專(zhuān)利名稱(chēng)：旋轉(zhuǎn)軌道卡瓦式封隔器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進(jìn)的油、氣井用旋轉(zhuǎn)軌道卡瓦式封隔器，特別是使用外徑為139.7毫米套管時(shí)的旋轉(zhuǎn)軌道卡瓦式封隔器。
卡瓦式封隔器是油、氣田用的重要井下工具之一，它的各種性能直接關(guān)系到油、氣田工藝改造?？ㄍ呤椒飧羝骺煞乐褂凸苤妮S向移動(dòng)，所用膠筒為壓縮式，一般均靠下放一定管柱重量坐卡和坐封。中原油田的油、氣埋藏深、滲透率低，采油工藝復(fù)雜。目前油田大量采用的勝利油田產(chǎn)品SL251-6型卡瓦式封隔器，由于設(shè)計(jì)不夠合理，所以安全坐封載荷小，對(duì)于中原油田三千米左右的深井來(lái)說(shuō)常易導(dǎo)致卡瓦錨將套管擠毀，操作困難，往往造成井下發(fā)生卡、斷、脫的事故。曾采用引進(jìn)的哈里伯頓等公司的卡瓦式封隔器也往往同樣被卡在井下起不出來(lái)。
目前油、氣田所用卡瓦式封隔器，其卡瓦錨的卡瓦托均為整體式，卡瓦錨由限位套、楔形體、卡瓦和卡瓦托組成?？ㄍ叩钠瑪?shù)大多數(shù)為四片，也有少數(shù)產(chǎn)品采用六片結(jié)構(gòu)，但為了適應(yīng)裝配關(guān)系其六片結(jié)構(gòu)卡瓦的厚度必須減薄。在整體裝配形式下，無(wú)論卡瓦的片數(shù)是四片還是六片，卡瓦的最大寬度不得大于與楔形體組裝時(shí)楔形體端面各卡瓦槽限定卡瓦所構(gòu)成的最小正N邊形(N＝4～6)的邊長(zhǎng)，因此這種整體裝配結(jié)構(gòu)有下列缺點(diǎn)(1)需要一定的專(zhuān)用裝配工具，否則難于裝配;(2)卡瓦的片數(shù)、厚度、寬度、牙面長(zhǎng)度等主要參數(shù)相互制約，它們無(wú)法同時(shí)達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)值，從而導(dǎo)致卡瓦錨達(dá)不到主要設(shè)計(jì)性能。從理論上分析，封隔器承載后，套管壁上的應(yīng)力分布狀態(tài)與卡瓦片數(shù)、牙面長(zhǎng)度、寬度和厚度有直接關(guān)系，尤其是卡瓦的片數(shù)影響最大?，F(xiàn)有技術(shù)的卡瓦錨，由于其結(jié)構(gòu)所限，使各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)不能同時(shí)達(dá)到優(yōu)選設(shè)計(jì)值，所以這類(lèi)封隔器本身的承載能力低，套管壁上的應(yīng)力分布極不均勻，是造成井下事故的重要原因之一。
其次，現(xiàn)有技術(shù)的扶正器與卡瓦錨的連接結(jié)構(gòu)都采用整體聯(lián)動(dòng)式，這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)如下當(dāng)扶正器的軌道銷(xiāo)釘在J形槽的上死點(diǎn)與下死點(diǎn)之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)卡瓦錨的卡瓦托與其相隨而動(dòng)，因此卡瓦也隨之一起動(dòng)作。由于楔形體的燕尾鍵槽的斜面作用，使卡瓦的設(shè)計(jì)尺寸得不到保證。為了在扶正器上竄時(shí)卡瓦的徑向設(shè)計(jì)尺寸得到保證，唯一的做法是將卡瓦厚度減薄，這樣做的后果是卡瓦容易斷裂或脫落，而且使卡瓦牙面長(zhǎng)度減小。因此必須改造這種扶正器與卡瓦錨的整體聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)。
