一种无压痕液压钳卡瓦的制备方法与流程

本发明涉及一种无压痕液压钳卡瓦的制备方法，适用于石油工程的技术领域。

背景技术：

液压动力钳为开口型动力钳，是油田修井作业时用于上、卸抽油杆、油管、套管、隔热管、钻杆及类似管柱螺纹的机械化设备。现有的动力钳主要由主钳和背钳组成，背钳夹紧管柱接箍，主钳夹紧管柱旋转完成接管和卸管的工作。现有动力钳的钳口内侧的牙座上配装的牙块都有较硬的硬度和锋利的牙尖，使得在接箍时能够将牙块切入管柱从而卡紧防止油管坠井。每次操作以后，都会在管柱的外表面咬出一定深度的压痕。多次使用以后，管柱的表面会出现损伤。由于油井中大量的二氧化碳和硫化氢的腐蚀，使得损伤的管柱表面被加速腐蚀，从而使其加速失效，大大增加了油气田作业的成本、工作量和作业风险。更有甚者，近年来随着非金属管柱在油田上使用的增多，使得无压痕动力钳的需求越来越紧迫。

中国专利申请CN102061895A公开了一种无损伤油管动力钳背钳钳头，由背钳上盖、背钳主体、背钳颚板架、坡板、滚轮、滚轮轴、卡瓦片、卡瓦座、卡瓦压片和复位弹簧等组成，解决了油田管柱作业中对管柱的损坏，卡紧可靠，结构简单。其中，卡瓦片装在卡瓦座的插槽中，卡瓦片与所卡紧的管柱外径包容，为非金属高分子耐磨材料，或为金属片与非金属高分子耐磨材料的组合，或为耐磨合金材料。通过采用耐磨材料制成的卡瓦片，并加大与管柱的接触面积，起到卡紧管柱且不损伤管柱的作用，其经济效益可观。中国专利申请CN102061896A公开了一种无损伤油管动力钳钳头卡紧机构，其中公开了类似的卡瓦片。

现有技术中急需一种不会对油管造成损伤的卡瓦片及其制备方法，使得此种卡瓦片在用于夹紧油管时，能够保持其完整性。

技术实现要素：

本发明提供了一种无压痕液压钳卡瓦的制备方法，通过该制备方法制成的卡瓦片能够满足夹紧要求的同时，不会对管柱造成任何损伤，因此极大地提高了油气田作业的经济性、可靠性和安全性。

根据本发明的无压痕液压钳的卡瓦的制备方法，包括以下步骤：

(1)塑炼

将丁腈橡胶在开炼机上分段塑炼，同时加入增塑剂来加快塑炼，增塑剂是丁腈橡胶质量的15-17％；在开炼机两个旋转辊筒间，凭借前后辊相对速度不同所产生的剪切力使橡胶大分子断裂,塑炼温度控制在30±1℃，前后辊的速度比控制在1:1.32，辊距为1mm；

(2)混炼

将开炼机的水温控制在70-80℃，将塑炼好的胶料放在开炼机上进行混炼，并依次加入上述增塑剂、防老剂和硫化剂，反复薄通，出片待用；

混炼期间，加入的胶料、增塑剂、防老剂和硫化剂的质量比为1:0.08-0.12:0.06-0.08:0.05-0.06；

(3)涂胶

将金属网格清理干净，按照尺寸裁定成型，将胶黏剂均匀涂抹在其表面待用；

(4)下料

将混炼后的胶料停放2天以后，按照产品的形状和尺寸下料；

(5)硫化

将涂好胶黏剂的金属网格和裁剪好的胶料分层放入模具中，锁紧模具进行硫化；

硫化过程中模具的压紧力为25-27MPa，温度保持在175-180℃，压紧时间为5-6小时；硫化完成以后打开模具，取出产品；

(6)修剪

产品取出以后，及时修剪成型。

优选地，增塑剂由二乙二醇二苯甲酸酯、环氧大豆油、去离子水、双氧水、三氯甲烷按照质量比为1:0.2-0.3:0.1-0.15:0.1-0.12:0.05-0.07混合制成，其制备方法为将二乙二醇二苯甲酸酯、环氧大豆油和双氧水放在密闭容器中加热至70-75℃并密封2小时使其充分混合，然后加入去离子水搅拌并使其温度保持在50-52℃，静置1小时后放入三氯甲烷，混合均匀。

