CN103114825A - 一种复合材料卡瓦及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合材料卡瓦及其制作方法，其卡瓦包括卡瓦基体（1）和牙齿（2），卡瓦基体（1）上设有牙齿孔（3），牙齿（2）倾斜镶嵌在牙齿孔（3）内，卡瓦基体（1）由复合材料制成，牙齿（2）由硬质陶瓷材料制成；其制作方法包括以下步骤：S1.旋转下模（102）内的抽芯杆（103）；S2.合模；S3.向模腔（104）内填入复合材料；S4.通过平板硫化机加温，并加压；S5.保温保压；S6.旋转抽芯杆（103）；S7.脱模得到卡瓦基体；S8.将牙齿粘接在牙齿孔内。本发明复合材料的卡瓦易钻磨、硬度强度高、耐腐蚀，本发明复合材料卡瓦的制作方法简单，无需进行机加工，可实现连续、快速生产。

Description

一种复合材料卡瓦及其制作方法
技术领域
本发明涉及石油工业领域，更具体地说，涉及一种复合材料卡瓦及其制作方法。
背景技术
油气井开发过程中，在试油、酸化、压裂、采油封堵等情况下，都要将井筒进行封堵或分隔成多个井段进行作业。除了封隔器、水泥塞以外，桥塞是井筒分层或分段封隔的主要手段，卡瓦是桥塞上的重要部件。现有的卡瓦是采用金属材料制造的，具有难钻洗、抗腐蚀性差、不适应在大斜度井及水平井中应用等缺点。并且现有的卡瓦是采用机加工的方式制作的，生产工序复杂，并且浪费原材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种易钻磨、硬度强度高、耐腐蚀的复合材料卡瓦及其制作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种复合材料卡瓦，包括卡瓦基体和牙齿，所述卡瓦基体上设有牙齿孔，所述牙齿倾斜镶嵌在所述牙齿孔内并部分突出所述卡瓦基体顶面，所述卡瓦基体由复合材料制成，所述牙齿由硬质陶瓷材料制成。
在本发明所述的复合材料卡瓦中，所述卡瓦基体的顶面为凸弧面，所述卡瓦基体的底面设有凹弧面和斜底面，所述斜底面与所述凹弧面的轴线的夹角q为0°-30°。
在本发明所述的复合材料卡瓦中，所述卡瓦基体的靠近所述凹弧面的端面为斜端面，所述斜端面与所述凹弧面的轴线的夹角b为90°-100°。
在本发明所述的复合材料卡瓦中，所述凹弧面对应的圆心角为60°-90°。
在本发明所述的复合材料卡瓦中，所述牙齿孔相对于所述凸弧面倾斜设置，所述牙齿孔为圆柱孔，所述牙齿为圆柱块，所述牙齿的底面贴合所述牙齿孔的底面，所述牙齿孔的中心线与所述凸弧面的轴线的夹角a为8°-18°。
在本发明所述的复合材料卡瓦中，所述凸弧面上设有沿轴向分布的两排所述牙齿，每排牙齿的数量为两个或三个，沿径向分布。
在本发明所述的复合材料卡瓦中，所述复合材料为酚醛树脂。
本发明还提供了一种上述的复合材料卡瓦的制作方法，包括以下步骤：
S1，组装模压成型模具，旋转下模内的抽芯杆，使抽芯杆的顶端露出；
S2，合模，抽芯杆的顶端伸入模腔内；
S3，向模腔内填入复合材料；
S4，通过平板硫化机对模具加温至180℃-260℃，并加压至45KN-55KN；
S5，保温保压一段时间，使复合材料固化；
S6，旋转抽芯杆，使其退出模腔；
S7，脱模得到卡瓦基体，卡瓦基体上有牙齿孔；
S8，通过粘接剂将牙齿粘接在牙齿孔内。
在上述复合材料卡瓦的制作方法中，所述步骤S1和步骤S2之间还包括步骤S11，在上模和下模的内表面涂刷脱模剂；所述步骤S7和步骤S8之间还包括步骤S71，清洗卡瓦基体表面的脱模剂。
在上述复合材料卡瓦的制作方法中，所述步骤S8后还包括步骤S9，将镶嵌有牙齿的卡瓦基体加热至100℃-130℃，并保温一段时间。
实施本发明的复合材料卡瓦及其制作方法，具有以下有益效果：
