CN103216199B - 全自动液压卡瓦 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动液压卡瓦，包括卡瓦座及卡瓦体总成，卡瓦座内表面纵向设置有卡瓦座滑动锥面，卡瓦体总成的外圆表面同时设置有卡瓦体滑动锥面；卡瓦座上端分别铰接有一个顶盖，每个顶盖下表面的耳座和夹紧液压缸之间设置有顶环夹，每个顶环夹内圆表面嵌装有一个顶环；卡瓦座上端横向同步轴孔中穿有同步轴，同步轴孔两端的卡瓦座上分别安装有一升降液压缸，两个升降液压缸相对的内侧分别设置有回转板，每个回转板设置有两个插孔，同步轴两端同时穿过回转板的一个插孔；中间卡瓦体上端横向的通孔中设置有两个同样结构的伸缩轴，每个伸缩轴与回转板上的另一个插孔对应插接。本发明的装置能够实现较大的夹持管柱范围，自动化程度高。

Description

全自动液压卡瓦

技术领域

本发明属于钻、修井设备技术领域，涉及一种全自动液压卡瓦。

背景技术

在油气田起下钻和下套管过程中经常采用双吊卡或一吊一卡的作业方式。双吊卡作业，效率低下，劳动强度大，而且还存在单吊环起钻引起严重事故的安全隐患；手动卡瓦重量接近100公斤，需要工人徒手来回搬动，劳动强度极大，从而也影响了工作效率的提高。

现有的气、液动力的卡瓦结构，提高了工作效率，但夹持范围较小，经常需要更换整个动力卡瓦以适应不同直径的管柱；部分动力卡瓦放开管柱时升出钻台面过高而影响其它操作；个别液压卡瓦结构松散，与其他设备的配套性差，所以，这些动力卡瓦的自动化程度普遍都不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种全自动液压卡瓦，解决了现有技术中不能适应各个直径的管柱、配套性差、自动化程度不高的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种全自动液压卡瓦，包括卡瓦座和卡瓦体总成，卡瓦体总成设置为三瓣式结构，卡瓦体总成包括中间卡瓦体、左卡瓦体、右卡瓦体；卡瓦座内表面纵向设置有卡瓦座滑动锥面，中间卡瓦体、左卡瓦体、右卡瓦体的外圆表面同时设置有与卡瓦座相配合的卡瓦体滑动锥面；

卡瓦座上端沿直径对称设置有两个主接耳，该两个主接耳分别铰接有结构一致且轴对称的一个顶盖，每个顶盖下表面设置有一耳座和夹紧液压缸，耳座与半圆环形的顶环夹一端铰接，顶环夹另一端与夹紧液压缸活塞杆端头连接，每个顶环夹内圆表面嵌装有一个半圆环形的顶环；

卡瓦座上端横向开有一同步轴孔，该同步轴孔中穿有同步轴，同步轴孔两端的卡瓦座上分别固定安装有一个升降液压缸，两个升降液压缸相对的内侧分别设置有一回转板，每个回转板设置有两个插孔，同步轴两端同时穿过回转板的一个插孔并穿入两个升降液压缸的固定轴孔中；

中间卡瓦体上端横向开有通孔并在该通孔中滑动设置有两个同样结构的伸缩轴，每个伸缩轴与回转板上的另一个插孔对应插接；每个伸缩轴内端设置有把手，中间卡瓦体中设置有两个与把手对应配套的卡槽。

本发明的有益效果是：通过不同卡瓦体和卡瓦牙的组合能够实现2 3/8”-13 3/8”（或20”）较大的夹持管柱范围；特殊的锥面设计使得卡瓦上升高度很低，不影响钻台面操作；通过电控液系统及远程控制，操作简单安全，自动化程度高；同时实现了手工润滑与自动润滑。