更优选地，增塑剂由二乙二醇二苯甲酸酯、环氧大豆油、去离子水、双氧水、三氯甲烷按照质量比为1:0.24:0.12:0.12:0.05混合制成。

优选地，防老剂由4,4'-二(α-甲基苄基)二苯胺、6–乙氧基–2,2,4–三甲基–1,2–二氢化喹啉、炭黑、三氧化二铝和二氧化硅按照质量比为1:0.6-0.8:0.2-0.3:0.12-0.14:0.1-0.15混合均匀制成；硫化剂由硫磺粉、酚醛树脂、氧化锌、二硫化二吗啉和二硫化二苯并噻唑按照质量比为1：0.3-0.5：0.1-0.14：0.5-0.7：0.12-0.16混合均匀制成。

更优选地，防老剂由4,4'-二(α-甲基苄基)二苯胺、6–乙氧基–2,2,4–三甲基–1,2–二氢化喹啉、炭黑、三氧化二铝和二氧化硅按照质量比为1:0.62:0.28:0.12:0.15混合均匀制成；硫化剂由硫磺粉、酚醛树脂、氧化锌、二硫化二吗啉和二硫化二苯并噻唑按照质量比为1：0.38：0.12：0.7：0.15混合均匀制成。

优选地，胶黏剂由以下重量份数的组分构成：

环氧树脂 20-30份，

聚丁烯醇 12-14份，

改性聚氨酯 10-12份，

甲基丙烯酸甲酯 15-18份，

淀粉 7-11份，

滑石粉 6-9份，

碳纤维 10-15份。

胶黏剂的制备过程为：将环氧树脂加热到120-130℃，保温静置2小时以激活其活性，然后加入改性聚氨酯和甲基丙烯酸甲脂，搅拌均匀并加热到150-156℃，然后加入聚丁烯醇使其充分反应并混合均匀，冷却至室温后，加入淀粉、滑石粉和碳纤维。

本发明的另一方面，提供了一种无压痕液压钳，包括背钳和主钳，背钳和主钳的中部均设有卡瓦座，卡瓦座上间隔地周向固定有卡瓦，所述卡瓦为上述制备方法制得的卡瓦。

优选地，卡瓦呈弧面片状，内侧设有摩擦突起部；或者，卡瓦的内侧设置成粗糙内表面；卡瓦的个数为至少两个。

采用本发明的制备方法制得的卡瓦用于液压钳中，使得作业时不会在管柱的表面造成任何损伤，能够极大地提高油管的使用寿命和作业安全性。

附图说明

图1是根据本发明的液压钳的立体示意图。

图2是根据本发明的液压钳的俯视图。

图3是本发明的卡瓦的一种实施方式的俯视图。

图4是本发明的卡瓦的一种实施方式的侧视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1和2所示，本发明的液压钳包括背钳1和主钳2，背钳1和主钳2的中部均设有卡瓦座，卡瓦3间隔地周向固定在卡瓦座上。作业时，背钳1抱紧管柱接箍，主钳2抱紧待接管柱并旋转，从而将上下管柱旋接。卡瓦的尺寸可以根据管柱的实际尺寸进行选择，其围绕卡瓦座设置的个数为至少两个，例如可以是2个、3个或4个。

如图3和4所示，其中显示了一种实施方式的卡瓦的结构示意图。如图所示，卡瓦呈弧面片状，其外侧设有摩擦突起部，以增大与卡瓦座之间的抱紧摩擦力。优选地，卡瓦外侧的摩擦突起部可以设置为齿状，以与卡瓦座上的齿相互啮合。

如上所述的本发明的卡瓦，其制备工艺如下：

(1)塑炼

塑炼是橡胶加工的一个工序,指采用机械或化学的方法,降低生胶分子量和粘度以提高其可塑性，并获适当的流动性，以满足混炼和成型进一步加工的需要。塑炼过程是使橡胶大分子链断裂，分子链由长变短而使分子量分布均匀化的过程。在塑炼过程中导致大分子链断裂的因素主要有两个：一是机械破坏作用；二是热氧化降解作用。低温塑炼时，主要是由于机械破坏作用，大分子在强烈的机械力作用下发生断链；高温塑炼时，热氧化降解作用占主导地位。

将丁腈橡胶在开炼机上分段塑炼，同时加入增塑剂来加快塑炼，增塑剂的使用量为丁腈橡胶的15-17％(质量比)。在开炼机两个旋转辊筒间，凭借前后辊相对速度不同所产生的剪切力使橡胶大分子断裂,从而达到增塑的目的。塑炼温度控制在30±1℃，前后辊的速度比控制在1:1.32，辊距为1mm。

