一种用于钻井和修井的新型手动卡瓦装置转让专利
申请号 : CN202010154506.3
文献号 : CN111140184B
文献日 : 2021-08-17
发明人 : 李剑虹 , 孙源秀 , 王焱堃 , 李佳欣 , 李悦欣 , 王瑞
申请人 : 辽宁石油化工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于钻井和修井的新型手动卡瓦装置,由圆柱体主体卡瓦结构、束带圈、束带、导带板、固定销和螺销构成的沿纵剖面进行开合的中空装置,其特征是:目标物置于圆柱体主体卡瓦结构的中空区域,圆柱体主体卡瓦结构内部在不同高度处的水平方向上分布有一个或多个束带圈孔道,通过拉进穿梭在束带圈孔道的束带使圆柱体主体卡瓦结构内壁紧紧贴合并负压吸附于目标物的外侧面实现对目标物的夹持或悬持。
2.根据权利要求1所述的一种用于钻井和修井的新型手动卡瓦装置,所述的圆柱体主体卡瓦结构,其特征是:由数量相同的卡瓦体片节和风琴褶硅胶节交替联结构成,除了一个卡瓦体片节和与其相邻的风琴褶硅胶节之间的纵剖交接面是活动开合的,其他卡瓦节片体和风琴褶硅胶节的联结面均为两者端面一体化成型。
3.根据权利要求2所述的一种用于钻井和修井的新型手动卡瓦装置,所述的卡瓦体片节,其特征是:数量多个,由硅胶和合金碳钢内、外双层材料组成,卡瓦体片节横截面为双扇环,纵剖面为方形,卡瓦体片节外层合金碳钢内壁附着硅胶薄层的特殊结构。
4.根据权利要求2所述的一种用于钻井和修井的新型手动卡瓦装置,所述的风琴褶硅胶节,其特征是:数量多个,由侧片、钢丝骨架和硅胶层构成的中空方圈;端面侧片为合金碳钢材料,其形状与卡瓦体片节纵剖面完全相同并与卡瓦体片节侧端面一体化成型;钢丝骨架由柔性弹簧钢丝以经纬线交联构成,其纬线的两端垂直并紧固联结于风琴褶硅胶节合金碳钢端面侧片,钢丝骨架内置于相邻两个侧片区域之间通过浇灌成形的硅胶层中。
5.根据权利要求1所述的一种用于钻井和修井的新型手动卡瓦装置,所述的束带圈,其特征是:数量一个或多个,内置于卡瓦体片节和风琴褶硅胶节的束带圈孔道中,为束带提供穿梭的通道,束带圈是由合金碳钢空心弧带段和风琴褶空心硅胶段交替联结构成的空心圆柱圈体,圈体所呈圆面与卡瓦体片节和风琴褶硅胶节交替联结构成的圆柱体主体卡瓦的中轴线相垂直,仅有一个合金碳钢空心弧带段和与其相邻的风琴褶空心硅胶段之间的纵剖交接面是活动开合的,束带圈的开合处与圆柱体主体卡瓦结构的开合处在同一纵剖面,开合处的束带圈内置有一个固定束带端头的转轴。
6.根据权利要求5所述的一种用于钻井和修井的新型手动卡瓦装置,所述的风琴褶空心硅胶段,其特征是:数量与束带圈合金碳钢空心弧带段的数量一致,且与圆柱体主体卡瓦结构中的卡瓦体片节数量相同,风琴褶空心硅胶段由侧钢圈、钢丝骨架和硅胶圈构成的中空方圈,其端面侧钢圈与束带圈合金碳钢空心弧带段侧端面一体化成型,钢丝骨架纬线的两端垂直并紧固联结于风琴褶空心硅胶段侧钢圈,由柔性弹簧钢丝以经纬线交联构成的钢丝骨架内置于相邻两个侧钢圈区域之间通过浇灌成形的硅胶圈中。
7.根据权利要求5所述的一种用于钻井和修井的新型手动卡瓦装置,所述的风琴褶空心硅胶段,其特征是:束带圈风琴褶空心硅胶段与圆柱体主体卡瓦结构中风琴褶硅胶节错位对应。
说明书 :
一种用于钻井和修井的新型手动卡瓦装置
技术领域
备技术领域。
背景技术
作的手动卡瓦以及利用气体或液体的压力推动来完成操作的动力卡瓦两种类型。手动卡瓦
