專利名稱：一種卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于石油固井領域，具體涉及一種卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器。
背景技術：
石油工業(yè)不斷發(fā)展的今天，鉆井技術得到快速發(fā)展，在固井過程中，為了達到較好的固井質量，需要在下入尾管、鉆井液循環(huán)或固井過程中旋轉。而目前大多數(shù)懸掛器不能夠實現(xiàn)這一功能，為實現(xiàn)旋轉尾管固井，必須設計特殊的丟手工具和旋轉尾管懸掛器。旋轉尾管懸掛器在入井和固井過程中能旋轉，利于尾管串下入到位，并且能夠提高頂替效率，因此旋轉尾管固井技術得到許多專家的認可與推薦，旋轉尾管懸掛器能夠實現(xiàn)坐掛及坐掛前后旋轉尾管兩大功能，旋轉懸掛器在固井作業(yè)方面發(fā)揮了巨大的作用。尾管懸掛器利用楔形卡瓦、與卡瓦配合的錐套及外層套管三者之間楔緊，實現(xiàn)將尾管的重量懸掛在外層套管上。 旋轉尾管懸掛器的錐套是套在本體上的，錐套上方安放了高載荷軸承，實現(xiàn)了在懸掛器坐掛后，錐套和錐套上方的軸承承受了整個尾管載荷，旋轉尾管時，懸掛器的芯體旋轉，而卡瓦和錐套不旋轉，利用軸承減少了旋轉扭矩。但大多數(shù)旋轉尾管懸掛器存在以下問題或不足1.大部分卡瓦是外露式，即采用推桿和卡瓦相連，在入井過程中很容易磕碰脫落， 在水平井或者大斜度井內，利用推桿連接卡瓦時，卡瓦自身的重量導致推桿彈性變形，卡瓦外徑會高于扶正裝置的外徑，更容易導致卡瓦受損。2.部分較為先進的產品也考慮到卡瓦的入井保護，采用了內嵌式卡瓦，但其仍延續(xù)了老式的卡瓦內錐面和錐套外錐面擠壓的承載方式，增大了卡瓦、錐套自身和外層套管的應力值，在承受較大載荷時，容易發(fā)生某一零件損壞。3.另外，懸掛器坐掛前后的過水面積也是其在復雜井中應用成敗的關鍵參數(shù)。目前的懸掛器在坐掛前后過水面積相差較大，在懸掛器坐掛后，過水面積明顯減小，導致循環(huán)壓力增大，如何最大化的增大過水面積也是困擾國內外各大工具廠商的難題之一。4.目前懸掛器大多采用液壓缸利用液壓力剪斷剪釘，推動卡瓦沿錐套向外張開， 從而坐掛。懸掛器的卡瓦沒有設計防止提前坐掛的機構，如果井內有異物刮蹭到卡瓦，容易造成液壓剪釘剪斷，導致懸掛器提前坐掛?？傊?，目前的旋轉懸掛器存在著兩大問題，一是承載能力相對較低，在長尾管的固井中應用性能略顯不足；二是入井過程中卡瓦保護不夠，容易造成提前坐掛等不足，制約了懸掛器在水平井、大斜度井等復雜井內的可靠性。

實用新型內容本實用新型的目的在于解決上述現(xiàn)有技術中存在的難題，提供一種卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器，能夠實現(xiàn)坐掛和旋轉尾管兩大功能，并且具有懸掛承載能力大、保護卡瓦、 防卡瓦提前坐掛等功能，提高旋轉尾管懸掛器在復雜井內的可靠性。本實用新型是通過以下技術方案實現(xiàn)的[0011]一種卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器，所述卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器包括芯軸12 以及從上至下依次套在所述芯軸12外的軸承1、卡簧套2、錐套4、卡瓦支撐套6、液缸8 ；所述芯軸12的上端連接密封裝置和送入裝置，下端連接尾管串；在所述錐套4內裝有卡瓦5 ；所述卡瓦5的兩個側面16為錐形，所述錐套4上開有錐形槽，所述錐形槽將錐套4內外貫穿；所述錐形槽的兩個側面13為錐形斜面；在坐掛前， 所述卡瓦5 —直藏于錐套4內；所述卡瓦5的兩個側面16分別與錐套4內錐形槽的兩個側面13貼緊；在坐掛后，卡瓦5，和錐套4之間形成過流通道；坐掛后，靠錐套4、卡瓦5及外層套管三者共同作用，實現(xiàn)“楔緊”?？