具有双向锁紧功能的应急抢险卡瓦总成及其抢险系统的制作方法

1.本发明涉及钻井井控应急抢险装备技术领域，更具体的说是涉及一种具有双向锁紧功能的应急抢险卡瓦总成及其抢险系统。


背景技术：

2.在勘探开发钻井作业时，如果出现井涌或井喷，很可能会造成人员伤害或设备损坏等事故，在井喷抢险作业时需重新建立井口，将抢险井控设备安装固定到井口，进行抢险作业。而在完成安装后，抢险井控设备在井口压力作用下，会产生较大的上顶力，这就需要安装在抢险井控设备下部的卡瓦总成与井口套管可靠的锁紧，将抢险井控设备牢牢地与井口套管连接在一起。
3.但是，如果井喷或井涌抢险成功，井口无压力后将导致作用在卡瓦总成上的上顶力消失，在上部抢险井控设备重力的作用下，又会使卡瓦座下移，促使卡瓦松动或打开，这种现象会对后续抢险作业增加不可预见的风险。由于抢险过程中不确定因素较多，为了实现安全施工，抢险时必须使设备在受到两个方向力(上顶力和设备重力)的作用下均处于锁紧受控状态，而现有卡瓦设备只能实现单个方向锁紧。
4.因此，如何提供一种具有双向锁紧功能的应急抢险卡瓦总成及其抢险系统，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种具有双向锁紧功能的应急抢险卡瓦总成及其抢险系统，旨在解决上述技术问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种具有双向锁紧功能的应急抢险卡瓦总成，包括：
8.卡瓦座；所述卡瓦座的内孔侧壁为倒置的锥形斜面；所述卡瓦座顶沿固定连接有卡瓦连接罩，所述卡瓦连接罩的顶面开设有用于井筒套管穿过的第一通过孔；
9.举升板；所述举升板通过伸缩机构连接在所述卡瓦座顶沿，且位于所述卡瓦连接罩内部，所述举升板中部开设有与所述第一通过孔对应的第二通过孔；
10.卡瓦体；所述卡瓦体的数量为多个，且环绕布置在所述卡瓦座的内孔内部；所述卡瓦体顶端通过连杆与所述举升板的下表面铰接，所述卡瓦体的外侧壁具有与所述锥形斜面滑动贴合的卡瓦体外斜面，所述卡瓦体的外侧壁上部具有与所述锥形斜面形成夹角的卡瓦体外楔紧斜面；
11.径向卡接机构；所述径向卡接机构的数量与所述卡瓦体的数量相同，且与多个所述卡瓦体一一对应，并连接在所述卡瓦座的侧壁上；所述径向卡接机构能够穿过所述卡瓦座的侧壁沿其径向方向移动，并顶紧在所述卡瓦体外楔紧斜面上。
12.通过上述技术方案，本发明通过卡瓦座与卡瓦体的锥面配合，以及均布在卡瓦座侧壁上的径向卡接机构，在卡瓦关闭时，卡瓦体在卡瓦座内沿相配合的锥面向下运动，形成
越卡越紧的自紧状态，此状态可以控制上顶力产生的影响；同时，驱动径向卡接机构向井口中心运动，使其顶在卡瓦体的卡瓦体外楔紧斜面上时，形成卡瓦体的另一个锁紧状态，此状态可以控制抢险井控设备重力产生的影响；这样一来，卡瓦就处于双向锁紧的工作状态，能够有效保证安全抢险作业。
13.优选的，在上述一种具有双向锁紧功能的应急抢险卡瓦总成中，所述伸缩机构包括液压缸；所述卡瓦座的顶沿向下轴向开设有多个安装孔，所述液压缸的固定杆固定在所述安装孔内，所述液压缸的活塞杆顶端通过锁紧螺钉与所述举升板紧固连接。液压缸能够带动举升板实现升降动作，以实现锁紧和释放功能，结构简单有效、驱动稳定可靠。
14.优选的，在上述一种具有双向锁紧功能的应急抢险卡瓦总成中，所述径向卡接机构包括丝杆和锁紧楔块；所述卡瓦座的侧壁由外向内径向开设有依次连通的螺纹孔和导向孔；所述丝杆与所述螺纹孔螺纹连接；所述锁紧楔块滑动连接在所述导向孔内，所述锁紧楔块一端与所述丝杆端头转动连接，另一端形成与所述卡瓦体外楔紧斜面抵接的楔形斜面。本发明提供的丝杆和锁紧楔块的配合结构能够将丝杆的转动运动转换成锁紧楔块的直线运动，为了满足拧动力的需求，丝杆远离锁紧楔块的一端具有六角或四角拧动头，能够通过工具进行拧进和拧出操作。
15.优选的，在上述一种具有双向锁紧功能的应急抢险卡瓦总成中，所述丝杆朝向所述锁紧楔块的端头具有t型卡块；所述锁紧楔块朝向所述丝杆的端头具有与所述t型卡块转动连接的t型槽。t型卡块和t型槽的配合既能够满足二者之间的转动连接，又能够防止锁紧楔块脱出。