较动力卡瓦因结构相对简单、操作相对便捷而被广泛应用于石油和天然气钻井与修井操作
中。
牙盒燕尾槽中,依靠不同种类与规格的牙型夹持不同种类与规格的目标物。因此,卡瓦体的
片节间联结以及卡瓦牙的使用寿命和对目标物的工程可操作性成为了卡瓦设计和制造的
关键。
卡瓦体内不可晃动。而且现行的卡瓦也存在目标物异形部位处无法放置卡瓦、多片节装配
后的卡瓦尺寸未能较好地匹配目标物尺寸而使卡瓦产生裂纹、卡瓦突然座放导致目标物受
力变形、卡瓦牙碎裂落井、卡瓦牙对目标物表面产生咬痕以及破坏目标物表面镀层加剧目
标物腐蚀等问题。
发明内容
井和修井的新型手动卡瓦装置,以适应对目标物异形部位的夹持或悬持、卡瓦与目标物尺
寸的微调整以及与目标物接触的缓冲性,而且本发明中无卡瓦牙的特殊结构设计既可实现
替代卡瓦牙的功能作用,同时也可避免采用卡瓦牙的设计在工程使用中产生的系列问题。
内置经纬线弹簧钢丝的风琴褶空心硅胶段,通过螺销锁紧束带实现对目标物的卡持或悬
持。
金碳钢内壁附着硅胶薄层的特殊结构,使卡瓦硅胶内壁面与所夹持或悬持目标物的外表面
之间存在较大的摩擦力,可防止目标物在卡瓦体中出现打滑。卡瓦体片节侧端面与风琴褶
硅胶节端面侧片一体化成型。卡瓦体片节的横截面处有1个束带圈孔道或不同高度的横截
面处有多个平行的束带圈孔道。
浇灌成形于相邻两个侧片区域的硅胶片交联起来的硅胶片组,钢丝骨架的经线和纬线内置
于硅胶层中。钢丝骨架纬线的两端垂直并紧固联结于风琴褶硅胶节合金碳钢端面侧片。风
琴褶硅胶节的横截面处有1个束带圈孔道或不同高度的横截面处有多个平行的束带圈孔
道。
所呈横截圆面亦以卡瓦片体和风琴褶硅胶节交替联结构成的空心圆柱体卡瓦的中轴线为
轴线,且与该轴线相垂直。
为合金碳钢材料,其形状与束带圈合金碳钢空心弧带段的纵剖面完全相同并与合金碳钢空
心弧带段侧端面一体化成型。钢丝骨架为经线和纬线,贯穿于浇灌成形于相邻两个侧钢圈
之间硅胶圈之中。钢丝骨架的经、纬线均为柔性弹簧钢丝。钢丝骨架纬线的两端垂直并紧固
联结于束带圈的合金碳钢空心弧带段侧钢圈。
圈,其风琴褶空心硅胶段对应于圆柱体卡瓦的合金碳钢卡瓦体片节。
片一体化成型于卡瓦体片节侧端面使两者紧密相连,不易断开,同时可避免了传统卡瓦体
片节间销联结的卡阻问题。风琴褶硅胶节内置的由柔性弹簧钢丝以经纬线交联构成的钢丝
骨架保证了风琴褶硅胶节侧片与硅胶层的牢固结合。束带圈贯穿于卡瓦体片节和风琴褶硅
胶节的束带圈孔道中,并为束带提供穿梭的空间。束带圈以外的位置,整个瓦体片节和风琴
褶硅胶节均为实心。束带圈的合金碳钢空心弧带段与风琴褶空心硅胶段数量相等且交替联
结,风琴褶空心硅胶段侧端面钢圈一体化成型于合金碳钢空心弧带段侧端面使两者紧密相
连,不易断开。风琴褶空心硅胶段内置的经纬线钢丝骨架保证了风琴褶空心硅胶段侧钢圈
与硅胶圈的牢固结合。通过固定销固定的束带圈使得束带圈的风琴褶空心硅胶段与构成的
空心圆柱体卡瓦的风琴褶硅胶节错位对应,增强了整个卡瓦结构的牢固性,同时伸缩性一
致的束带圈风琴褶空心硅胶段和构成的空心圆柱体卡瓦的风琴褶硅胶节,保证了束带圈和
空心圆柱体卡瓦直径变化的一致性以适应对所夹持或悬持目标物尺寸的微调整。构成空心
圆柱体卡瓦的卡瓦体片节内层附着的硅胶薄层对所夹持或悬持目标物具有接触缓冲性、增
大摩擦的防滑作用及吸附作用。接触缓冲性可避免卡瓦与目标物在夹持或悬持操作中损伤