ㄍ?的下端與卡瓦支撐套6直接連接；所述錐套4與芯軸12之間為滑動連接。在所述卡瓦5的兩個側面16上均設計有滑動導向鍵15，在所述錐套4的錐形槽的兩個側面13上均設計有滑動導向槽14，所述滑動導向鍵15和滑動導向槽14之間是滑動間隙配合。所述滑動導向鍵15與卡瓦5的軸向形成夾角，所述滑動導向槽14與錐套4的軸向形成夾角，所述兩個夾角的大小均與卡瓦5和錐套4的滑行角度一致，防止卡瓦在入井過程中張開脫落；所述卡瓦5、錐套4和芯軸12同軸向。在所述卡瓦支撐套6與液缸8之間裝有防坐掛擋塊7，當液缸8動作后，所述防坐掛擋塊7收縮到液缸8內，液缸8繼續(xù)上行，坐掛所述卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器。只有在液缸8動作后防坐掛擋塊7的防提前坐掛功能失效才能實現(xiàn)坐掛，這就進一步提高了懸掛器的可靠性。在所述液缸8的下端裝有導向螺釘9，導向螺釘9是用來防止液缸8和芯軸12之間相對轉動的。在所述導向螺釘9的下方裝有剪釘10，所述液缸8通過所述剪釘10固定在所述芯軸12上。在所述液缸8下方的芯軸12外套有扶正環(huán)11，所述扶正環(huán)11的外徑為所述卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器的最大外徑，所述扶正環(huán)11與芯軸12之間能夠相對轉動，當扶正環(huán) 11與外層套管接觸應力較大時，扶正環(huán)11停止轉動。所述軸承1采用高載低扭軸承。在所述卡簧套2與所述芯軸12之間裝有卡簧3。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是(1)本實用新型卡瓦內嵌式旋轉懸掛器提高了懸掛器的負荷能力、抗扭能力、密封能力和坐掛后的過流面積，并提高了在某些水平井、大位移井內進行旋轉尾管固井的可靠性；(2)本實用新型與密封總成、送入工具等配合使用，能夠使旋轉尾管固井技術得到更好的運用，提高整套旋轉尾管系統(tǒng)的可靠性；(3)本實用新型性能可靠、操作簡便、通用性好，能夠滿足現(xiàn)場深井、超深井、水平井及大位移井的旋轉尾管固井要求，在油田勘探開發(fā)的固井應用中具有廣闊的應用前景。

圖1是本實用新型卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器的結構示意圖。[0028]圖2是本實用新型卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器的錐套的結構示意圖。圖3-1是本實用新型卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器的卡瓦的主視圖。圖3-2是本實用新型卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器的卡瓦的立體圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。如圖1所示，一種卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器，所述卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器包括芯軸12以及從上至下依次套在所述芯軸12外的軸承1、卡簧套2、錐套4、卡瓦支撐套 6、液缸8 ；其中，所述芯軸12的作用是上部連接懸掛器的密封裝置和送入裝置，下部連接尾管串，其上下兩端采用了氣密封螺紋設計，能夠承受更高的載荷和扭矩，提高了懸掛器芯軸的承載能力、抗扭能力和密封能力。