第三，目前我國(guó)使用的國(guó)內(nèi)各油田以及引進(jìn)的哈里伯頓、貝克、卡莫柯的各種旋轉(zhuǎn)坐封的封隔器，由于它們的J型軌道槽均采用J型盲槽式，其坐封方式均采用傳統(tǒng)的方式，即先將油管柱上提至坐封高度后，也就是使軌道銷(xiāo)釘處于J型槽下死點(diǎn)，然后邊旋轉(zhuǎn)邊下放油管柱，使軌道銷(xiāo)釘?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡成為一種合成運(yùn)動(dòng)，軌道銷(xiāo)釘在合成運(yùn)動(dòng)下被導(dǎo)入J型軌道槽長(zhǎng)軌后進(jìn)行坐封，由于這種軌道槽上死點(diǎn)為盲槽式，在坐封操作上相當(dāng)困難，特別是中原油田的深井操作就更加困難。還因?yàn)檐壍冷N(xiāo)釘合成運(yùn)動(dòng)的軸向有效行程不大于50毫米，在此50毫米軸向下放過(guò)程中，一旦合成運(yùn)動(dòng)不諧調(diào)，就易使軌道銷(xiāo)釘導(dǎo)入J型槽上死點(diǎn)，從而不可能坐封成功，這種情況一旦發(fā)生，唯一的辦法是將油管柱提起，再重復(fù)前述過(guò)程，直到產(chǎn)生坐封。特別是在中原油田深井作業(yè)中，要在如此小的軸向有效行程情況下產(chǎn)生穩(wěn)靠的坐封是難于得到保證的，也即既難確定旋轉(zhuǎn)圈數(shù);又難于保證合適的坐封載荷，有時(shí)甚至無(wú)法坐封。在國(guó)外也有采用J型滑槽式軌道轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的，但很少，這種J型滑槽式，因坐封軌道銷(xiāo)釘處于J型滑槽的短軌道上死點(diǎn)，可使坐封操作的合成運(yùn)動(dòng)分解為分步操作，先旋轉(zhuǎn)再下放，其先決條件是必須使滑面39盡可能地大，滑面角度α盡可能保證在10～15°之間(見(jiàn)附圖7)，否則軌道銷(xiāo)釘容易因油管柱下放速度快而產(chǎn)生蠕動(dòng)及扭曲，從而自動(dòng)滑出滑面39進(jìn)入長(zhǎng)軌道41中，以致產(chǎn)生誤坐(見(jiàn)附圖7)。美國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)3，386，764介紹了一種J型軌道槽，它就是J型滑槽式，但由于其卡瓦錨與扶正器的連接方式是整體聯(lián)動(dòng)式，所以它仍具有該整體聯(lián)動(dòng)式的基本缺點(diǎn)。為了盡可能保證卡瓦厚度(從該說(shuō)明書(shū)附圖中可明顯地看出，其卡瓦厚度已大為減薄)，該發(fā)明已將其J型軌道槽的短軌道槽的軸向移動(dòng)距離L限制到最小值，J型滑槽的滑動(dòng)長(zhǎng)度、滑動(dòng)角度及軌道斜面的43角都處于一種不佳狀態(tài)。為了使軌道槽斜面的43角盡可能小以便保證其自動(dòng)復(fù)位功能，該發(fā)明已將J型軌道槽的短槽下部的形狀作了不理想的修正。此外，這種J型滑槽式封隔器在操作時(shí)還需要有足夠的右旋圈數(shù)，可見(jiàn)其操作的可靠性也是難于得到保證的。
本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的旋轉(zhuǎn)卡瓦式封隔器，特別是提供新型的卡瓦錨結(jié)構(gòu)和卡瓦錨與扶正器的鎖緊分動(dòng)式結(jié)構(gòu)以及改進(jìn)的J型滑槽式軌道槽，以改善套管的受力狀態(tài)，防止卡瓦的斷裂與脫落，同時(shí)提高坐封成功率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。