附图说明

图1为本发明的液压卡瓦抱紧管柱状态沿中间卡瓦体2的剖视图；

图2为本发明的液压卡瓦放开管柱状态沿中间卡瓦体2的剖视图；

图3为本发明的液压卡瓦的俯视图；

图4为本发明的液压卡瓦同步轴15处的局部连接示意图；

图5为本发明的液压卡瓦沿伸缩轴11处的局部连接示意图；

图6为本发明的液压卡瓦的三个卡瓦体的俯视连接示意图；

图7为本发明的液压卡瓦的控制机构示意图；

图8为本发明的液压卡瓦的液压控制箱34的内部结构框图。

图中，1.卡瓦座，2.中间卡瓦体，3.左卡瓦体，4.右卡瓦体，5.卡瓦轴，6.卡瓦牙，7.顶盖，8.顶环夹，9.顶环，10.扭簧，11.伸缩轴，12.升降液压缸，13.夹紧液压缸，14.行程阀块，15.同步轴，16.主阀块，17.扭簧二，18.回转板，19.圆锥面接触对，20.耳座，21.卡瓦座滑动锥面，22.卡瓦体滑动锥面，23.PLC，24.润滑油箱，25.润滑阀块，26.执行阀块，27.电磁换向阀，28.溢流阀，29.减压阀，30.手动换向阀，31.同步轴孔，32.顺序阀，33.把手，34.液压控制箱，35.司钻房控制面板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的全自动液压卡瓦的结构是，包括卡瓦座、三个卡瓦体、两瓣顶紧机构及控制机构几部分，顶紧机构中的顶盖上装有可更换规格的顶环夹及规格配套的顶环。卡瓦座和顶盖内分别装有相应的液压缸和集成阀块，分别通过各自的快速接头与液压控制箱34中的对应部件连接；液压控制箱34内设置有顺序阀、电磁换向阀等液压元件以及PLC，最终通过司钻房控制面板35进行远程操作。

图1是顶盖7翻起时的抱紧管柱状态结构示意图，图2是顶盖7翻起时的放开管柱状态结构示意图，图3中的一侧顶盖7呈工作状态，另一侧顶盖7呈翻开状态。

参照图1、图3、图6，本发明的全自动液压卡瓦的具体结构是，包括卡瓦座1和套装在卡瓦座1内腔中的卡瓦体总成，卡瓦体总成设置为三瓣式结构，卡瓦体总成包括中间卡瓦体2、左卡瓦体3、右卡瓦体4，中间卡瓦体2通过一根卡瓦轴5及一个扭簧10与左卡瓦体3连接，同时中间卡瓦体2通过另一根卡瓦轴5及另一个扭簧10与右卡瓦体4连接；中间卡瓦体2、左卡瓦体3、右卡瓦体4的内表面均设置有卡瓦牙6，通过更换不同内径尺寸的（卡瓦牙6）各个卡瓦体（2、3、4）就能够扩大管径夹持的适应范围；卡瓦座1内表面纵向设置有卡瓦座滑动锥面21（简称内锥面，实施例为四个，根据情况可以增加或减少），中间卡瓦体2、左卡瓦体3、右卡瓦体4的外圆表面同时设置有与卡瓦座1相配合的卡瓦体滑动锥面22（简称外锥面，实施例对应设置有四个），卡瓦座滑动锥面21与各个卡瓦体（2、3、4）的卡瓦体滑动锥面22用于滑动过程中的对应配合，形成内外配合的圆锥面接触对19（实施例为4组），该圆锥面接触对19的配合设置使得各个卡瓦体能以最小的上升高度共同完成管柱的放开及夹持；

卡瓦座1上端面沿直径对称设置有两个主接耳，该两个主接耳分别铰接有结构一致且轴对称的一个顶盖7，每个顶盖7下表面设置有一耳座20和夹紧液压缸13，耳座20与半圆环形的顶环夹8一端铰接，顶环夹8另一端与夹紧液压缸13活塞杆端头连接；每个顶环夹8内圆表面嵌装有一个半圆环形的顶环9。工作时每个耳座20作为各自顶环夹8的旋转轴心，通过夹紧液压缸13活塞的伸缩动作，使得顶环夹8和顶环9一起绕旋转轴心进行旋转；顶环夹8和顶环9均可更换不同的型号进行配合安装，适应不同的管柱尺寸。