目标物的外表面,而且由于相邻风琴褶硅胶节的褶皱拉伸与压缩作用,有利于卡瓦体片节
内层附着的硅胶薄层与目标物之间空气的排出,因此附着的硅胶薄层有如吸盘一样更有利
于对目标物的紧固夹持与悬持。构成的空心圆柱体卡瓦的风琴褶硅胶节与束带圈的风琴褶
空心硅胶段,其硅胶材料的采用及内置弹簧经纬钢丝的设计对目标物异形部位处的夹持或
悬持具有较好的随形适应性。整个空心圆柱体卡瓦只有一个卡瓦体片节与相邻的风琴褶硅
胶节之间不存在一体化成型联结,该处为卡瓦开合口,方便对所夹持或悬持目标物的放置
和取出。开合口处卡瓦体片节侧端面与风琴褶硅胶节端面侧片之间仅为贴合,与此处相对
应的束带圈合金碳钢空心弧带段位置有一缠有束带的转轴。束带从转轴处展开,沿束带圈
内围绕一周重新回到卡瓦开合口,并从开合口处贴导带板伸出卡瓦外表面。对伸出卡瓦外
表面的束带进行拉紧操作,并通过导带板上外露于卡瓦外的螺销拧紧加以固定,实现卡瓦
对目标物卡持或悬持的锁紧状态。
形部位夹持或悬持随形适应性的问题和卡瓦内径可随目标物的尺寸做一定程度调整的问
题,保证了卡瓦内侧面与目标物外侧面贴合性。硅胶内置由柔性弹簧钢丝以经纬线交联构
成的钢丝骨架的设计以及束带圈与卡瓦体片节和风琴褶硅胶节之间产生的硅胶与合金碳
钢的错位设计保证了整个卡瓦的牢固性。本发明无卡瓦牙的结构设计不仅可实现卡瓦牙卡
紧目标物的功能作用,同时也可避免卡瓦牙在工程使用中产生的系列问题。
降低对钻杆、钻铤、套管、油管等目标物的损伤。其装置结构简单,效果明显,易于安装和实
际应用,极具技术推广前景。
附图说明
节内附硅胶薄层,14.卡瓦体片节侧端面, 15.风琴褶硅胶节,16.风琴褶硅胶节侧板,17.
风琴褶硅胶节的硅胶层,18.风琴褶硅胶节硅胶层内置经线钢丝骨架,19.风琴褶硅胶节硅
胶层内置纬线钢丝骨架,21.卡瓦体片节内部束带圈孔道,22. 风琴褶硅胶节内部束带圈孔
道,31.束带圈合金碳钢空心弧带段,32.合金碳钢空心弧带段侧端面,33.束带圈风琴褶空
心硅胶段,34.风琴褶空心硅胶段侧钢圈,35. 束带圈风琴褶空心硅胶段的硅胶层,36.束带
圈硅胶层内置经线钢丝骨架,37.束带圈硅胶层内置纬线钢丝骨架,38.束带圈开合口处束
带转轴,61.开合口纵剖面处导带板与束带圈的交接面,62.开合口纵剖面处导带板与卡瓦
体片节外侧面的交接面。
具体实施方式
所夹持或悬持的目标物直径越大。
时,单个风琴褶硅胶节横截面弧长越长,所夹持或悬持的目标物直径越大,同时对目标物异
形部位夹持或悬持随形适应性越好。
段横截面弧长越长,所夹持或悬持的目标物直径越大。
物直径越大;其数量相同时,单个风琴褶空心硅胶段横截面弧长越长,所夹持或悬持的目标
物直径越大。
越多,硅胶层的越结实;弹簧钢丝的弹性模量越大,对目标物异形部位夹持或悬持随形适应
性越好。
胶薄层与目标物之间的空气,加大卡瓦对目标物的夹持和悬持能力。
卡瓦装置主要是由数量相等的卡瓦体片节(11)和风琴褶硅胶节(15)交替联结而成的可以
沿纵剖面进行开合的空心圆柱体主体卡瓦结构(1)。除了一个卡瓦体片节(11)和与其相邻
的风琴褶硅胶节(15)之间的纵剖交接面即卡瓦开合口纵剖面(8)是活动开合的,其他卡瓦
体片节侧端面(14)均与端面处的风琴褶硅胶节侧板(16)一体化成型联结,以保证圆柱体主
体卡瓦结构(1)的牢固性。束带圈(3)贯穿于由卡瓦体片节内部束带圈孔道(21)和风琴褶硅
