专利名称：一种卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油固井领域，具体涉及一种卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器。
背景技术：
石油工业不断发展的今天，钻井技术得到快速发展，在固井过程中，为了达到较好的固井质量，需要在下入尾管、钻井液循环或固井过程中旋转。而目前大多数悬挂器不能够实现这一功能，为实现旋转尾管固井，必须设计特殊的丢手工具和旋转尾管悬挂器。旋转尾管悬挂器在入井和固井过程中能旋转，利于尾管串下入到位，并且能够提高顶替效率，因此旋转尾管固井技术得到许多专家的认可与推荐，旋转尾管悬挂器能够实现坐挂及坐挂前后旋转尾管两大功能，旋转悬挂器在固井作业方面发挥了巨大的作用。尾管悬挂器利用楔形卡瓦、与卡瓦配合的锥套及外层套管三者之间楔紧，实现将尾管的重量悬挂在外层套管上。 旋转尾管悬挂器的锥套是套在本体上的，锥套上方安放了高载荷轴承，实现了在悬挂器坐挂后，锥套和锥套上方的轴承承受了整个尾管载荷，旋转尾管时，悬挂器的芯体旋转，而卡瓦和锥套不旋转，利用轴承减少了旋转扭矩。但大多数旋转尾管悬挂器存在以下问题或不足1.大部分卡瓦是外露式，即采用推杆和卡瓦相连，在入井过程中很容易磕碰脱落， 在水平井或者大斜度井内，利用推杆连接卡瓦时，卡瓦自身的重量导致推杆弹性变形，卡瓦外径会高于扶正装置的外径，更容易导致卡瓦受损。2.部分较为先进的产品也考虑到卡瓦的入井保护，采用了内嵌式卡瓦，但其仍延续了老式的卡瓦内锥面和锥套外锥面挤压的承载方式，增大了卡瓦、锥套自身和外层套管的应力值，在承受较大载荷时，容易发生某一零件损坏。3.另外，悬挂器坐挂前后的过水面积也是其在复杂井中应用成败的关键参数。目前的悬挂器在坐挂前后过水面积相差较大，在悬挂器坐挂后，过水面积明显减小，导致循环压力增大，如何最大化的增大过水面积也是困扰国内外各大工具厂商的难题之一。4.目前悬挂器大多采用液压缸利用液压力剪断剪钉，推动卡瓦沿锥套向外张开， 从而坐挂。悬挂器的卡瓦没有设计防止提前坐挂的机构，如果井内有异物刮蹭到卡瓦，容易造成液压剪钉剪断，导致悬挂器提前坐挂。总之，目前的旋转悬挂器存在着两大问题，一是承载能力相对较低，在长尾管的固井中应用性能略显不足；二是入井过程中卡瓦保护不够，容易造成提前坐挂等不足，制约了悬挂器在水平井、大斜度井等复杂井内的可靠性。
实用新型内容本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器，能够实现坐挂和旋转尾管两大功能，并且具有悬挂承载能力大、保护卡瓦、 防卡瓦提前坐挂等功能，提高旋转尾管悬挂器在复杂井内的可靠性。本实用新型是通过以下技术方案实现的[0011]一种卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器，所述卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器包括芯轴12 以及从上至下依次套在所述芯轴12外的轴承1、卡簧套2、锥套4、卡瓦支撑套6、液缸8 ；所述芯轴12的上端连接密封装置和送入装置，下端连接尾管串；在所述锥套4内装有卡瓦5 ；所述卡瓦5的两个侧面16为锥形，所述锥套4上开有锥形槽，所述锥形槽将锥套4内外贯穿；所述锥形槽的两个侧面13为锥形斜面；在坐挂前， 所述卡瓦5 —直藏于锥套4内；所述卡瓦5的两个侧面16分别与锥套4内锥形槽的两个侧面13贴紧；在坐挂后，卡瓦5，和锥套4之间形成过流通道；坐挂后，靠锥套4、卡瓦5及外层套管三者共同作用，实现“楔紧”。卡瓦5的下端与卡瓦支撑套6直接连接；所述锥套4与芯轴12之间为滑动连接。在所述卡瓦5的两个侧面16上均设计有滑动导向键15，在所述锥套4的锥形槽的两个侧面13上均设计有滑动导向槽14，所述滑动导向键15和滑动导向槽14之间是滑动间隙配合。所述滑动导向键15与卡瓦5的轴向形成夹角，所述滑动导向槽14与锥套4的轴向形成夹角，所述两个夹角的大小均与卡瓦5和锥套4的滑行角度一致，防止卡瓦在入井过程中张开脱落；所述卡瓦5、锥套4和芯轴12同轴向。在所述卡瓦支撑套6与液缸8之间装有防坐挂挡块7，当液缸8动作后，所述防坐挂挡块7收缩到液缸8内，液缸8继续上行，坐挂所述卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器。