16.优选的，在上述一种具有双向锁紧功能的应急抢险卡瓦总成中，所述锁紧楔块的横截面为椭圆形或多边形。锁紧楔块外形采用椭圆形或多边形的结构设计，能够避免在旋转丝杆时锁紧楔块也跟着一同旋转；在此，锁紧楔块的外形可以优选矩形结构。
17.优选的，在上述一种具有双向锁紧功能的应急抢险卡瓦总成中，所述举升板底面固定有u型座；所述连杆的一端与所述u型座通过销轴转动连接；所述卡瓦体的顶端具有u型槽，所述连杆的另一端与所述u型槽通过销轴转动连接。u型座和u型槽能够满足连杆两端的铰接连接结构，且易于安装，稳定性强。
18.优选的，在上述一种具有双向锁紧功能的应急抢险卡瓦总成中，所述卡瓦连接罩顶面开设有定位钢圈槽，所述定位钢圈槽同心开设在所述第一通过孔外侧；所述卡瓦连接罩顶面还开设有环绕所述定位钢圈槽布置的多个连接螺栓孔；所述卡瓦连接罩底沿具有径向凸出的法兰盘，所述法兰盘通过连接螺钉与所述卡瓦座顶沿紧固连接。卡瓦连接罩上设置的定位钢圈槽、连接螺栓孔和法兰盘等结构能够便于卡瓦连接罩两端的连接。
19.优选的，在上述一种具有双向锁紧功能的应急抢险卡瓦总成中，所述卡瓦连接罩侧壁开设有多个水雾通道。可以输入清水使井口冷却降温，避免发生火灾等危险。
20.优选的，在上述一种具有双向锁紧功能的应急抢险卡瓦总成中，所述卡瓦体的内侧壁开设有燕尾槽，所述燕尾槽内安装有卡瓦牙；所述卡瓦牙通过限位螺钉紧固在所述卡瓦体上。燕尾槽和限位螺钉能够配合实现对卡瓦牙的限位固定，结构稳定可靠，便于磨损后的拆卸更换。
21.本发明还提供了一种抢险系统，包括抢险井控设备，以及安装在所述抢险井控设备底端的上述的一种具有双向锁紧功能的应急抢险卡瓦总成；所述井筒套管顶端与所述抢
险井控设备连接，且向下依次穿过所述第一通过孔和所述第二通过孔，并卡紧在多个所述卡瓦体之间。
22.通过上述技术方案，本发明提供的抢险系统采用具有双向锁紧功能的应急抢险卡瓦，使抢险井控设备受到的两个方向力，即上顶力和设备重力的影响均处于受控状态，实现了安全抢险作业。
23.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种具有双向锁紧功能的应急抢险卡瓦总成及其抢险系统，具有以下有益效果：
24.1、本发明通过卡瓦座与卡瓦体的锥面配合，以及均布在卡瓦座侧壁上的丝杆和锁紧楔块，在卡瓦关闭时，卡瓦体在卡瓦座内沿相配合的锥面向下运动，形成越卡越紧的自紧状态，此状态可以控制上顶力产生的影响；同时，旋转安装在卡瓦座上的丝杆，带动锁紧楔块向井口中心运动，当锁紧楔块顶在卡瓦体的卡瓦体外楔紧斜面上时，形成卡瓦体的另一个锁紧状态，此状态可以控制抢险井控设备重力产生的影响；这样一来，卡瓦就处于双向锁紧的工作状态，能够有效保证安全抢险作业。
25.2、本发明的锁紧楔块外形采用椭圆形或多边形的结构设计，能够避免在旋转丝杆时锁紧楔块也跟着一同旋转。
26.3、本发明通过锁紧楔块前端带角度的楔形斜面和卡瓦体背面的卡瓦体外楔紧斜面的配合设置，可以保证在锁紧时，锁紧楔块与卡瓦体之间是面与面接触，能够有效提高锁紧能力。
27.4、本发明通过举升板的设置，一方面将多根液压缸的活塞杆连接在一起，另一方面又通过连杆将多组卡瓦体连接在一起，这样能够保证卡瓦体的开关动作同步性。
28.5、本发明通过卡瓦连接罩外圆周上的水雾通道，可以输入清水使井口冷却降温，避免发生火灾等危险。
29.6、本发明提供的抢险系统采用具有双向锁紧功能的应急抢险卡瓦，使抢险井控设备受到的两个方向力，即上顶力和设备重力的影响均处于受控状态，实现了安全抢险作业。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
31.图1附图为本发明提供的卡瓦总成的俯视图；
32.图2附图为图1中a-a的剖面图；
33.图3附图为本发明提供的卡瓦连接罩的剖面图；
34.图4附图为本发明提供的抢险系统的示意图。
35.其中：