經(jīng)過(guò)多年的研究，通過(guò)理論上的計(jì)算，按照本發(fā)明最佳實(shí)施方案，上述目的已經(jīng)完全達(dá)到。本發(fā)明提供一種新型結(jié)構(gòu)的卡瓦錨，并將其整體組裝形式改變?yōu)橹鹌M裝形式，以保證卡瓦的主要設(shè)計(jì)參數(shù)同時(shí)達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)值;本發(fā)明還設(shè)計(jì)了新型鎖緊裝置，將扶正器與卡瓦錨的連接結(jié)構(gòu)從整體聯(lián)動(dòng)式改為鎖緊分動(dòng)式，以進(jìn)一步保證卡瓦錨的各重要參數(shù)同時(shí)達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)值;將J型軌道槽改進(jìn)為新型J型滑動(dòng)槽，從而提供了一種改進(jìn)的旋轉(zhuǎn)軌道卡瓦式封隔器。
本發(fā)明封隔器見(jiàn)附

圖1，由封隔密封、卡瓦錨、鎖緊裝置和軌道轉(zhuǎn)向四部分組成。封隔密封部分由上部接頭1、長(zhǎng)膠筒3、7、短膠筒5、隔環(huán)4等組成?？ㄍ咤^部由楔形帽8、楔形體10、卡瓦17、組合卡瓦托14、19、20、21組成。鎖緊裝置由護(hù)罩22、鎖球23(直徑為14毫米)、鎖球套37、四個(gè)擋球套29、中心管鎖球環(huán)槽24組成。軌道換向部分由摩擦塊31、壓縮彈簧32、扶正器30、軌道銷(xiāo)釘34、軌道中心管11組成。
在封隔器下井過(guò)程中，軌道銷(xiāo)釘34處于短軌道位置38，當(dāng)封隔器下至設(shè)計(jì)井深的坐封高度，旋轉(zhuǎn)油管柱1～2圈，使軌道銷(xiāo)釘34自動(dòng)換入長(zhǎng)軌道41，再下放管柱，軌道換向部分沿長(zhǎng)軌道41相對(duì)滑動(dòng)，自動(dòng)釋放緊鎖裝置，使卡瓦錨錨定在管套內(nèi)壁上，再繼續(xù)下放管柱，由于管柱的重量壓縮膠筒3、5、7，從而密封油套環(huán)形空間。本發(fā)明封隔器可用于水力活塞采油、卡堵水、找水、氣舉采油、下氣錨、分層壓裂、分層試油等。本發(fā)明封隔器所用套管內(nèi)徑為118.6～127.3毫米，特別是127.3毫米。
現(xiàn)有技術(shù)卡瓦錨的卡瓦托是整體結(jié)構(gòu)，其裝配順序是將卡瓦全部裝入卡瓦托上的T型槽內(nèi)，并使卡瓦組成的N邊形保持在最小內(nèi)切圓直徑上，然后從軸向方向由上往下將卡瓦全部裝入楔形體的燕尾槽中，這種整體結(jié)構(gòu)使卡瓦的主要設(shè)計(jì)參數(shù)不能同時(shí)達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)值。本發(fā)明從理論上研究了卡瓦的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，其結(jié)果見(jiàn)附圖2，假設(shè)套管外徑為139.7毫米，套管厚度為6.2毫米，坐封載荷為100千牛時(shí)，分別計(jì)算了卡瓦數(shù)N＝3、4、6三種卡瓦錨的卡瓦牙面半徑的變化與套管段圓形上周向應(yīng)力σθ變化的關(guān)系曲線。其中，OD代表外壁應(yīng)力曲線，ID代表內(nèi)壁應(yīng)力曲線。關(guān)于θK可見(jiàn)附圖3，其中θK為卡瓦牙面的半角，α為套管內(nèi)壁的半徑，q為單位卡瓦牙面與套管內(nèi)壁接觸的徑向載荷。從附圖2各曲線對(duì)比可見(jiàn)，N＝3時(shí)周向應(yīng)力最大，而N＝6時(shí)周向應(yīng)力最小，當(dāng)周向應(yīng)力大時(shí)容易將套管擠毀，因此N越大σθ越小，在附圖2情況下以N＝6最能保護(hù)套管不致被擠毀。