参照图2、图4，卡瓦座1上端侧面横向开有一同步轴孔31，该同步轴孔31中穿有同步轴15，（图4中没有显示卡瓦座1，也就没有显示同步轴孔31）；同步轴孔31两端的卡瓦座1上分别固定安装有一个升降液压缸12，两个升降液压缸12相对的内侧分别设置有一回转板18，每个回转板18设置有两个插孔，同步轴15两端同时穿过回转板18的一个插孔并穿入两个升降液压缸12的固定轴孔中，三者通过键实现轴向固定，保证两个升降液压缸12输出的回转运动同步性，确保回转板18平稳回转来提起卡瓦体总成，这是同步轴15的作用。（固定轴是属于升降液压缸12内部自带的零件，升降液压缸输出的就是它本身具有的固定轴的旋转运动；回转板18套在该固定轴上，固定轴是一根空心轴，内部再插同步轴15，两者键联接。）。

参照图5、图6，中间卡瓦体2上端侧面横向开有通孔并在该通孔中滑动设置有两个同样结构的伸缩轴11，每个伸缩轴11与回转板18上的另一个插孔对应插接；每个伸缩轴11内端设置有把手33，把手33设置有扭簧二17，中间卡瓦体2中设置有两个与把手33对应配套的卡槽（用于伸缩轴11的定位）。工作时，用手将两个伸缩轴11往外推出分别插入两边的回转板18的插孔中，在扭簧二17压力作用下依靠把手33固定在卡槽内，从而实现卡瓦体总成与升降液压缸12的一体连接。伸缩轴11的作用是，以同步轴15作为支点，升降液压缸12输入动力使回转板18旋转带动伸缩轴11上下移动，即可实现卡瓦体总成相对于卡瓦座1的上提或下放动作。

参照图7、图8，控制机构的结构是，卡瓦座1上固定安装有行程阀块14和主阀块16，主阀块16同时与两个升降液压缸12、两个夹紧液压缸13连通；另外，主阀块16与行程阀块14连通，行程阀块14同时与两个升降液压缸12、两个夹紧液压缸13连通；主阀块16与液压控制箱34通过快速接头连通，液压控制箱34与司钻房控制面板35连接；

液压控制箱34的内部结构是，包括PLC23，PLC23与司钻房控制面板35连接，PLC23一路依次通过电缆与润滑油箱24、手动换向阀30、润滑阀块25连接；PLC23另一路依次通过电缆与顺序阀32、溢流阀28、减压阀29、电磁换向阀27、执行阀块26连接，执行阀块26和润滑阀块25同时与主阀块16连通；

司钻房控制面板35上设置有一个控制卡瓦升降的开关和四盏信号指示灯，四盏信号指示灯分别显示卡瓦体总成的上升、卡瓦体总成的下降、系统低压警告和润滑油量警告。

本发明装置的工作过程是：

1）需悬持管柱时，在司钻房控制面板35处旋动开关至卡瓦下降位置，控制机构中的PLC23对电磁换向阀27发出方向指令，液压站输入液压油，低压阶段由于顺序阀32没有打开，夹紧液压缸13的活塞先推出，带动顶环夹8和顶环9绕固定端的耳座20转动，从而将偏离井口中心距离较大的管柱向井口中心推动，实现管串的居中；随着液压力升高，顺序阀32逐步打开，升降液压缸12启动并输出回转运动，回转板18作一定角度的回转，作用在伸缩轴11上，伸缩轴11带动中间卡瓦体2下降，中间卡瓦体2先后沿卡瓦座锥面21向下移动，并通过卡瓦轴5带动左、右卡瓦体（3、4）一起沿卡瓦座锥面21向下运动，并最终在卡瓦座1和卡瓦体总成之间形成接触对19，在楔形结构的作用下，卡瓦牙6与管柱表面接触，最终将管柱抱紧，同时行程阀块14将抱紧信号传递到控制面板，司钻确定完成操作。

