CN104568405B - 卡瓦强度试验装置及其系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种卡瓦强度试验装置及其系统，一种卡瓦强度试验装置包括：纵长延伸的主体，其具有相对的第一端及第二端；所述主体设有沿其纵长延伸方向将其贯穿的第一通孔，所述第一通孔内用于放入待试卡瓦；能够设于所述第一通孔内的锥体，其用于撑开所述待试卡瓦以锚定所述第一通孔的壁；用于支撑所述待试卡瓦的基座，所述基座能够在所述待试卡瓦在受到下压时防止所述待试卡瓦沿所述主体纵长延伸的方向移动。所述卡瓦强度试验装置还包括压垫，所述压垫能够设于所述第一通孔内且位于所述锥体的上方，其用于承受试验机的压力以下压所述锥体。本申请提供一种卡瓦强度试验装置及其系统能够独立验证桥塞或封隔器的卡瓦强度是否满足要求。

Description

卡瓦强度试验装置及其系统

技术领域

本申请涉及一种室内试验装置，尤其涉及一种在室内试验时用于验证油气井压裂工具用的卡瓦强度试验装置及其系统。

背景技术

目前，在油气井分段压裂、分层开采或带压作业中都要用到桥塞或封隔器等工具。通过使用桥塞进行套管分段压裂可以提高低渗透油气井的采收率。使用桥塞对油管进行封堵，可以在不压井、不放喷状态下起下管柱，使用封隔器可以对油套环空进行封隔，进而实现分层作业，并且保护套管。由于使用桥塞及封隔器可以减少施工工序和作业周期，大大降低作业成本，正在得到越来越广泛的应用。

桥塞或封隔器的整体结构中包括两个主要部分：锚定部分和密封部分。卡瓦是封隔器及桥塞中最主要的锚定部件之一，采油生产工作中如果发生卡瓦失效，封隔器或桥塞将无法正常坐封，还可能因此造成采油事故，所以，在采油工作中，卡瓦的强度是否满足工作要求是重要的生产安全影响因素之一。

现有的试验方法通常是针对桥塞及封隔器工具的整体性能进行试验，进而获知桥塞或封隔器的卡瓦强度是否满足要求，但单独对卡瓦结构的强度试验尚缺乏有效办法，只能依靠桥塞或封隔器的整机试验来判定，而整机试验如果失败会造成桥塞或封隔器的整体报废，造成试验成本的浪费，进而有必要涉及一种试验装置能够独立验证桥塞或封隔器的卡瓦强度是否满足要求。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本申请提供一种卡瓦强度试验装置及其系统，以能够独立验证桥塞或封隔器的卡瓦强度是否满足要求。

本申请所提供的一种卡瓦强度试验装置，包括：

纵长延伸的主体，其具有相对的第一端及第二端；所述主体设有沿其纵长延伸方向将其贯穿的第一通孔，所述第一通孔内用于放入待试卡瓦；

能够设于所述第一通孔内的锥体，其用于撑开所述待试卡瓦以锚定所述第一通孔的壁；

用于支撑所述待试卡瓦的基座，所述基座能够在所述待试卡瓦在受到下压时防止所述待试卡瓦沿所述主体纵长延伸的方向移动。

优选的，所述卡瓦强度试验装置还包括压垫，所述压垫能够设于所述第一通孔内且位于所述锥体的上方，其用于承受试验机的压力以下压所述锥体。

优选的，所述第一端连接有锁紧螺母，所述锁紧螺母具有沿所述主体纵长延伸方向将其贯穿的第二通孔，所述第二通孔用于通过试验机以使试验机下压所述压垫。

优选的，所述第一端设有内螺纹，所述锁紧螺母设有与所述内螺纹相匹配的外螺纹。

优选的，所述锥体设有沿所述主体纵长延伸方向将其贯穿的第三通孔；部分所述压垫能够伸入所述第三通孔内且与所述第三通孔的壁贴合。

优选的，所述卡瓦强度试验装置还包括沿所述主体纵长延伸方向延伸的导向件，所述导向件用于将所述待试卡瓦套设在其外部；部分所述导向件能够伸入所述第三通孔内且与所述第三通孔的壁贴合。