從內(nèi)外壁應(yīng)力曲線的對(duì)比看來(lái)，在N相等的兩條內(nèi)、外壁應(yīng)力曲線交點(diǎn)的左側(cè)，隨著θK的減小，外壁周向應(yīng)力曲線的斜率逐漸增加;而內(nèi)壁周向應(yīng)力曲線的斜率逐漸減小，因此，內(nèi)、外壁周向應(yīng)力曲線的交點(diǎn)就是θK值的最小臨界值。θK值是套管內(nèi)半徑α、套管外半徑b、套管壁厚δ、卡瓦片數(shù)N的函數(shù)，即θK＝f(a、b、δ、N)，如將上述各函數(shù)值代入θK優(yōu)化公式，就可計(jì)算出相應(yīng)的θK最小值，這時(shí)也就確定了在一定條件下卡瓦牙面的最小寬度。
根據(jù)上述理論，設(shè)計(jì)出一種新型封隔器卡瓦錨，該卡瓦錨主要由楔形帽8，楔形體10、限位螺栓12、緊固螺栓14、卡瓦17、小卡瓦擋塊19、大卡瓦擋塊20、連接環(huán)21八部分組成，見(jiàn)附圖4。附圖4A是卡瓦錨卡瓦部分A-A橫截面圖，附圖4B是卡瓦托連接環(huán)部分的B-B橫截面圖?？ㄍ咤^的主要設(shè)計(jì)值全部滿(mǎn)足了各優(yōu)化設(shè)計(jì)值，主要體現(xiàn)以下幾個(gè)主要方面1、新的卡瓦錨的N片(N＝4-6)卡瓦在裝配前、后所組成的內(nèi)N邊形內(nèi)切圓的直徑φ相同，見(jiàn)附圖4A，從而可保證在一定結(jié)構(gòu)下其厚度達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)值，在使用外徑為139.7毫米套管時(shí)，卡瓦錨的卡瓦厚度的優(yōu)化設(shè)計(jì)值為23毫米。
2、當(dāng)新的卡瓦錨卡瓦的厚度達(dá)到優(yōu)化值和楔形體10的燕尾鍵槽49的斜面在一定結(jié)構(gòu)下為一定值時(shí)，可使卡瓦牙面的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)達(dá)到優(yōu)化值，在使用外徑為139.7毫米套管時(shí)，本發(fā)明卡瓦錨卡瓦牙面長(zhǎng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)值為78-108毫米。
3、既然新的卡瓦錨的N片(N＝4～6)卡瓦在安配前，后所組成的N邊形的內(nèi)切圓直徑φ相同，則在保證卡瓦厚度的同時(shí)也可使N片卡瓦組成的N邊形的邊長(zhǎng)最大，見(jiàn)附圖4A，也就是說(shuō)卡瓦的寬度在一定的結(jié)構(gòu)下達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)值。當(dāng)使用外徑為139.7毫米套管時(shí)，本發(fā)明卡瓦錨卡瓦的寬度的優(yōu)化設(shè)計(jì)值為28～34毫米。
4、當(dāng)用外徑為139.7毫米套管時(shí)，新的卡瓦錨的卡瓦片數(shù)為6片，根據(jù)附圖2的分析可見(jiàn)，隨著卡瓦片數(shù)N的增加，套管壁上的周向應(yīng)力越小和周向應(yīng)力趨于均勻分布，但卡瓦的最小寬度又受到卡瓦牙面半角θK臨界值的限制，因而在一定結(jié)構(gòu)下卡瓦的片數(shù)不可能無(wú)限制地增加，當(dāng)用外徑為139.7毫米套管時(shí)，卡瓦的片數(shù)N＝6為最佳值，當(dāng)用外徑為177.8～219.1毫米套管時(shí)，卡瓦的片數(shù)可達(dá)到8。