36.1-卡瓦座；2-丝杆；3-卡瓦体；4-锁紧楔块；5-卡瓦连接罩；6-楔形斜面；7-卡瓦体外楔紧斜面；8-连杆；9-举升板；10-限位螺钉；11-液压缸；12-卡瓦牙；13-连接螺钉；14-水雾通道；15-定位钢圈槽；16-连接螺栓孔；17-锥形斜面；18-卡瓦体外斜面；19-第一通过孔；20-第二通过孔；21-安装孔；22-锁紧螺钉；23-螺纹孔；24-导向孔；25-井筒套管；26-抢险井
控设备。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.参见附图1至附图2，本发明实施例公开了一种一种具有双向锁紧功能的应急抢险卡瓦总成，包括：
39.卡瓦座1；卡瓦座1的内孔侧壁为倒置的锥形斜面17；卡瓦座1顶沿固定连接有卡瓦连接罩5，卡瓦连接罩5的顶面开设有用于井筒套管25穿过的第一通过孔19；
40.举升板9；举升板9通过伸缩机构连接在卡瓦座1顶沿，且位于卡瓦连接罩5内部，举升板9中部开设有与第一通过孔19对应的第二通过孔20；
41.卡瓦体3；卡瓦体3的数量为多个，且环绕布置在卡瓦座1的内孔内部；卡瓦体3顶端通过连杆8与举升板9的下表面铰接，卡瓦体3的外侧壁具有与锥形斜面17滑动贴合的卡瓦体外斜面18，卡瓦体3的外侧壁上部具有与锥形斜面17形成夹角的卡瓦体外楔紧斜面7；
42.径向卡接机构；径向卡接机构的数量与卡瓦体3的数量相同，且与多个卡瓦体3一一对应，并连接在卡瓦座1的侧壁上；径向卡接机构能够穿过卡瓦座1的侧壁沿其径向方向移动，并顶紧在卡瓦体外楔紧斜面7上。
43.为了进一步优化上述技术方案，伸缩机构包括液压缸11；卡瓦座1的顶沿向下轴向开设有多个安装孔21，液压缸11的固定杆固定在安装孔21内，液压缸11的活塞杆顶端通过锁紧螺钉22与举升板9紧固连接。
44.为了进一步优化上述技术方案，径向卡接机构包括丝杆2和锁紧楔块4；卡瓦座1的侧壁由外向内径向开设有依次连通的螺纹孔23和导向孔24；丝杆2与螺纹孔23螺纹连接；锁紧楔块4滑动连接在导向孔24内，锁紧楔块4一端与丝杆2端头转动连接，另一端形成与卡瓦体外楔紧斜面7抵接的楔形斜面6。
45.为了进一步优化上述技术方案，丝杆2朝向锁紧楔块4的端头具有t型卡块；锁紧楔块4朝向丝杆2的端头具有与t型卡块转动连接的t型槽。
46.为了进一步优化上述技术方案，锁紧楔块4的横截面为椭圆形或多边形。
47.为了进一步优化上述技术方案，举升板9底面固定有u型座；连杆8的一端与u型座通过销轴转动连接；卡瓦体3的顶端具有u型槽，连杆8的另一端与u型槽通过销轴转动连接。
48.参见附图3，卡瓦连接罩5顶面开设有定位钢圈槽15，定位钢圈槽15同心开设在第一通过孔19外侧；卡瓦连接罩5顶面还开设有环绕定位钢圈槽15布置的多个连接螺栓孔16；卡瓦连接罩5底沿具有径向凸出的法兰盘，法兰盘通过连接螺钉13与卡瓦座1顶沿紧固连接。
49.为了进一步优化上述技术方案，卡瓦连接罩5侧壁开设有多个水雾通道14。
50.为了进一步优化上述技术方案，卡瓦体3的内侧壁开设有燕尾槽，燕尾槽内安装有卡瓦牙12；卡瓦牙12通过限位螺钉10紧固在卡瓦体3上。
51.以上进一步优化的技术方案可以在合理情况下进行任意组合，形成不同的实施方
式。
52.本实施例提供的卡瓦总成的一种使用结构为：卡瓦总成安装在抢险井控设备26底端；井筒套管25顶端与抢险井控设备26连接，且向下依次穿过第一通过孔19和第二通过孔20，并卡紧在多个卡瓦体3之间。
53.在卡瓦总成液压关闭时，卡瓦体3在卡瓦座1内沿相配合的锥面向下运动，形成越卡越紧的自紧状态，此状态可以控制上顶力产生的影响；同时，旋转安装在卡瓦座1上的丝杆2，带动锁紧楔块4向井口中心运动，当锁紧楔块4前端的楔形斜面6顶在卡瓦体3背面的卡瓦体外楔紧斜面7上时，形成卡瓦体3的另一个锁紧状态，此状态可以控制抢险井控设备26重力产生的影响；这样一来，卡瓦就处于双向锁紧的工作状态，能够有效保证安全抢险作业。
54.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
55.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。