胶节内部束带圈孔道(22)共同构成的的束带圈孔道(2)中,并通过束带圈的开合处与卡瓦
开合处在同一纵剖面处。当卡瓦主体结构以及束带圈的开合处被打开时,被夹持或悬持的
目标物被置于卡瓦圆柱体主体结构内部的中空处。卡瓦体片节内附硅胶薄层(13)和卡瓦体
片节合金碳钢层(12)的一体化粘合作为卡瓦体片节(11)的内、外层,不仅保证了圆柱体主
体卡瓦结构(1)的坚固性,而且其内层硅胶材质对所夹持或悬持的目标物起到了缓冲保护
和吸附贴合的作用。每两个风琴褶硅胶节侧板(16)和其中间灌注成型的风琴褶硅胶节的硅
胶层(17)组成的硅胶片组所形成的风琴褶硅胶节(15),因硅胶材质的特性以及风琴褶硅胶
节硅胶层内置经线钢丝骨架(18)和风琴褶硅胶节硅胶层内置纬线钢丝骨架(19)的特殊设
计在圆柱体主体卡瓦结构(1)中起到增加风琴褶硅胶节(15)强度和调整卡瓦内径的作用,
使得卡瓦对所夹持或悬持目标物尺寸的适应性更强。而且,硅胶层以及其内置的弹簧经纬
钢丝对目标物异形部位处的夹持或悬持具有较好的随形适应性。当目标物被置于圆柱体主
体卡瓦结构(1)内部中空区域后,使卡瓦开合口纵剖面(8)并拢,通过对穿梭于束带圈(3)的
中束带(5)进行收紧,同时卡瓦体片节内附硅胶薄层(13)与目标物的外表面之间的空气被
挤压排出,卡瓦体片节内附硅胶薄层(13)有如吸盘一样紧紧地吸附在目标物的外表面上。
这是利用负压吸附以及束带对卡瓦体片节(11)和风琴褶硅胶节(15)的物理收紧的紧缩双
重作用,实现卡瓦对目标的夹持或悬持。收紧后将束带(5)外端头用螺销(7)固定于导带板
(6)。
(31)和束带圈风琴褶空心硅胶段的硅胶层(35)交替联结而成的可以沿纵剖面进行开合的
空心圈体。除了一个束带圈合金碳钢空心弧带段(31)和与其相邻的束带圈风琴褶空心硅胶
段的硅胶层(35)之间的纵剖交接面即卡瓦开合口纵剖面(8)外,其他合金碳钢空心弧带段
侧端面(32)均与端面处的风琴褶空心硅胶段侧钢圈(34)一体化成型联结,以保证束带圈
(3)的牢固性。由风琴褶空心硅胶段侧钢圈(34)和 其中间灌注成型的束带圈风琴褶空心硅
胶段的硅胶层(35)所形成的束带圈风琴褶空心硅胶段(33),因硅胶材质的特性以及束带圈
硅胶层内置经线钢丝骨架(36)和束带圈硅胶层内置纬线钢丝骨架(37)的特殊设计在束带
圈(3)中起到增加束带圈风琴褶空心硅胶段(33)强度和调整数代圈(3)内径的作用,使得束
带圈能够与圆柱体主体卡瓦结构(1)同步调整内径,对所夹持或悬持目标物尺寸的适应性
更强。而且,硅胶层以及其内置的弹簧经纬钢丝对目标物异形部位处的夹持或悬持具有较
好的随形适应性。采用固定销(4)将束带圈(3)固定于束带圈孔道(2)中,保证束带圈风琴褶
空心硅胶段(33)与圆柱体主体卡瓦结构(1)中风琴褶硅胶节(15)错位对应的特殊设计正是
利用束带圈合金碳钢空心弧带段(31)来加强圆柱体主体卡瓦结构(1)中风琴褶硅胶节(15)
处的卡瓦装置强度。一端固定在束带圈开合口处束带转轴(38)上的束带(5)穿梭于束带圈
(3)并缠绕一周后,在卡瓦开合口纵剖面(8)处经由开合口纵剖面处导带板与束带圈的交接
面(61)和开合口纵剖面处导带板与卡瓦体片节外侧面的交接面(62)沿贴合于卡瓦开合口
纵剖面(8)并可外伸出圆柱体主体卡瓦结构(1)外部的导带板伸出。通过拉紧束带实现卡瓦
对目标的夹持或悬持,收紧后将束带(5)外端头用螺销(7)固定于导带板(6)。