表1示出了本發(fā)明封隔器卡瓦錨卡瓦的主要設(shè)計(jì)參數(shù)的實(shí)施例與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品〔SL251-6(勝利油田)、哈里伯頓公司(美國(guó))貝克公司(美國(guó))〕的比較，從其中可見(jiàn)本發(fā)明卡瓦錨的優(yōu)越性。
表1
附圖5示出了本發(fā)明封隔器卡瓦錨在坐封載荷Q＞19.6千牛、套管外徑D為139.7毫米、壁厚δ＝7.72毫米的條件下，與SL251-6(勝利油田)，哈里伯頓公司、貝克公司同類(lèi)產(chǎn)品在套管內(nèi)壁(ID)、套管外壁(OD)的周向應(yīng)力分布σθ的比較，從圖中可見(jiàn)本發(fā)明套管內(nèi)、外壁上的周向應(yīng)力最小和分布最均勻，從而使套管不被卡瓦錨所擠毀。
5、為了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的條件，將整體卡瓦托改為組合卡瓦托，改進(jìn)后的卡瓦托由三塊小卡瓦擋塊19，三塊大卡瓦擋塊20、連接環(huán)21和九個(gè)緊固螺栓14組成(見(jiàn)附圖4、4B)，由一個(gè)大卡瓦擋塊和二個(gè)相鄰的小卡瓦擋塊組成二個(gè)完整的T形槽18、具體尺寸視T形槽與中心軸經(jīng)大小而定。新的卡瓦錨的裝配方式如下先將卡瓦17全部裝入楔形體10的燕尾鍵槽49中，然后從徑向方向?qū)⑷齻€(gè)卡瓦大擋塊20和三個(gè)卡瓦小擋塊19全部裝入由二個(gè)相鄰卡瓦面組成的T型槽18中，再將六個(gè)卡瓦擋塊的徑向定位環(huán)面47全部裝入連接環(huán)21的徑向定位環(huán)形槽中，再將緊固螺栓14穿過(guò)連接環(huán)21的圓孔13與六個(gè)卡瓦擋塊的螺孔50擰緊。
本發(fā)明封隔器的扶正器(見(jiàn)附圖6)由扶正體30、六塊摩擦塊31、36個(gè)壓縮彈簧32、二個(gè)軌道銷(xiāo)釘34、壓帽35組成。本發(fā)明封隔器的鎖緊裝置由護(hù)罩22、擋球套29、四個(gè)鎖球23(直徑為14毫米)，鎖球套37、中心管鎖球環(huán)槽24組成，護(hù)罩22和鎖球套37通過(guò)內(nèi)外螺紋15、16連接為一體，鎖球套37的圓柱面上均勻分布四個(gè)鎖球孔25，鎖球套37下端有一凸緣44可防止擋球套29脫落，擋球套29內(nèi)圓柱面上有一個(gè)鎖球環(huán)槽28，其下端與扶正器連接為一體，中心管11上有一鎖球環(huán)槽24，四個(gè)鎖球23分別裝在鎖球孔25及中心管鎖球環(huán)槽24中。鎖緊裝置的裝配順序如下將鎖球套37裝在中心管11上，并使鎖球套37上的鎖球孔25與鎖球環(huán)槽24對(duì)正后裝上鎖球23，再將擋球套29裝在鎖球套37上。由于鎖球套37上凸綠44的作用使擋球套29不會(huì)脫落，通過(guò)螺紋16將護(hù)罩22與鎖球套37接在一起，螺紋15又將護(hù)罩22與連接環(huán)21連接在一起，螺紋45又將擋球套37與扶正器連接為一體。當(dāng)扶正器的軌道銷(xiāo)釘34在J型軌道槽33短槽的上死點(diǎn)38和下死點(diǎn)40之間移動(dòng)時(shí)(見(jiàn)附圖7)，帶動(dòng)擋球套29與鎖球套37作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其移動(dòng)距離L不足以使擋球套29上的環(huán)槽28與鎖球套37上的鎖緊孔25相吻合。在擋球套29上的圓柱面27的作用下，使鎖球23不能退出中心管11上的鎖球環(huán)槽24，因而鎖球套37不隨扶正器的軸向移動(dòng)而移動(dòng)。由于鎖球套37不解鎖，從而保證組合卡瓦托(14、19、20、21)不隨之而動(dòng)，結(jié)果卡瓦的徑向設(shè)計(jì)尺寸可被保證在一定結(jié)構(gòu)下的最佳值，便卡瓦錨的主要優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)得到進(jìn)一步保證。