一种笼式锚定卡瓦及封隔器卡瓦机构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种笼式锚定卡瓦，包括设有内腔的卡瓦体，所述卡瓦体的外周面上设有锚固齿，所述卡瓦体的材料为低碳合金钢。本实用新型还提供一种封隔器卡瓦机构，包括安装在封隔器心轴上的上锥体、卡瓦和下锥体，所述卡瓦为如上所述的笼式锚定卡瓦，所述上锥体的下端从卡瓦体的上端伸入内腔中、并与卡瓦体为锥面配合，所述下锥体的上端从卡瓦体的下端伸入内腔中、并与卡瓦体为锥面配合。本申请中，卡瓦体采用低碳合金钢后，其自身具有较好的弹性，故其在封隔器坐封时能够顺利地张开、以使锚固齿完全地锚定套管，其在封隔器解封时能够顺利地回弹收缩，使得笼式锚定卡瓦的产品性能得到了较大的提高，满足了封隔器在高压环境下的使用要求。
【专利说明】
一种笼式锚定卡瓦及封隔器卡瓦机构
技术领域
[0001]本实用新型涉及井下工具制造领域，特别是涉及一种笼式锚定卡瓦及封隔器卡瓦机构。
【背景技术】
[0002]封隔器是一种用于封隔管柱与井眼之间、以及管柱与管柱之间的环形空间的井下工具，主要包括心轴、胶筒、活塞、活塞套、上锥体、卡瓦、下锥体等零部件;其中，上锥体、卡瓦和下锥体构成了封隔器卡瓦机构。卡瓦安装在上锥体和下锥体之间，上锥体和下锥体再与封隔器的其他零部件相连接。
[0003]在生产过程中，封隔器随完井管柱下井到位后，通过投球或下入堵塞器封堵油管和环空的通道。封隔器坐封时，从油管打压，流体经封隔器心轴的传压孔进入液压缸;在液压的作用下，封隔器活塞上的坐封剪切销钉首先被剪断，故活塞下行推动上锥体下行，使得上锥体和下锥体之间的间距逐渐减小，故卡瓦的上下两端向外张开，使卡瓦锚定在套管的管壁上。封隔器解封时，上锥体和下锥体复位，则卡瓦的上下两端回弹收缩、与管壁相脱离。因此，卡瓦的张开性能和回弹收缩性能的好坏直接影响到油井的产量和生产安全。
[0004]但是，大多数封隔器的卡瓦存在以下缺陷:由于材料性能的差异和使用环境的不同，卡瓦经常不能完全锚定在套管的管壁上，故卡瓦也就不能起到将封隔器固定于套管的作用。目前，油水井对封隔器使用性能的要求越来越高，如何提高卡瓦张开时完全锚定套管、并能顺利回弹收缩的性能就显得愈发重要。
【实用新型内容】
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种笼式锚定卡瓦，其在封隔器坐封时完全地锚定套管、并在封隔器解封时能够顺利地回弹收缩。
[0006]为实现上述目的，本实用新型提供一种笼式锚定卡瓦，包括设有内腔的卡瓦体，所述卡瓦体的外周面上设有锚固齿，所述卡瓦体的材料为低碳合金钢。
[0007]进一步地，所述卡瓦体的上下两端均开设有多道轴向延伸、径向贯通的弹性槽，位于卡瓦体上端侧的弹性槽的上端向上延伸至卡瓦体的上端面处，位于卡瓦体下端侧的弹性槽的下端向下延伸至卡瓦体的下端面处。
[0008]优选地，所述弹性槽通过线切割的加工方式形成在卡瓦体上。
[0009]优选地，所述弹性槽的轴向长度LI与卡瓦体的轴向长度L2之间的关系为:LI=0.8L2?0.95L2o
[0010]进一步地，所述锚固齿齿尖的外表面上设有渗碳层。
[0011]本实用新型要解决的另一问题在于提供一种封隔器卡瓦机构，封隔器在坐封时卡瓦能够顺利地张开锚定在套管上，封隔器在解封时卡瓦能够顺利地收回，从而保证封隔器的使用性能。