根据本发明的增塑剂的一种优选实施方式如下：

增塑剂由二乙二醇二苯甲酸酯、环氧大豆油、去离子水、双氧水、三氯甲烷按照质量比为1:0.2-0.3:0.1-0.15:0.1-0.12:0.05-0.07混合制成，其制备方法为将二乙二醇二苯甲酸酯、环氧大豆油和双氧水放在密闭容器中加热至70-75℃并密封2小时使其充分混合，然后加入去离子水搅拌并使其温度保持在50-52℃，静置1小时后放入三氯甲烷，混合均匀。

更优选地，增塑剂可以由二乙二醇二苯甲酸酯、环氧大豆油、去离子水、双氧水、三氯甲烷按照质量比为1:0.24:0.12:0.12:0.05混合制成。

(2)混炼

混炼是用炼胶机将生胶或塑炼生胶与配合剂炼成混炼胶的工艺，是橡胶加工最重要的生产工艺。其通过机械作用使生胶或塑料胶与各种配合剂均匀混合。

将开炼机的水温控制在70-80℃，将塑炼好的胶料放在开炼机上进行混炼，并依次加入增塑剂、防老剂和硫化剂，反复薄通(即，使橡胶很薄地通过开炼机的两个辊筒)，最后出片待用。其中，加入的胶料、增塑剂(成分同上)、防老剂和硫化剂的质量比为(假设胶料的质量份数为1)1:0.08-0.12:0.06-0.08:0.05-0.06。

根据本发明的防老剂的一种优选实施方式如下：

防老剂由4,4'-二(α-甲基苄基)二苯胺、6–乙氧基–2,2,4–三甲基–1,2–二氢化喹啉、炭黑、三氧化二铝和二氧化硅按照质量比为1:0.6-0.8:0.2-0.3:0.12-0.14:0.1-0.15混合均匀制成。

更优选地，防老剂由4,4'-二(α-甲基苄基)二苯胺、6–乙氧基–2,2,4–三甲基–1,2–二氢化喹啉、炭黑、三氧化二铝和二氧化硅按照质量比为1:0.62:0.28:0.12:0.15混合均匀制成。

根据本发明的硫化剂的一种优选实施方式如下：

硫化剂由硫磺粉、酚醛树脂、氧化锌、二硫化二吗啉和二硫化二苯并噻唑按照质量比为1：0.3-0.5：0.1-0.14：0.5-0.7：0.12-0.16混合均匀制成。优选地，硫化剂由硫磺粉、酚醛树脂、氧化锌、二硫化二吗啉和二硫化二苯并噻唑按照质量比为1：0.38：0.12：0.7：0.15混合均匀制成。

(3)涂胶

将金属网格清理干净，按照尺寸裁定成型，将胶黏剂均匀涂抹在其表面待用。胶黏剂要选择适用于粘结丁腈橡胶的胶黏剂。

胶黏剂的一种优选实施方式如下：

胶黏剂由以下重量份数的组分构成：

环氧树脂 20-30份，

聚丁烯醇 12-14份，

改性聚氨酯 10-12份，

甲基丙烯酸甲酯 15-18份，

淀粉 7-11份，

滑石粉 6-9份，

碳纤维 10-15份。

其制备过程为：将环氧树脂加热到120-130℃，保温静置2小时以激活其活性，然后加入改性聚氨酯和甲基丙烯酸甲脂，搅拌均匀并加热到150-156℃，然后加入聚丁烯醇使其充分反应并混合均匀，冷却至室温后，加入淀粉、滑石粉和碳纤维。

(4)下料

将混炼后的胶料停放2天以后，按照产品的形状和尺寸下料。

(5)硫化

将涂好胶黏剂的金属网格和裁剪好的胶料分层放入模具中，锁紧模具进行硫化。硫化过程中模具的压紧力为25-27MPa，温度保持在175-180℃，压紧时间为5-6小时。硫化完成以后打开模具，取出产品。

(6)修剪，检验

产品取出以后，及时修剪成型。

采用本发明的制备方法制得的卡瓦用于液压钳中，能够使得液压钳在抱紧管柱的过程中不会在管柱的表面造成任何损伤，能够极大地提高油管的使用寿命和作业安全性。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。