這種連接卡瓦錨與扶正器的鎖緊分動(dòng)式結(jié)構(gòu)是本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相區(qū)別的重要特征，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)封隔器是整體聯(lián)動(dòng)式結(jié)構(gòu)，沒(méi)有鎖緊裝置這一結(jié)構(gòu)，因此這種結(jié)構(gòu)決定了現(xiàn)有技術(shù)卡瓦錨卡瓦的重要設(shè)計(jì)參數(shù)不能同時(shí)達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)值。當(dāng)本發(fā)明封隔器的油管柱右旋，同時(shí)扶正器的軌道銷(xiāo)釘34滑入J型軌道槽33的長(zhǎng)槽41(見(jiàn)圖7)時(shí)，下放油管柱(見(jiàn)圖7)，由于扶正器的摩擦塊31在壓縮彈簧32的作用下與套管壁之間產(chǎn)生一種摩擦力，阻止扶正器隨油管下放，使擋球套29與鎖球套37產(chǎn)生大幅度相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這時(shí)使擋球套29上的環(huán)槽28與鎖球孔25相吻合成為可能，一旦吻合，鎖球23退出中心管11上的鎖球環(huán)槽24，鎖球套37解鎖，此時(shí)護(hù)罩22的內(nèi)上端面46將阻止擋球套29繼續(xù)上行。由于扶正器摩擦塊31與套管壁之間的摩擦力的作用使中心管11與卡瓦錨產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在楔形體10的作用下使卡瓦撐開(kāi)，達(dá)到坐封的目的。雖然這種鎖緊裝置是常用裝置，但用到封隔器上來(lái)改進(jìn)封隔器性能還是本發(fā)明所首創(chuàng)，鎖緊裝置使卡瓦錨的主要參數(shù)同時(shí)達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)值得到進(jìn)一步保證，并與改進(jìn)的J型滑槽配合起來(lái)，使本發(fā)明封隔器性能達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)要求。
本發(fā)明J槽軌道槽為J型滑槽式(見(jiàn)附圖7)其特征是，在中心管11上開(kāi)有如附圖7所示的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的J型槽，其滑面39的長(zhǎng)度為35毫米，滑面水平夾角α為10～15°，J型軌道斜面42的角度43為30～40°，J型軌道槽的短軌道的上死點(diǎn)38與下死點(diǎn)40的中心距L為52毫米。
滑面39的長(zhǎng)度愈長(zhǎng)愈能有效地防止由于油管下放的速度快而產(chǎn)生蠕動(dòng)和扭曲所造成的中途誤坐封。如滑面水平夾角α過(guò)大，則在坐封操作過(guò)程中右旋管柱時(shí)，對(duì)軌道銷(xiāo)釘34的滑動(dòng)過(guò)程造成過(guò)大的阻力，從而難于實(shí)現(xiàn)該坐封操作過(guò)程，甚至失敗;如滑面水平夾角過(guò)小，則在正常作業(yè)過(guò)程中容易產(chǎn)生中途誤坐。如J型軌道斜面42的角度43過(guò)大，則將軌道銷(xiāo)釘34的自動(dòng)復(fù)位性能破壞;如過(guò)小，又將使滑面39的長(zhǎng)度偏小，在本發(fā)明J型滑槽中將角度43設(shè)在30～40°之間是適宜的。