[0012]为实现上述目的，本实用新型提供一种封隔器卡瓦机构，包括安装在封隔器心轴上的上锥体、卡瓦和下锥体，所述卡瓦为如上所述的笼式锚定卡瓦，所述上锥体的下端从卡瓦体的上端伸入内腔中、并与卡瓦体为锥面配合，所述下锥体的上端从卡瓦体的下端伸入内腔中、并与卡瓦体为锥面配合。
[0013]进一步地，所述上锥体和卡瓦体的连接处设有多个周向均匀分布的剪切销，所述卡瓦体的上端开设有多个周向均匀分布的限位槽，所述剪切销穿设在限位槽中。
[0014]进一步地，所述下锥体和卡瓦体的连接处设有多个周向均匀分布的固定销，所述卡瓦体的下端开设有多个周向均匀分布、且轴向延伸的限位导向槽，所述固定销穿设在限位导向槽中。
[0015]如上所述，本实用新型涉及的笼式锚定卡瓦及封隔器卡瓦机构，具有以下有益效果:
[0016]笼式销定卡瓦的材料采用低碳合金钢，其材料性能良好，淬透性较高，无回火脆性，焊接性相当好，形成冷裂的倾向很小，可切削性及冷应变塑性良好，故卡瓦体自身具有较好的弹性，因此，当封隔器坐封时，在上锥体和下锥体的相向作用下，卡瓦体的上下两端能够顺利地向外张开，使得卡瓦体外周面上的锚固齿能够完全锚定在套管的管壁上，进而将封隔器可靠地固定于套管上；当封隔器解封时，上锥体和下锥体复位，由于卡瓦体自身的弹性作用，故卡瓦体的上下两端自动回弹收缩复位。所以，本申请中笼式锚定卡瓦的产品性能得到了较大的提高，满足了封隔器在高压环境下的使用要求。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型中笼式锚定卡瓦的结构示意图。
[0018]图2为图1的俯视图。
[0019]图3为图1的仰视图。
[0020]图4为图1的剖视图。
[0021 ]图5为图1中笼式锚定卡瓦锚固齿齿尖表面热处理图。
[0022]图6为本实用新型中封隔器卡瓦机构的结构示意图。
[0023]元件标号说明
[0024]I卡瓦体
[0025]11弹性槽
[0026]12限位槽
[0027]13限位导向槽
[0028]2锚固齿
[0029]3上锥体
[0030]4下锥体[0031 ]5 心轴
【具体实施方式】
[0032]以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
[0033]须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0034]如图1所示，本实用新型提供一种笼式锚定卡瓦，包括设有内腔的卡瓦体1，所述卡瓦体I的外周面上设有锚固齿2，所述卡瓦体I的材料为低碳合金钢。如图6所示，本实用新型还提供一种封隔器卡瓦机构，包括由上至下依次相连的上锥体3、卡瓦和下锥体4，所述卡瓦为如上所述的笼式锚定卡瓦，所述上锥体3的下端从卡瓦体I的上端伸入内腔中，且上锥体3的外周面与卡瓦体I的内周面为锥面配合，所述下锥体4的上端从卡瓦体I的下端伸入内腔中，且下锥体4的外周面与卡瓦体I的内周面为锥面配合；当上锥体3、卡瓦和下锥体4装配构成封隔器的卡瓦机构后，再将该卡瓦机构作为整体安装在封隔器的心轴5上。
[0035]进一步地，如图1和图2所示，所述上锥体3和卡瓦体I的连接处设有六个周向均匀分布的剪切销，所述卡瓦体I的上端开设有六个周向均匀分布的限位槽12，所述剪切销穿设在限位槽12中，实现上锥体3和卡瓦体I之间的轴向限位和径向限位。
[0036]更进一步地，如图1和图3所示，所述下锥体4和卡瓦体I的连接处设有六个周向均匀分布的固定销，所述卡瓦体I的下端开设有六个周向均匀分布、且轴向延伸的限位导向槽13，所述固定销穿设在限位导向槽13中，实现下锥体4与卡瓦体I之间的轴向导向和径向限位。