优选的，所述基座设有沿所述主体纵长延伸方向将其贯穿的第四通孔；所述导向件的部分外壁沿径向扩大形成限位件，部分所述导向件能够伸入所述第四通孔至所述限位件停止，所述导向件伸入所述第四通孔的部分能够与所述第一通孔的壁贴合；所述限位件能够承托所述待试卡瓦。

优选的，所述第二端与所述基座为可拆卸连接。

优选的，所述第二端与所述基座为法兰连接；部分所述基座伸入所述第一通孔内，所述基座的伸入所述第一通孔内临近所述第二端的部分与所述第一通孔的壁贴合。

本申请还一种卡瓦强度试验系统，包括：

如上所述的卡瓦强度试验装置；

用于提供试验压力的试验机，其包括能伸入所述卡瓦强度试验装置的第一通孔内的压头，所述压头能够下压所述卡瓦强度试验装置的锥体以使所述锥体撑开待试卡瓦。

通过以上描述，可以看出本申请所提供的卡瓦强度试验装置通过设有所述主体、所述锥体以及所述基座，能够对单个卡瓦进行强度试验，进而能够独立验证桥塞或封隔器的卡瓦强度是否满足要求。同时，本申请所提供的卡瓦强度试验装置在需要再次进行卡瓦锚定试验时，仅需将该卡瓦强度试验装置与待试卡瓦装配好即可实现反复利用，进而能有效的减少试验成本。

附图说明

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一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个实施例所提供的卡瓦强度试验装置进行待试卡瓦的坐封试验结构示意图；

图2是本申请一个实施例所提供的卡瓦强度试验装置进行待试卡瓦的承载试验结构示意图；

图3是本申请一个实施例所提供的卡瓦强度试验装置的锁紧螺母结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参考图1，本申请一种实施方式提供一种卡瓦强度试验装置，包括：纵长延伸的主体1，其具有相对的第一端11及第二端12；所述主体1设有沿其纵长延伸方向将其贯穿的第一通孔13，所述第一通孔13内用于放入待试卡瓦200；能够设于所述第一通孔13内的锥体2，其用于撑开所述待试卡瓦200以锚定所述第一通孔13的壁；用于支撑所述待试卡瓦200的基座3，所述基座3能够在所述待试卡瓦200在受到下压时防止所述待试卡瓦200沿所述主体1纵长延伸的方向移动。

桥塞或封隔器的卡瓦在实际工作中一般有两个过程：一是卡瓦的坐封过程，二是卡瓦的承载过程。进而将所述待试卡瓦200依次进行坐封试验和承载试验即可验证所述待试卡瓦200是否满足强度要求。

使用时，将待试卡瓦200以及所述锥体2依次从所述第一端11放入所述主体1的第一通孔13内，并且，将所述待试卡瓦200置于所述基座3之上。然后，试验机100通过其压头101根据预设定的压力下压所述锥体2，使所述锥体2撑开所述待试卡瓦200直至所述待试卡瓦200接触到所述第一通孔13的壁，所述试验机100继续加压至设计要求的坐封力，使得所述待试卡瓦200的卡瓦牙嵌入所述第一通孔13的壁内，进而完成待试卡瓦200的坐封模拟过程，此后可以移走所述基座3，继续加压，试验机100的所述压头101的压力作用紧靠所述待试卡瓦200的卡瓦牙所承担，进而完成待试卡瓦200的承载试验，进而完成测量所述待试卡瓦200是否满足强度要求，完成待试卡瓦200的强度试验。

通过以上描述，可以看出本实施方式所提供的卡瓦强度试验装置通过设有所述主体1、所述锥体2以及所述基座3，能够对单个卡瓦进行强度试验，进而能够独立验证桥塞或封隔器的卡瓦强度是否满足要求。同时，本实施方式所提供的卡瓦强度试验装置在需要再次进行卡瓦锚定试验时，仅需将该卡瓦强度试验装置与待试卡瓦200装配好即可实现反复利用，进而能有效的减少试验成本。