本發(fā)明通過(guò)優(yōu)選卡瓦錨的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，提供新型卡瓦錨，解決了卡瓦封隔器的卡瓦擠毀套管的關(guān)鍵問(wèn)題，使卡瓦錨在錨定后，改善套管內(nèi)的受力狀態(tài)，達(dá)到提高套管抗擠毀的最大安全坐封載荷的目的，以鋼級(jí)J-55套管為例，可使套管抗擠毀載荷達(dá)到294千牛，而哈里伯頓封隔器為121.4千牛。本發(fā)明卡瓦錨是由逐片組裝卡瓦的形式組裝起來(lái)的，一方面無(wú)需專(zhuān)用裝配工具，一方面使得卡瓦的主要設(shè)計(jì)參數(shù)同時(shí)達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)值。本發(fā)明還在封隔器上首先使用鎖緊裝置，該鎖緊裝置的設(shè)置使卡瓦錨與扶正器的聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)改為鎖緊分動(dòng)式結(jié)構(gòu)，從而使卡瓦的徑向設(shè)計(jì)尺寸可保證在一定結(jié)構(gòu)下的最佳尺寸。本發(fā)明還解決了J型軌道槽的合理設(shè)計(jì)問(wèn)題，不但有效地防止中途誤坐，而且徹底地改變了傳統(tǒng)式的上提油管柱到坐封高度后，邊旋轉(zhuǎn)邊下放進(jìn)行坐封的方式，結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，既能確定正常情況下的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，僅能保證一定的坐封載荷，保證在3500米內(nèi)井深情況下，在地面僅僅旋轉(zhuǎn)1～2圈即可產(chǎn)生穩(wěn)定坐封的效果，這種效果是突出的，從而提高氣，油井作業(yè)質(zhì)量與效率，減輕作業(yè)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。到目前為止，本發(fā)明旋轉(zhuǎn)軌道卡瓦式封隔器已經(jīng)受了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)171井次的考驗(yàn)，都做到在地面僅旋轉(zhuǎn)1～2圈，一次坐封成功，從未發(fā)現(xiàn)卡瓦擠毀套管從而起不出來(lái)的事故，這些試驗(yàn)完全證明本發(fā)明設(shè)計(jì)的合理性、高度靈活性和作業(yè)可靠性。
以上僅說(shuō)明了本發(fā)明的一些實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明思想還可有許多不同的變動(dòng)與改進(jìn)，應(yīng)了解到這些變動(dòng)與改進(jìn)都屬于本發(fā)明權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)軌道卡瓦式封隔器，其特征在于，所說(shuō)的封隔器由封隔密封、卡瓦錨、鎖緊裝置和軌道轉(zhuǎn)向四部分組成，該卡瓦錨的卡瓦17的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如片數(shù)、厚度、寬度和牙面長(zhǎng)度同時(shí)達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)值，該卡瓦錨的卡瓦托是由緊固螺栓14、小卡瓦擋塊19、大卡瓦擋塊20、連接環(huán)21組成的組合結(jié)構(gòu)，該卡瓦錨的組裝形式是逐片組裝，所說(shuō)的鎖緊裝置是將卡瓦錨與扶正器連接起來(lái)的分動(dòng)式結(jié)構(gòu)，所說(shuō)的軌道轉(zhuǎn)向部分是改進(jìn)的J型滑槽式結(jié)構(gòu)。