2）放开管柱时，旋动开关至上升位即可，工作过程与悬持时相反，升降液压缸12先于夹紧液压缸13动作，卡瓦牙6与管柱表面先松开，运动方向相反。

3）PLC23通过设定程序对各个润滑部位进行定期润滑，保证三个卡瓦体（2、3、4）与卡瓦座1之间的工作锥面润滑良好。

上述抱紧或放开过程均只需旋动控制面板上的开关即可，其余动作由系统中的PLC23按照设定的程序自动完成，操作简单，自动化程度高。

本发明的全自动液压卡瓦，主要用于油气田起下钻和下套管作业中悬持管柱。卡瓦座和卡瓦体通过锥面接触配合，卡瓦体为三瓣式，通过更换不同尺寸的卡瓦体和卡瓦牙可实现2 3/8”-13 3/8”范围内管柱的悬持；卡瓦座和顶盖上分别装有相应的液压缸和阀块，分别与液压控制箱34连接，最终通过操作司钻房内的控制面板开关来发出指令，实现远程操作。本发明装置结构独特、操作简单、安全可靠、自动化程度高，极大地降低了劳动强度和危险性，提高了工作效率。

Claims (1)

1.一种全自动液压卡瓦，其特征在于：包括卡瓦座(1)和卡瓦体总成，卡瓦体总成设置为三瓣式结构，卡瓦体总成包括中间卡瓦体(2)、左卡瓦体(3)、右卡瓦体(4)；卡瓦座(1)内表面纵向设置有卡瓦座滑动锥面(21)，中间卡瓦体(2)、左卡瓦体(3)、右卡瓦体(4)的外圆表面同时设置有与卡瓦座(1)相配合的卡瓦体滑动锥面(22)；

所述的卡瓦座(1)上端沿直径对称设置有两个主接耳，该两个主接耳分别铰接有结构一致且轴对称的一个顶盖(7)，每个顶盖(7)下表面设置有一耳座(20)和夹紧液压缸(13)，耳座(20)与半圆环形的顶环夹(8)一端铰接，顶环夹(8)另一端与夹紧液压缸(13)活塞杆端头连接，每个顶环夹(8)内圆表面嵌装有一个半圆环形的顶环(9)；

所述的卡瓦座(1)上端横向开有一同步轴孔(31)，该同步轴孔(31)中穿有同步轴(15)，同步轴孔(31)两端的卡瓦座(1)上分别固定安装有一个升降液压缸(12)，两个升降液压缸(12)相对的内侧分别设置有一回转板(18)，每个回转板(18)设置有两个插孔，同步轴(15)两端同时穿过回转板(18)的一个插孔并穿入两个升降液压缸(12)的固定轴孔中；

所述的中间卡瓦体(2)上端横向开有通孔并在该通孔中滑动设置有两个同样结构的伸缩轴(11)，每个伸缩轴(11)与回转板(18)上的另一个插孔对应插接；每个伸缩轴(11)内端设置有把手(33)，中间卡瓦体(2)中设置有两个与把手(33)对应配套的卡槽；所述的中间卡瓦体(2)通过一根卡瓦轴(5)及一个扭簧(10)与左卡瓦体(3)连接，同时，中间卡瓦体(2)通过另一根卡瓦轴(5)及另一个扭簧(10)与右卡瓦体(4)连接；所述的中间卡瓦体(2)、左卡瓦体(3)、右卡瓦体(4)的内表面均设置有卡瓦牙(6)；所述的把手(33)设置有扭簧二(17)；

所述的卡瓦座(1)上固定安装有行程阀块(14)和主阀块(16)，主阀块(16)同时与两个升降液压缸(12)、两个夹紧液压缸(13)连通；另外，主阀块(16)与行程阀块(14)连通，行程阀块(14)同时与两个升降液压缸(12)、两个夹紧液压缸(13)连通；主阀块(16)与液压控制箱(34)连通，液压控制箱(34)与司钻房控制面板(35)连接；

所述的液压控制箱(34)的结构是，包括PLC(23)，PLC(23)与司钻房控制面板(35)连接，PLC(23)一路依次通过电缆与润滑油箱(24)、手动换向阀(30)、润滑阀块(25)连接；PLC(23)另一路依次通过电缆与顺序阀(32)、溢流阀(28)、减压阀(29)、电磁换向阀(27)、执行阀块(26)连接，执行阀块(26)和润滑阀块(25)同时与主阀块(16)连通；

所述的司钻房控制面板(35)上设置有一个控制卡瓦升降的开关和四盏信号指示灯，四盏信号指示灯分别显示卡瓦体总成的上升、卡瓦体总成的下降、系统低压警告和润滑油量警告。