所述主体1整体呈圆筒状，也可以为管状。所述第一通孔13将其贯穿，同时所述第一通孔13将所述第一端11及所述第二端12连通。所述主体1用于模拟实际情况中供卡瓦锚定的套管或油管，所以，所述主体1的材质由强度试验要求决定，比如在模拟承内压能力为70兆帕(MPa)的套管或油管时，所述主体1的材质应使用类似P110级别的管材支撑，本申请并不以此为限。

所述锥体2用于撑开所述待试卡瓦200，以图1所示为例，所述锥体2整体形状为倒锥台形。所述锥体2在进行强度试验时放入所述第一通孔13内。考虑到卡瓦的种类有多种，不同待试卡瓦200的高度不同，基于此种考虑所述锥体2上方可以设有压垫4，所述压垫4用于承受试验机100的压力以下压所述锥体2。通过设置所述压垫4，使得所述锥体2受到的压力更加均匀，同时，对于不同种类的待试卡瓦200时，仅需更换不同高度的所述压垫4即可进行强度试验，进而所述试验机100、所述主体1、所述锥体2均可以不进行更换，进一步节省试验成本。所述压垫4整体可以为圆柱形，在试验之前可以制作多种不同高度(沿所述主体1纵长延伸方向的长度)的所述压垫4，进而在试验时可以根据所述待试卡瓦200以及锥体2在所述第一通孔13内的高度进而选择所需的所述压垫4。

进一步的，所述锥体2可以设有沿所述主体1纵长延伸方向将其贯穿的第三通孔21；部分所述压垫4可以伸入所述第三通孔21内且与所述第三通孔21的壁贴合。所述锥体2先放入至所述第一通孔13，后续放入的所述压垫4由于保证其自身需要在所述第一通孔13内可以上下滑动，进而所述压垫4的外径略小于所述第一通孔13的直径，通过设置所述压垫4伸入所述第三通孔21的部分与所述第三通孔21的壁贴合，所述压垫4在放入所述第一通孔13后可以通过其伸入所述第三通孔21的部分插入所述锥体2内，进而实现定位，使其自身不易沿周向移动。

在一个实施例中，请参考图1以及图3，所述第一端11可以连接有锁紧螺母5，所述锁紧螺母5具有沿所述主体1纵长延伸方向将其贯穿的第二通孔51，所述第二通孔51用于通过试验机100以使试验机100下压所述压垫4。所述锁紧螺母5如图3所示，所述第二通孔51的直径可以与试验机100的所述压头101的外径相匹配，进而在所述压头101下压过程中为所述压头101的下移起到导向作用。同时，在坐封试验转为承载试验时所述锁紧螺母5可以限制所述压垫4上移，进而防止所述待试卡瓦200回缩，造成试验失败。进一步的，所述第一端11设有内螺纹，所述锁紧螺母5设有与所述内螺纹相匹配的外螺纹。所述锁紧螺母5可以旋紧一定长度直至其下端触碰到所述压垫4为止。以图3所示为例，所述锁紧螺母5的头部为外六方结构，在外六方结构沿周向均匀分布有3个通孔52，通过所述通孔52可以使用专用工具或扳手对所述锁紧螺母5进行旋入旋出操作。所述锁紧螺母5的外壁的靠近其下端部分设有所述外螺纹，进而使得所述锁紧螺母5的下端形成一顶抵凸台，所述顶抵凸台顶在所述压垫4的上端面上。