（1），卡瓦基体由复合材料制成，复合材料强度高，不易破碎，易钻屑返排，并且易钻磨、耐腐蚀。
（2），牙齿由硬质陶瓷材料制成，硬度高，牙齿可以抓紧岩层，有利于座封，能满足施工需求。硬质陶瓷材料制成的牙齿镶嵌在由复合材料制成的卡瓦基体内，在保证了卡瓦的强度和硬度的前提下，卡瓦容易钻除。
（3），本发明复合材料卡瓦的制作方法简单，无需进行机加工，可实现连续、快速生产。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明复合材料卡瓦的结构示意图；
图2是本发明复合材料卡瓦的侧视图；
图3是用于制作卡瓦的模具的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2所示，本发明复合材料卡瓦包括卡瓦基体1和牙齿2。在卡瓦基体1上设有牙齿孔3，牙齿2倾斜镶嵌在该牙齿孔3内，并且牙齿2有一部分突出卡瓦基体1的顶面。卡瓦基体1是由复合材料制成的，强度高，不易破碎，易钻屑返排，并且易钻磨、耐腐蚀。本实施中的复合材料为酚醛树脂，但其只是一种优选的实施方式，本发明中的复合材料也可以是热塑性玻璃钢或碳纤维树脂等其它材料。牙齿2由硬质陶瓷材料制成，硬度高，牙齿可以抓紧岩层，有利于座封，能满足施工需求。硬质陶瓷材料制成的牙齿2镶嵌在由复合材料制成的卡瓦基体1内，在保证了卡瓦的强度和硬度的前提下，本发明的复合材料卡瓦容易钻除。
卡瓦基体1的顶面为凸弧面4，卡瓦基体1的底面为设有凹弧面5和斜底面6，斜底面6与凹弧面5的轴线的夹角q为0°-30°。在使用过程中，需要将多个卡瓦组装在一起，由于卡瓦基体1的底面设有凹弧面5，因此在卡瓦工作前，多个卡瓦的凹弧面5可以组成整圆形，结构紧凑，受力均匀，承压大。多个卡瓦组装后，斜底面6组成近似于喇叭形的形状，便于安装在管道外侧，卡瓦工作前，两个相邻的卡瓦在斜底面6的一端是有间隙的，卡瓦工作时，卡瓦的斜底面6一端向管道聚拢，上述间隙消除，箍紧在管道外侧，卡瓦的圆弧面一端张开。卡瓦基体1的靠近凹弧面5的端面为斜端面7，斜端面7与凹弧面5的轴线的夹角b为90°-100°，可以提高支撑强度。
凹弧面5对应的圆心角为60°-90°，当采用四个同样的卡瓦组装时，凹弧面5对应的圆心角为90°，当采用五个同样的卡瓦组装时，凹弧面5对应的圆心角为72°，当采用六个同样的卡瓦组装时，凹弧面5对应的圆心角为60°。
牙齿孔3相对于凸弧面4倾斜设置，牙齿孔3为圆柱孔，相应的牙齿2也为圆柱形，牙齿2的直径为8mm-11mm，高度为6mm-9mm。牙齿2镶嵌在牙齿孔3中后，牙齿2的底面贴合牙齿孔3的底面，牙齿2的顶面的一侧与卡瓦基体1的顶面大致平齐，牙齿2的顶面的另一侧突出于卡瓦基体1的顶面。牙齿孔3的中心线与凸弧面4的轴线的夹角a为8°-18°，可以保证牙齿2的支撑力。凸弧面4上设有两排牙齿2，两排牙齿2是沿轴向分布的，每排牙齿2的数量为两个或三个，每一排的多个牙齿2沿径向均匀分布，保证支撑力和支撑强度。
本发明还提供了一种上述复合材料卡瓦的制作方法，图3为适用于该制作方法的模具，制作方法包括以下步骤：
S1，组装模压成型模具，旋转下模102内的抽芯杆103，使抽芯杆103的顶端105露出。
S2，合模，抽芯杆103的顶端105伸入模腔104内，模腔104用于成型卡瓦基体，抽芯杆103用于在卡瓦基体上形成牙齿孔，由于牙齿孔可能是多个，因此抽芯杆103也可以是多个。为了方便脱模在步骤S2之前还包括步骤S11，在上模101和下模102的内表面涂刷脱模剂。
S3，在下模102的模腔104内填入复合材料，复合材料可以是酚醛树脂等材料。
S4，通过平板硫化机对模具加温至180℃-260℃，并加压至45KN-55KN。优选的温度是260℃，压力是50KN。