其它部件都套裝在芯軸12外。在所述錐套4內裝有卡瓦5 ；如圖2所示，所述錐套4上開有錐形槽，所述錐形槽將錐套4內外貫穿；所述錐形槽的兩個側面13為錐形斜面；在所述錐套4的錐形槽的兩個側面13上均設計有滑動導向槽14。具體來說，錐套的錐形槽的兩個側面13為空間三維的斜面，按照圖2的位置，兩個側面13均為下寬上窄(圖中放置的上下)，外寬內窄(直徑大為外，小為內)的結構。在兩個側面13上分別加工有一個滑動導向槽14，所述滑動導向槽14的高度方向垂直于側面13， 其軌跡方向同錐套4的軸向形成一定夾角。如圖3-1和圖3-2所示，所述卡瓦5的兩個側面16為錐形，在所述卡瓦5的兩個側面16上均設計有滑動導向鍵15。具體來說，卡瓦5的兩個側面16與上述錐套4的兩個側面13正好相反，組裝時卡瓦5的兩個側面16分別和錐套4的兩個側面13正好貼緊。在卡瓦5的兩個側面上分別加工有一個滑動導向鍵15，所述滑動導向鍵15的高度方向垂直與側面16，軌跡方向同卡瓦5的軸向形成一定夾角。所述滑動導向鍵15與卡瓦的軸向形成夾角，所述滑動導向槽14與錐套4的軸向形成夾角，所述兩個夾角的大小均與卡瓦5和錐套4的滑行角度一致。防止卡瓦在入井過程中張開脫落。防止卡瓦在入井過程中張開脫落。所有的懸掛器都是卡瓦利用錐角小于摩擦角的結構來實現(xiàn)自鎖。本實用新型最主要的特點是卡瓦5和錐套4之間利用了側面進行承載，二者配合的槽從下往上越來越窄，有一定的夾角，該角度會使卡瓦5、錐套4和外層套管之間形成自鎖。在坐掛前，所述卡瓦5 —直藏于錐套4內；所述卡瓦5的兩個側面16分別與錐套4 內錐形槽的兩個側面13貼緊；所述滑動導向鍵15和滑動導向槽14之間是滑動間隙配合； 在坐掛后，卡瓦5和錐套4之間形成過流通道；卡瓦5的下端與卡瓦支撐套6直接連接；所述錐套4與芯軸12之間為滑動連接。在所述卡瓦支撐套6與液缸8之間裝有防坐掛擋塊7，當液缸8動作后，所述防坐掛擋塊7收縮到液缸8內，液缸8繼續(xù)上行，坐掛所述卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器。只有在液缸8動作后防坐掛擋塊7的防提前坐掛功能失效才能實現(xiàn)坐掛，這就進一步提高了懸掛器的可靠性。在所述液缸8的下端裝有導向螺釘9，導向螺釘9是用來防止液缸8和芯軸12之間相對轉動的。在所述導向螺釘9的下方裝有剪釘10，所述液缸8通過所述剪釘10固定在所述芯軸12上。剪釘10被剪斷后，導向螺釘9跟隨液缸8沿芯軸12向上滑動。在所述液缸8下方的芯軸12外套有扶正環(huán)11，所述扶正環(huán)11的外徑為所述卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器的最大外徑，所述扶正環(huán)11與芯軸12之間能夠相對轉動，當扶正環(huán) 11與外層套管接觸應力較大時，扶正環(huán)11停止轉動。所述軸承1采用高載低扭軸承。在所述卡簧套2與所述芯軸12之間裝有卡簧3。本實用新型的卡瓦5和錐套4的設計摒棄了傳統(tǒng)的利用卡瓦內錐面和錐套外錐面實現(xiàn)承載的設計，將卡瓦5的兩個側面設計成錐面，錐套4的內表面對應卡瓦5的錐面處開有錐形槽，卡瓦5的兩側錐面與錐套4內錐形槽的兩個側面楔緊，這樣能夠使卡瓦5在坐掛前一直藏于錐套4內(這里所述的藏于錐套內主要是指，入井過程中卡瓦5的外徑小于錐套4的外徑，井內異物不會磕碰到卡瓦5)，防止井內異物刮蹭到卡瓦，從而導致提前坐掛。該特殊的卡瓦結構還改變了常規(guī)卡瓦錐套的承載方式，該結構徹底改變了卡瓦、錐套和外層套管的受力方式，利用卡瓦的兩個側面16和錐套槽的兩個側面13承載，相對以往的內斜面承載方式，能夠將絕大部分徑向力轉變?yōu)橹芟蛄?