只有在液缸8动作后防坐挂挡块7的防提前坐挂功能失效才能实现坐挂，这就进一步提高了悬挂器的可靠性。在所述液缸8的下端装有导向螺钉9，导向螺钉9是用来防止液缸8和芯轴12之间相对转动的。在所述导向螺钉9的下方装有剪钉10，所述液缸8通过所述剪钉10固定在所述芯轴12上。在所述液缸8下方的芯轴12外套有扶正环11，所述扶正环11的外径为所述卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器的最大外径，所述扶正环11与芯轴12之间能够相对转动，当扶正环 11与外层套管接触应力较大时，扶正环11停止转动。所述轴承1采用高载低扭轴承。在所述卡簧套2与所述芯轴12之间装有卡簧3。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是(1)本实用新型卡瓦内嵌式旋转悬挂器提高了悬挂器的负荷能力、抗扭能力、密封能力和坐挂后的过流面积，并提高了在某些水平井、大位移井内进行旋转尾管固井的可靠性；(2)本实用新型与密封总成、送入工具等配合使用，能够使旋转尾管固井技术得到更好的运用，提高整套旋转尾管系统的可靠性；(3)本实用新型性能可靠、操作简便、通用性好，能够满足现场深井、超深井、水平井及大位移井的旋转尾管固井要求，在油田勘探开发的固井应用中具有广阔的应用前景。
图1是本实用新型卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器的结构示意图。[0028]图2是本实用新型卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器的锥套的结构示意图。图3-1是本实用新型卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器的卡瓦的主视图。图3-2是本实用新型卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器的卡瓦的立体图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。如图1所示，一种卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器，所述卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器包括芯轴12以及从上至下依次套在所述芯轴12外的轴承1、卡簧套2、锥套4、卡瓦支撑套 6、液缸8 ；其中，所述芯轴12的作用是上部连接悬挂器的密封装置和送入装置，下部连接尾管串，其上下两端采用了气密封螺纹设计，能够承受更高的载荷和扭矩，提高了悬挂器芯轴的承载能力、抗扭能力和密封能力。其它部件都套装在芯轴12外。在所述锥套4内装有卡瓦5 ；如图2所示，所述锥套4上开有锥形槽，所述锥形槽将锥套4内外贯穿；所述锥形槽的两个侧面13为锥形斜面；在所述锥套4的锥形槽的两个侧面13上均设计有滑动导向槽14。具体来说，锥套的锥形槽的两个侧面13为空间三维的斜面，按照图2的位置，两个侧面13均为下宽上窄(图中放置的上下)，外宽内窄(直径大为外，小为内)的结构。在两个侧面13上分别加工有一个滑动导向槽14，所述滑动导向槽14的高度方向垂直于侧面13， 其轨迹方向同锥套4的轴向形成一定夹角。如图3-1和图3-2所示，所述卡瓦5的两个侧面16为锥形，在所述卡瓦5的两个侧面16上均设计有滑动导向键15。具体来说，卡瓦5的两个侧面16与上述锥套4的两个侧面13正好相反，组装时卡瓦5的两个侧面16分别和锥套4的两个侧面13正好贴紧。在卡瓦5的两个侧面上分别加工有一个滑动导向键15，所述滑动导向键15的高度方向垂直与侧面16，轨迹方向同卡瓦5的轴向形成一定夹角。所述滑动导向键15与卡瓦的轴向形成夹角，所述滑动导向槽14与锥套4的轴向形成夹角，所述两个夹角的大小均与卡瓦5和锥套4的滑行角度一致。防止卡瓦在入井过程中张开脱落。防止卡瓦在入井过程中张开脱落。所有的悬挂器都是卡瓦利用锥角小于摩擦角的结构来实现自锁。本实用新型最主要的特点是卡瓦5和锥套4之间利用了侧面进行承载，二者配合的槽从下往上越来越窄，有一定的夹角，该角度会使卡瓦5、锥套4和外层套管之间形成自锁。在坐挂前，所述卡瓦5 —直藏于锥套4内；所述卡瓦5的两个侧面16分别与锥套4 内锥形槽的两个侧面13贴紧；所述滑动导向键15和滑动导向槽14之间是滑动间隙配合； 在坐挂后，卡瓦5和锥套4之间形成过流通道；卡瓦5的下端与卡瓦支撑套6直接连接；所述锥套4与芯轴12之间为滑动连接。