S5，保温保压一段时间，使复合材料固化，本实施例中的保温温度为260℃，保温时间为20min-25min。
S6，旋转抽芯杆103，使其退出模腔104。由于卡瓦基体上的牙齿孔是倾斜设置的，抽芯杆103可以旋转，方便进出模腔104。
S7，脱模得到卡瓦基体，卡瓦基体上有牙齿孔。步骤S7后还包括步骤S71，清洗卡瓦基体表面的脱模剂。
S8，通过粘接剂将牙齿粘接在牙齿孔内。本实施例中的粘接剂是酚醛树脂胶，具体的，先在牙齿孔内均匀涂上酚醛树脂胶，然后将牙齿沿孔的方向压到孔的底部。
步骤S8后还可以包括步骤S9，将镶嵌有牙齿的卡瓦基体加热至100℃-130℃，并保温一段时间，本实施例中的保温时间为30min。保温完成后，冷却之后即可得到上述的复合材料卡瓦。
本发明复合材料卡瓦的制作方法简单，无需进行机加工，可实现连续、快速生产。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种复合材料卡瓦，其特征在于，包括卡瓦基体（1）和牙齿（2），所述卡瓦基体（1）上设有牙齿孔（3），所述牙齿（2）倾斜镶嵌在所述牙齿孔（3）内并部分突出所述卡瓦基体（1）顶面，所述卡瓦基体（1）由复合材料制成，所述牙齿（2）由硬质陶瓷材料制成。
2.根据权利要求1所述的复合材料卡瓦，其特征在于，所述卡瓦基体（1）的顶面为凸弧面（4），所述卡瓦基体（1）的底面设有凹弧面（5）和斜底面（6），所述斜底面（6）与所述凹弧面（5）的轴线的夹角q为0°-30°。
3.根据权利要求2所述的复合材料卡瓦，其特征在于，所述卡瓦基体（1）的靠近所述凹弧面（5）的端面为斜端面（7），所述斜端面（7）与所述凹弧面（5）的轴线的夹角b为90°-100°。
4.据权利要求2所述的复合材料卡瓦，其特征在于，所述凹弧面（5）对应的圆心角为60°-90°。
5.据权利要求2所述的复合材料卡瓦，其特征在于，所述牙齿孔（3）相对于所述凸弧面（4）倾斜设置，所述牙齿孔（3）为圆柱孔，所述牙齿（2）为圆柱块，所述牙齿（2）的底面贴合所述牙齿孔（3）的底面，所述牙齿孔（3）的中心线与所述凸弧面（4）的轴线的夹角a为8°-18°。
6.根据权利要求2所述的复合材料卡瓦，其特征在于，所述凸弧面（4）上设有沿轴向分布的两排所述牙齿（2），每排牙齿（2）的数量为两个或三个，沿径向分布。
7.根据权利要求1所述的复合材料卡瓦，其特征在于，所述复合材料为酚醛树脂。
8.一种权利要求1-7任意一项所述的复合材料卡瓦的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，组装模压成型模具，旋转下模（102）内的抽芯杆（103），使抽芯杆（103）的顶端（105）露出；
S2，合模，抽芯杆（103）的顶端（105）伸入模腔（104）内；
S3，向模腔（104）内填入复合材料；
S4，通过平板硫化机加温对模具至180℃-260℃，并加压至45KN-55KN；
S5，保温保压一段时间，使复合材料固化；
S6，旋转抽芯杆（103），使其退出模腔（104）；
S7，脱模得到卡瓦基体，卡瓦基体上有牙齿孔（3）；
S8，通过粘接剂将牙齿粘接在牙齿孔内。
9.根据权利要求8所述的复合材料卡瓦的制作方法，其特征在于，
所述步骤S1和步骤S2之间还包括步骤S11，在上模（101）和下模（102）的内表面涂刷脱模剂；
所述步骤S7和步骤S8之间还包括步骤S71，清洗卡瓦基体表面的脱模剂。
10.根据权利要求8所述的复合材料卡瓦的制作方法，其特征在于，所述步骤S8后还包括步骤S9，将镶嵌有牙齿的卡瓦基体加热至100℃-130℃，并保温一段时间。
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