即錐套4圓周方向的內力)，避免重載條件下導致外層套管破壞，最大程度的消除了應力集中，提高了整個懸掛器系統(tǒng)所能承受的最大載荷。另外，在卡瓦5的兩個側面16上均設計有滑動導向鍵15，在錐套4的錐形槽的兩個側面13上均開有滑動導向槽14，所述滑動導向鍵15與滑動導向槽16配合，限制卡瓦5的運動位置，防止在入井過程中卡瓦5脫落，也就防止了卡瓦5在入井過程中張開脫落?？ㄍ?和卡瓦支撐套6之間的連接采用直接連接，其代替了傳統(tǒng)的推桿連接，防止入井過程中，推桿磕碰變形，提高了其在水平井和大位移井使用的可靠性。本實用新型采用了液壓式坐掛方式，當液壓力達到一定值后，剪斷剪釘10，推動液缸8上行，從而推動卡瓦支撐套6和卡瓦5上行，卡瓦5上行的同時，會向外張開，實現(xiàn)坐掛。 卡瓦5和錐套4之間利用兩個側面承載，由于擠壓力垂直于接觸面，所以錐套4每個錐形槽都會受到圓周方向的擠壓力，此種承載方式能夠承受更大的載荷。在坐掛后，卡瓦5將整個尾管的載荷作用在錐套4上，再由卡簧套2傳遞給軸承1 (三者均是套在芯軸上的，依靠端面接觸實現(xiàn)載荷的傳遞。)，軸承1為特制的高載低扭矩軸承，能夠承受高載荷，并且減小轉動扭矩。在固井旋轉時，芯軸12和液缸8等部件隨尾管轉動，而軸承1、卡簧套2、錐套4和卡瓦5都靜止。卡瓦5在坐掛后，和錐套4之間形成過流通道，增大了懸掛器在坐掛后的過流面積。防坐掛擋塊7能夠防止懸掛器在入井過程中提前坐掛，即當液缸8不動作時，卡瓦 5受外力時，不會導致懸掛器提前坐掛，而當液缸8動作后，防坐掛擋塊7收縮到液缸8內， 液缸8繼續(xù)上行，便能夠輕松坐掛懸掛器，這樣進一步提高了懸掛器的可靠性。另外，本實用新型還設有卡瓦自鎖機構，卡瓦自鎖機構是懸掛器想承載必須的結構，只要錐角小于摩擦角即可自鎖，卡瓦自鎖機構是當液壓不動作時，卡瓦受外力時，不會導致提前坐掛。扶正環(huán)11的外徑為懸掛器的最大外徑，能夠在入井過程中保護液缸8和卡瓦5等關鍵部件，防止磕碰。而且該發(fā)明中的扶正環(huán)11與芯軸12之間能夠相對轉動，當扶正環(huán)與
6外層套管接觸應力較大時，扶正環(huán)停止轉動，防止長時間旋轉使外層套管受到損壞。 上述技術方案只是本實用新型的一種實施方式，對于本領域內的技術人員而言， 在本實用新型公開了應用方法和原理的基礎上，很容易做出各種類型的改進或變形，而不僅限于本實用新型上述具體實施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是優(yōu)選地，而并不具有限制性的意義。
權利要求1.一種卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器，其特征在于所述卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器包括芯軸(1 以及從上至下依次套在所述芯軸(1 外的軸承(1)、卡簧套O)、錐套、卡瓦支撐套(6)和液缸⑶；所述芯軸(1 的上端連接密封裝置和送入裝置，下端連接尾管串；在所述錐套⑷內裝有卡瓦(5)；所述卡瓦(5)的兩個側面(16)為錐形，所述錐套⑷ 上開有錐形槽，所述錐形槽將錐套(4)內外貫穿；所述錐形槽的兩個側面(1 為錐形斜面； 在坐掛前，所述卡瓦(5) —直藏于錐套內；所述卡瓦(5)的兩個側面(16)分別與錐套 ⑷內錐形槽的兩個側面(13)貼緊；在坐掛后，卡瓦(5)，和錐套(4)之間形成過流通道；卡瓦(5)的下端與卡瓦支撐套(6)直接連接；所述錐套(4)與芯軸(12)之間為滑動連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器，其特征在于在所述卡瓦(5) 的兩個側面(16)上均設計有滑動導向鍵(15)，在所述錐套的錐形槽的兩個側面(13) 上均設計有滑動導向槽(14)，所述滑動導向鍵(1 和滑動導向槽(14)之間是滑動間隙配 合。