[0037]本申请涉及的笼式锚定卡瓦和封隔器卡瓦机构的工作原理为:
[0038]封隔器坐封时，在液压作用下，活塞上的坐封剪切销首先被剪断，活塞下行推动上锥体3下行，则穿设在卡瓦体I上端限位槽12中的剪切销被剪断，上锥体3继续下行，使得上锥体3和下锥体4之间的间距不断减小，故上锥体3和下锥体4双向作用于卡瓦体I。由于卡瓦体I的材料采用低碳合金钢，低碳合金钢材料性能良好，淬透性较高，无回火脆性，焊接性相当好，形成冷裂的倾向很小，可切削性及冷应变塑性良好，故卡瓦体I自身具有较好的弹性，因此，当封隔器坐封时，在上锥体3和下锥体4的相向作用下，并通过上锥体3与卡瓦体I的锥面配合以及下锥体4与卡瓦体I的锥面配合，使得卡瓦体I的上下两端能够顺利地向外张开，从而使得卡瓦体I外周面上的锚固齿2能够完全锚定在套管的管壁上，进而将封隔器可靠地固定于套管上。当封隔器解封时，心轴5首先带动套筒上行，解除对封隔器中胶筒的压缩、使胶筒回弹复位;之后带动活塞及上锥体3上移脱离卡瓦体I，由于卡瓦体I自身的弹性作用，故卡瓦体I的上下两端自动回弹收缩复位，解除对封隔器的锚定。所以，本申请中笼式锚定卡瓦的产品性能得到了较大的提高，满足了封隔器在各种井况下的使用要求，特别是满足了封隔器在高压环境下的使用要求。
[0039]另外，在封隔器坐封的过程中，卡瓦体I相对于下锥体4而言具有沿卡瓦体I轴向下行的运动，而在封隔器解封的过程中，卡瓦体I相对于下锥体4而言具有沿卡瓦体I轴向上行的运动，在卡瓦体I沿其轴向相对于下锥体4下行或上行时，通过固定销和设在卡瓦体I下端处的限位导向槽13的相互配合可保证卡瓦体I只能沿其轴向下行或上行，进而起到很好的轴向导向作用，提高封隔器坐封或解封时各机构之间运动的可靠性。因此，开设在卡瓦体I下端的限位导向槽13的轴向长度要大于开设在卡瓦体I上端的限位槽12的轴向长度。
[0040]进一步地，本实用新型还提供一种笼式锚定卡瓦的加工工艺，依次包括以下步骤:
[0041]A、粗车卡瓦体I的内轮廓和外轮廓，如图4所示，初步在卡瓦体I的外周面上车加工出销固齿2;
[0042]B、超声波探伤，能够准确、便捷、无损伤地检测出卡瓦体I内部是否存在裂纹、夹杂、气孔、砂眼等缺陷；
[0043]C、精车卡瓦体I的内轮廓和外轮廓，使卡瓦体I的各尺寸精度都符合要求；
[0044]D、热处理:如图5所示，两个区域A为热处理区域，即对卡瓦体I外周面上锚固齿2的齿尖表面采用表面渗碳淬火低温回火，从而形成覆盖在锚固齿2齿尖外表面的渗碳层，使得卡瓦体I外周面上锚固齿2的齿尖表面获得较高硬度、且锚固齿2齿尖表面渗碳层的硬度应大于套管的硬度；因此，当封隔器坐封、卡瓦体I向外张开时，锚固齿2能够可靠地锚定在套管的管壁上；
[0045]E、在卡瓦体I的上下两端处线切割加工槽；如图1至图3所示，割出形成在卡瓦体I上端处的12道弹性槽11、以及形成在卡瓦体I下端处的12道弹性槽11，所述弹性槽11沿卡瓦体I的轴向延伸、并沿卡瓦体I的径向贯通卡瓦体I，位于卡瓦体I上端侧的弹性槽11的上端向上延伸至卡瓦体I的上端面处，位于卡瓦体I下端侧的弹性槽11的下端向下延伸至卡瓦体I的下端面处;通过在卡瓦体I的上端处和下端处都设置12道周向均匀分布的弹性槽11，可进一步保证卡瓦体I在封隔器坐封时能够顺利地张开锚定套管、以及在封隔器解封时能够顺利地回弹收缩解除锚定；
[0046]F、卡瓦采用磁粉探伤将产品予以磁化，利用其缺陷部位的漏磁能吸附磁粉的特征，依磁粉的分布状态显示出被测卡瓦的表面缺陷和近表面缺陷，最后对卡瓦的缺陷进行修补，从而大大提高卡瓦的质量。