2.權(quán)利要求1所說(shuō)的旋轉(zhuǎn)軌道卡瓦式封隔器，其特征在于，所說(shuō)的卡瓦錨由楔形帽8、楔形體10、限位螺栓12、緊固螺栓14、卡瓦17、小卡瓦擋塊19、大卡瓦擋塊20、連接環(huán)21所組成，所說(shuō)的卡瓦17的主要設(shè)計(jì)參數(shù)同時(shí)達(dá)到的優(yōu)化設(shè)計(jì)值當(dāng)使用外徑為139.7毫米套管時(shí)分別為卡瓦片數(shù)為6片，卡瓦厚度為23毫米，卡瓦寬度為28-34毫米，卡瓦牙面長(zhǎng)度為78～108毫米。
3.權(quán)利要求1所說(shuō)的旋轉(zhuǎn)軌道卡瓦式封隔器，其特征在于，所說(shuō)的卡瓦錨的組合卡瓦托包括三塊小卡瓦擋塊19和三塊大卡瓦擋塊20，由所說(shuō)的六塊卡瓦擋塊組成一個(gè)完整的圓柱面，由一個(gè)大卡瓦擋塊20和二個(gè)與其相鄰的小卡瓦擋塊19組成二個(gè)完整的T形槽18，所說(shuō)的六個(gè)卡瓦擋塊19、20的徑向定位環(huán)面47全部裝配在連接環(huán)21的徑向定位環(huán)形槽中，由緊固螺栓14將連接環(huán)21與所說(shuō)的六個(gè)卡瓦擋塊的螺孔50擰緊。
4.權(quán)利要求1所說(shuō)的旋轉(zhuǎn)軌道卡瓦式封隔器，其特征在于，所說(shuō)的鎖緊裝置由護(hù)罩22、四個(gè)鎖球23、鎖球套37、擋球套29、中心管11上的鎖球環(huán)槽24所組成，護(hù)罩22和鎖球套37通過(guò)內(nèi)外螺紋15、16連接為一體。鎖球套37的圓柱面上均勻分布四個(gè)鎖球孔25，鎖球套37下端有一凸綠44可防止擋球套脫落，擋球套29內(nèi)圓柱面上有鎖球環(huán)槽28，其下端與扶正器連接為一體。中心管11上有一鎖球環(huán)槽24、四個(gè)鎖球23分別裝在鎖球孔25及中心管鎖球環(huán)槽24中。
5.權(quán)利要求1或4所說(shuō)的旋轉(zhuǎn)軌道卡瓦式封隔器，其特征在于，所說(shuō)的鎖球23的直徑為14毫米。
6.所說(shuō)的J型滑槽式結(jié)構(gòu)是在中心管11上開(kāi)出的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)J型槽，其滑面39的長(zhǎng)度為35毫米，滑面水平夾角為10～15°，J型軌道斜面42的角度43為30～40°，J型軌道槽的上死點(diǎn)38與下死點(diǎn)40的中心距L為52毫米。
全文摘要
本發(fā)明涉及改進(jìn)的油、氣井用旋轉(zhuǎn)軌道卡瓦式封隔器，特別是使用外徑為139.7毫米套管的旋轉(zhuǎn)軌道卡瓦式封隔器。本發(fā)明封隔器由封隔密封、卡瓦錨、鎖緊裝置和軌道轉(zhuǎn)向四部分組成。其特征是卡瓦錨的卡瓦的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如片數(shù)、厚度、寬度、卡瓦牙面長(zhǎng)度同時(shí)達(dá)到優(yōu)選設(shè)計(jì)值；卡瓦托是組合結(jié)構(gòu)；卡瓦錨的組裝形式為逐片組裝而不是整體組裝；提供了新型鎖緊裝置和改進(jìn)的J型滑動(dòng)槽。
文檔編號(hào)E21B33/12GK1031742SQ8710608
公開(kāi)日1989年3月15日 申請(qǐng)日期1987年9月4日 優(yōu)先權(quán)日1987年9月4日
發(fā)明者趙遠(yuǎn)綱, 魯鐵嶺, 傅建偉, 李志義 申請(qǐng)人:中原石油勘探局采油工藝研究所