一种适用于多尺寸管柱的可变径气动卡瓦的制作方法

本发明涉及石油钻井领域，是一种钻井过程中起下钻工况所使用的气动卡瓦，特别是一种能够提高起下钻时效性的可变径气动卡瓦。

背景技术：

目前，钻井卡瓦广泛的应用于钻井工程起下钻作业中，主要起夹持管柱，防止脱落的作用。目前国内钻井作业的起下钻方式主要有双吊卡起钻、钻杆卡瓦配合单吊卡起钻，也有部分地区应用了气动卡瓦。但是目前的气动卡瓦的卡瓦体3结构仅针对同一尺寸钻具有效，当钻具组合发生变化时，当前的气动卡瓦并不能满足工况需求，所以需要更换卡瓦体3。目前在现场更换气动卡瓦的卡瓦体3是一件很费时间的工作，钻井工人需要先将气动卡瓦从井口拆除，以防在井口更换造成井下落物等钻井事故，然后继续拆除并更换对应尺寸的卡瓦体3，才能够重新将该气动卡瓦安装到井口进行起下钻作业。如此以来，浪费了不少宝贵的起下钻时间，尤其是在进行深井和超深井的钻探时，更需要保证起下钻的时效，以免空井时间过长造成井下复杂。

技术实现要素：

本发明克服了现有工具的不足，提供了一种可变径使用的气动卡瓦，不仅结构简单，而且能够大大的提高工作效率。

本发明所采用的技术方案是：一种可变径的气动卡瓦，包括两半式的卡瓦底座1，卡瓦底座1顶部配有螺纹连接的吊耳7，在使用前将两半底座分别吊装到井口，然后通过销钉连接安装好之后方可使用。卡瓦底座1内侧有锥状环形槽9，槽内有滑道，卡瓦体3安装在滑道上，气缸5分别和卡瓦体3、卡瓦底座1相连接，所有气缸5同时伸长或缩短来控制卡瓦体3沿着滑道内外(上下)复合运动，从而达到可变径的目的。

所述的锥状环形槽9有三个，但不限于三个，当井深较大时，所需承载的重量也会增加，这时可以增加环形槽的数量以达到增加承载能力的效果。锥状环形槽9应与水平面保持较大的倾斜角度，才可以使卡瓦体3在工作时不会发生滑动，起到了防止卡瓦失效的作用。

所述的卡瓦体3内侧装有卡瓦牙4，卡瓦体3的运动范围(以卡瓦牙4处的环形半径计算)在能夹持外径139.7mm(5’1/2)钻杆与88.9mm(3’1/2)钻杆之间。但根据该气动卡瓦所应用的作业区域不同、管柱尺寸不同，所述的可变径卡瓦整体结构还可进行调整。

与现有技术相比，本发明主要有以下优点：1、本发明在现有气动卡瓦的基础上，提出一种可变径使用的气动卡瓦。在起下钻作业过程中，能够通过压力控制气缸5来调节活塞杆长度，从而有效的控制卡瓦体3来回往复运动，实现变径目的，结构较现有气动卡瓦较为新颖。2、跟普通的气动卡瓦相比，在遇到不同尺寸组合的钻具时，不用更换卡瓦体3的情况下直接进行起下钻作业，大大减少了起下钻作业的时间，争取了宝贵的钻井时间，也大大降低了钻井工人的劳动强度。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图，该示意图表明了气动卡瓦主要零部件部件的分布情况。图中附图标记分别表示为：1-卡瓦底座；2-连接销钉；3-卡瓦体；4-卡瓦牙；5-气缸；6-气路管线槽；7-吊耳；8-管线接头；9-锥状环形槽；10-钻杆。

图2为本发明俯视图。该视图表明了锥状环形槽、气缸以及卡瓦体的分布情况。

图3为本发明的安装示意图。该示意图表明了气动卡瓦的安装以及连接方式。

图4为本发明的机构传动部件示意图。该示意图表明了气缸与卡瓦体的位置关系。

图5为本发明的卡瓦底座锥状环形槽的截面示意图。该示意图能更加清楚的体现锥状环形槽的结构。

具体实施方式

本发明提供一种可变径的气动卡瓦，主要包括环形卡瓦底座1、连接销钉2、卡瓦体3、卡瓦牙4、气缸5、气路管线槽6、吊耳7、管线接头8、锥状环形槽9。其中环形卡瓦底座1为两半式结构，通过连接销钉2连为一体。环形卡瓦底座1内壁等距分布有锥状环形槽9，槽内有滑道。与锥状环形槽9尺寸相同的卡瓦体3安装在槽内，卡瓦体3与气缸5活塞相连，通过气缸5的伸缩可以控制卡瓦体3上下移动，气缸5与卡瓦底座1铰接在一起，且气缸5与卡瓦底座1连接处外侧有气路管线槽6，内有气路管线连接到底座的管线接头8处。

本发明为两半式结构，在使用前先将气动卡瓦的两半分别吊装到转盘面上，然后拆下吊耳7并在转盘面上完成装配。使用前需先用气管线连接司钻控制台开关和卡瓦底座1的管线接头8。在起钻作业中，司钻首先上提游车直至立柱接箍高出卡瓦底座1表面500mm以上，然后操作控制台气门开关至正向开位，此时所有气缸5统一动作伸长活塞杆，将卡瓦体3沿着滑道推进，卡瓦体3向下运动的同时，也向圆心收缩，从而夹紧中心的钻杆10，此时司钻可放松悬吊系统，所有钻杆10的重量被卡瓦底座1斜坡承载。钻台人员可以操作液气大钳进行卸扣，并将钻杆10立柱推入钻杆槽中。然后司钻操作游车下行至钻杆接箍，钻台人员扣好吊卡，游车上提钻杆立柱至原悬重后，操作控制台气门开关至反向开位，此时所有气缸5统一动作收缩活塞杆，将卡瓦体3沿着滑道收回，卡瓦体3向上运动的同时，也向外环张开，留出较大的环空间隙让钻杆10立柱通过。下钻作业原理与起钻相同。

由于本发明是一种可变径的气动卡瓦，所以当钻具组合发生变化导致钻杆10直径改变时，普通的气缸5并不能满足要求，需要使用压力控制气缸5，当气缸5压力达到定值时才会停止动作。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种用于石油钻井领域的可变径气动卡瓦，包括环形卡瓦底座1，底座内侧有三个锥状环形槽9；与底座相连的有三个气缸5，气缸5又分别与三个卡瓦体3连接，气缸5活塞可推动卡瓦体3在锥状环形槽9内来回滑动，当气缸5伸长时，推动卡瓦体3沿着内部锥状环形槽9向下运动，同时向圆心收缩，夹紧钻具，从而达到可变径的目的。本发明通过上述原理，改变了一般气动卡瓦只能应用于特定尺寸的管柱的工况的现状，使得在钻井过程中起下不同尺寸管柱时，可以在不用更换卡瓦体3的情况下完成作业，为起下钻作业提供了方便，大大减少工人工作强度，节约了时间。

技术研发人员：张晓东;彭粲粲;杨文武
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2018.10.18
技术公布日：2019.01.18