[0047]进一步地，所述步骤E中，线切割出的弹性槽11的轴向长度LI与卡瓦体I的轴向长度L2之间的关系为:LI = 0.8L2?0.95L2，也就是说，位于卡瓦体I上端处的12道弹性槽11的下端都延伸至卡瓦体I的下段处，位于卡瓦体I上端处的12道弹性槽11的下端都延伸至卡瓦体I的下段处，更加有利于封隔器坐封时卡瓦体I上下两端的张开、以及封隔器解封时卡瓦体I上下两端的回弹收缩。
[0048]优选地，为了保证卡瓦体I的结构强度，如图2所示，在相邻的两个限位槽12之间线切割两道弹性槽11;如图3所示，在相邻的两个限位导向槽13之间线切割两道弹性槽11。
[0049]综上所述，本申请中的卡瓦体I采用了低碳合金钢后具有较好的张开及回弹性能，同时卡瓦体I表面的锚固齿2的齿尖表面进行渗碳后淬火处理，使得锚固齿2的齿尖硬度达到要求，故本申请中的笼式锚定卡瓦芯部硬度较低，韧性好，不易折断，便于张开和回弹，而笼式锚定卡瓦的锚固齿齿尖较硬，便于其锚固在管壁上。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0050]上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种笼式锚定卡瓦，包括设有内腔的卡瓦体(I)，所述卡瓦体(I)的外周面上设有锚固齿(2)，其特征在于:所述卡瓦体(I)的材料为低碳合金钢。2.根据权利要求1所述的笼式锚定卡瓦，其特征在于:所述卡瓦体(I)的上下两端均开设有多道轴向延伸、径向贯通的弹性槽(11)，位于卡瓦体(I)上端侧的弹性槽(11)的上端向上延伸至卡瓦体(I)的上端面处，位于卡瓦体(I)下端侧的弹性槽(11)的下端向下延伸至卡瓦体(I)的下端面处。3.根据权利要求2所述的笼式锚定卡瓦，其特征在于:所述弹性槽(11)通过线切割的加工方式形成在卡瓦体(I)上。4.根据权利要求2所述的笼式锚定卡瓦，其特征在于:所述弹性槽(11)的轴向长度LI与卡瓦体(I)的轴向长度L2之间的关系为:LI =0.8L2?0.95L2。5.根据权利要求1所述的笼式锚定卡瓦，其特征在于:所述锚固齿(2)齿尖的外表面上设有渗碳层。6.—种封隔器卡瓦机构，包括安装在封隔器心轴(5)上的上锥体(3)、卡瓦和下锥体(4)，其特征在于:所述卡瓦为如权利要求1-5任一项所述的笼式锚定卡瓦，所述上锥体(3)的下端从卡瓦体(I)的上端伸入内腔中、并与卡瓦体(I)为锥面配合，所述下锥体(4)的上端从卡瓦体(I)的下端伸入内腔中、并与卡瓦体(I)为锥面配合。7.根据权利要求6所述的封隔器卡瓦机构，其特征在于:所述上锥体(3)和卡瓦体(I)的连接处设有多个周向均匀分布的剪切销，所述卡瓦体(I)的上端开设有多个周向均匀分布的限位槽(12)，所述剪切销穿设在限位槽(12)中。8.根据权利要求6所述的封隔器卡瓦机构，其特征在于:所述下锥体(4)和卡瓦体(I)的连接处设有多个周向均匀分布的固定销，所述卡瓦体(I)的下端开设有多个周向均匀分布、且轴向延伸的限位导向槽(13)，所述固定销穿设在限位导向槽(13)中。
【文档编号】E21B33/129GK205422632SQ201620203282
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月16日
【发明人】方群, 陆如东, 李书训
【申请人】上海尊优自动化设备有限公司