：83-88.