在所述卡瓦支撑套6与液缸8之间装有防坐挂挡块7，当液缸8动作后，所述防坐挂挡块7收缩到液缸8内，液缸8继续上行，坐挂所述卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器。只有在液缸8动作后防坐挂挡块7的防提前坐挂功能失效才能实现坐挂，这就进一步提高了悬挂器的可靠性。在所述液缸8的下端装有导向螺钉9，导向螺钉9是用来防止液缸8和芯轴12之间相对转动的。在所述导向螺钉9的下方装有剪钉10，所述液缸8通过所述剪钉10固定在所述芯轴12上。剪钉10被剪断后，导向螺钉9跟随液缸8沿芯轴12向上滑动。在所述液缸8下方的芯轴12外套有扶正环11，所述扶正环11的外径为所述卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器的最大外径，所述扶正环11与芯轴12之间能够相对转动，当扶正环 11与外层套管接触应力较大时，扶正环11停止转动。所述轴承1采用高载低扭轴承。在所述卡簧套2与所述芯轴12之间装有卡簧3。本实用新型的卡瓦5和锥套4的设计摒弃了传统的利用卡瓦内锥面和锥套外锥面实现承载的设计，将卡瓦5的两个侧面设计成锥面，锥套4的内表面对应卡瓦5的锥面处开有锥形槽，卡瓦5的两侧锥面与锥套4内锥形槽的两个侧面楔紧，这样能够使卡瓦5在坐挂前一直藏于锥套4内(这里所述的藏于锥套内主要是指，入井过程中卡瓦5的外径小于锥套4的外径，井内异物不会磕碰到卡瓦5)，防止井内异物刮蹭到卡瓦，从而导致提前坐挂。该特殊的卡瓦结构还改变了常规卡瓦锥套的承载方式，该结构彻底改变了卡瓦、锥套和外层套管的受力方式，利用卡瓦的两个侧面16和锥套槽的两个侧面13承载，相对以往的内斜面承载方式，能够将绝大部分径向力转变为周向力(即锥套4圆周方向的内力)，避免重载条件下导致外层套管破坏，最大程度的消除了应力集中，提高了整个悬挂器系统所能承受的最大载荷。另外，在卡瓦5的两个侧面16上均设计有滑动导向键15，在锥套4的锥形槽的两个侧面13上均开有滑动导向槽14，所述滑动导向键15与滑动导向槽16配合，限制卡瓦5的运动位置，防止在入井过程中卡瓦5脱落，也就防止了卡瓦5在入井过程中张开脱落。卡瓦5和卡瓦支撑套6之间的连接采用直接连接，其代替了传统的推杆连接，防止入井过程中，推杆磕碰变形，提高了其在水平井和大位移井使用的可靠性。本实用新型采用了液压式坐挂方式，当液压力达到一定值后，剪断剪钉10，推动液缸8上行，从而推动卡瓦支撑套6和卡瓦5上行，卡瓦5上行的同时，会向外张开，实现坐挂。 卡瓦5和锥套4之间利用两个侧面承载，由于挤压力垂直于接触面，所以锥套4每个锥形槽都会受到圆周方向的挤压力，此种承载方式能够承受更大的载荷。在坐挂后，卡瓦5将整个尾管的载荷作用在锥套4上，再由卡簧套2传递给轴承1 (三者均是套在芯轴上的，依靠端面接触实现载荷的传递。)，轴承1为特制的高载低扭矩轴承，能够承受高载荷，并且减小转动扭矩。在固井旋转时，芯轴12和液缸8等部件随尾管转动，而轴承1、卡簧套2、锥套4和卡瓦5都静止。卡瓦5在坐挂后，和锥套4之间形成过流通道，增大了悬挂器在坐挂后的过流面积。防坐挂挡块7能够防止悬挂器在入井过程中提前坐挂，即当液缸8不动作时，卡瓦 5受外力时，不会导致悬挂器提前坐挂，而当液缸8动作后，防坐挂挡块7收缩到液缸8内， 液缸8继续上行，便能够轻松坐挂悬挂器，这样进一步提高了悬挂器的可靠性。另外，本实用新型还设有卡瓦自锁机构，卡瓦自锁机构是悬挂器想承载必须的结构，只要锥角小于摩擦角即可自锁，卡瓦自锁机构是当液压不动作时，卡瓦受外力时，不会导致提前坐挂。扶正环11的外径为悬挂器的最大外径，能够在入井过程中保护液缸8和卡瓦5等关键部件，防止磕碰。而且该发明中的扶正环11与芯轴12之间能够相对转动，当扶正环与
6外层套管接触应力较大时，扶正环停止转动，防止长时间旋转使外层套管受到损坏。 上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言， 在本实用新型公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选地，而并不具有限制性的意义。