3.根據(jù)權利要求2所述的卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器，其特征在于所述滑動導向鍵 (15)與卡瓦(5)的軸向形成夾角，所述滑動導向槽(14)與錐套(4)的軸向形成夾角，所述兩個夾角的大小均與卡瓦(5)和錐套(4)的滑行角度一致；所述卡瓦(5)、錐套(4)和芯軸 (12)同軸向。
4.根據(jù)權利要求1所述的卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器，其特征在于在所述卡瓦支撐套(6)與液缸(8)之間裝有防坐掛擋塊(7)，當液缸(8)動作后，所述防坐掛擋塊(7)收縮到液缸(8)內。
5.根據(jù)權利要求1所述的卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器，其特征在于在所述液缸(8) 的下端裝有導向螺釘(9)，在所述導向螺釘(9)的下方裝有剪釘(10)，所述液缸(8)通過所述剪釘(10)固定在所述芯軸(12)上。
6.根據(jù)權利要求1所述的卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器，其特征在于在所述液缸(8) 下方的芯軸(12)外套有扶正環(huán)(11)，所述扶正環(huán)(11)的外徑為所述卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器的最大外徑，所述扶正環(huán)(11)與芯軸(1 之間能夠相對轉動。
7.根據(jù)權利要求1所述的卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器，其特征在于所述軸承(1)采用高載低扭軸承。
8.根據(jù)權利要求1所述的卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器，其特征在于在所述卡簧套(2) 與所述芯軸(12)之間裝有卡簧(3)。
9.根據(jù)權利要求1所述的卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器，其特征在于，所述芯軸(12)的上下兩端設計有氣密封螺紋。
專利摘要本實用新型提供了一種卡瓦內嵌式旋轉尾管懸掛器，屬于石油固井領域。該懸掛器的卡瓦在坐掛前一直藏于錐套內，坐掛后，卡瓦和錐套之間形成過流通道，內嵌式的卡瓦機構能夠保證入井過程中卡瓦安全，另外，防提前坐掛機構只有在液缸動作后，才允許卡瓦上行，防止了提前坐掛。利用本裝置提高了懸掛器的負荷能力、抗扭能力、密封能力和坐掛后的過流面積，并提高了在某些水平井、大位移井內進行旋轉尾管固井的可靠性，能夠使旋轉尾管固井技術得到更好的運用；本實用新型性能可靠、操作簡便、通用性好，能夠滿足現(xiàn)場深井、超深井、水平井及大位移井的旋轉尾管固井要求，在油田勘探開發(fā)的固井應用中具有廣闊的應用前景。
文檔編號E21B23/01GK201934042SQ201020678270
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權日2010年12月24日
發(fā)明者馮麗瑩, 張金法, 趙德利, 阮臣良, 馬蘭榮 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院