权利要求1.一种卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器，其特征在于所述卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器包括芯轴(1 以及从上至下依次套在所述芯轴(1 外的轴承(1)、卡簧套O)、锥套、卡瓦支撑套(6)和液缸⑶；所述芯轴(1 的上端连接密封装置和送入装置，下端连接尾管串；在所述锥套⑷内装有卡瓦(5)；所述卡瓦(5)的两个侧面(16)为锥形，所述锥套⑷ 上开有锥形槽，所述锥形槽将锥套(4)内外贯穿；所述锥形槽的两个侧面(1 为锥形斜面； 在坐挂前，所述卡瓦(5) —直藏于锥套内；所述卡瓦(5)的两个侧面(16)分别与锥套 ⑷内锥形槽的两个侧面(13)贴紧；在坐挂后，卡瓦(5)，和锥套(4)之间形成过流通道；卡瓦(5)的下端与卡瓦支撑套(6)直接连接；所述锥套(4)与芯轴(12)之间为滑动连接。
2.根据权利要求1所述的卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器，其特征在于在所述卡瓦(5) 的两个侧面(16)上均设计有滑动导向键(15)，在所述锥套的锥形槽的两个侧面(13) 上均设计有滑动导向槽(14)，所述滑动导向键(1 和滑动导向槽(14)之间是滑动间隙配 合。
3.根据权利要求2所述的卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器，其特征在于所述滑动导向键 (15)与卡瓦(5)的轴向形成夹角，所述滑动导向槽(14)与锥套(4)的轴向形成夹角，所述两个夹角的大小均与卡瓦(5)和锥套(4)的滑行角度一致；所述卡瓦(5)、锥套(4)和芯轴 (12)同轴向。
4.根据权利要求1所述的卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器，其特征在于在所述卡瓦支撑套(6)与液缸(8)之间装有防坐挂挡块(7)，当液缸(8)动作后，所述防坐挂挡块(7)收缩到液缸(8)内。
5.根据权利要求1所述的卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器，其特征在于在所述液缸(8) 的下端装有导向螺钉(9)，在所述导向螺钉(9)的下方装有剪钉(10)，所述液缸(8)通过所述剪钉(10)固定在所述芯轴(12)上。
6.根据权利要求1所述的卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器，其特征在于在所述液缸(8) 下方的芯轴(12)外套有扶正环(11)，所述扶正环(11)的外径为所述卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器的最大外径，所述扶正环(11)与芯轴(1 之间能够相对转动。
7.根据权利要求1所述的卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器，其特征在于所述轴承(1)采用高载低扭轴承。
8.根据权利要求1所述的卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器，其特征在于在所述卡簧套(2) 与所述芯轴(12)之间装有卡簧(3)。
9.根据权利要求1所述的卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器，其特征在于，所述芯轴(12)的上下两端设计有气密封螺纹。
专利摘要本实用新型提供了一种卡瓦内嵌式旋转尾管悬挂器，属于石油固井领域。该悬挂器的卡瓦在坐挂前一直藏于锥套内，坐挂后，卡瓦和锥套之间形成过流通道，内嵌式的卡瓦机构能够保证入井过程中卡瓦安全，另外，防提前坐挂机构只有在液缸动作后，才允许卡瓦上行，防止了提前坐挂。利用本装置提高了悬挂器的负荷能力、抗扭能力、密封能力和坐挂后的过流面积，并提高了在某些水平井、大位移井内进行旋转尾管固井的可靠性，能够使旋转尾管固井技术得到更好的运用；本实用新型性能可靠、操作简便、通用性好，能够满足现场深井、超深井、水平井及大位移井的旋转尾管固井要求，在油田勘探开发的固井应用中具有广阔的应用前景。
文档编号E21B23/01GK201934042SQ201020678270
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者冯丽莹, 张金法, 赵德利, 阮臣良, 马兰荣 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院