在一个较佳的实施例中，所述卡瓦强度试验装置还可以包括沿所述主体1纵长延伸方向延伸的导向件6，所述导向件6用于将所述待试卡瓦200套设在其外部；部分所述导向件6能够伸入所述第三通孔21内且与所述第三通孔21的壁贴合。所述导向件6与所述第三通孔21在试验状态下存在互相贴合关系，在未处于试验状态下，所述导向件6未与所述第三通孔21贴合，所以所述导向件6能够与所述第三通孔21贴合。所述导向件6的部分外形与所述第三通孔21的形状相匹配，以能够与所述第三通孔21相贴合。为便于工艺制造，所述第三通孔21可以为圆柱形通孔，所述导向件6的也可以为圆柱形，所述锥体2在放入所述第一通孔13且置于所述待试卡瓦200之上时，所述导向件6的上端即伸入至所述第三通孔21内。考虑到所述锥体2在下压过程中，在所述锥体2撑开所述待试卡瓦200时会发生向一侧偏离的情况，进而导致所述待试卡瓦200周向扩大不均匀，无法得到可靠的强度试验结果，基于此种考虑，设置所述导向件6，在所述锥体2下移过程中，所述锥体2沿所述导向件6进行下移，同时，由于所述待试卡瓦200套设在所述导向件6之外，进而所述锥体2在下移撑开所述待试卡瓦200时不容易发生偏离中心轴的情况，进而使得所述待试卡瓦200能够被均匀撑开。

进一步的，继续参考图1，所述基座3可以设有沿所述主体1纵长延伸方向将其贯穿的第四通孔31；所述导向件6的部分外壁沿径向扩大形成限位件61，部分所述导向件6能够伸入所述第四通孔31至所述限位件61停止，所述导向件6伸入所述第四通孔31的部分能够与所述第四通孔31的壁贴合；所述限位件61能够承托所述待试卡瓦200。通过此种设置，所述导向件6沿周向不会发生移动。同时，所述导向件6的部分外壁与未撑开状态下的所述待试卡瓦200的内壁也可以相互贴合。所述待试卡瓦200套设在所述导向件6之外，所述导向件6插设在所述基座3之上，同时，设置所述导向件6位于所述第一通孔13的中心轴线上，使得所述待试卡瓦200套设在所述导向件6后其轴线与所述第一通孔13的轴线重合，即所述待试卡瓦200的周向距离所述第一通孔13的壁的距离均相等，实现定位，进而在均匀撑开所述待试卡瓦200时其周向可以同时接触到所述第一通孔13的壁。所述导向件6伸入所述第四通孔31的部分与所述基座3可以通过螺纹连接，使其与所述基座3接合更加紧密，在进行试验时由所述第二端12直接插入即可，组装简单快捷。

所述限位件61处为所述导向件6的外壁外径扩大处，其可以为通过将一圆环固定套设(具体可以为焊接)在一圆柱体外获得，也可以直接由一圆柱体进行加工获得，本申请并不以此为限。所述限位件61将所述待试卡瓦200与所述基座3间隔，所述基座3将所述导向件6与所述待试卡瓦200共同支撑。

请参考图1，所述基座3用于承托所述待试卡瓦200，用于避免所述待试卡瓦200在所述试验机100的作用下下移进而无法被撑开。所述第二端12与所述基座3可以为可拆卸连接，进而在使用时，将所述第二端12与所述基座3连接即可。进一步的，所述第二端12与所述基座3可以为法兰连接。部分所述基座3伸入所述第一通孔13内，所述基座3的伸入所述第一通孔13内临近所述第二端12的部分32与所述第一通孔13的壁贴合。所述第二端12可以设有外螺纹，并通过该外螺纹连接有丝扣法兰7(也可以为法兰盘)，并通过所述丝扣法兰7与所述基座3进行法兰连接。所述基座3的周向设有与所述丝扣连接的螺栓孔，所述螺栓孔具体数量可以采用6个，本申请并不以此为限。同时，在所述螺栓孔的基础上，所述基座3的下端面设有沉孔，进而通过连接螺栓71将所述基座3与所述丝扣法兰7连接时，所述连接螺栓71的头部可以旋入所述沉孔内，避免所述连接螺栓71的头部突出所述基座3的下端面。所述基座3与所述第一通孔13的贴合部分32沿所述主体1纵长延伸方向的长度可以为3毫米左右，通过设置该贴合部分32所述基座3伸入所述第一通孔13部分能够实现定位居中。

进一步的，所述基座3在设有所述第四通孔31的基础上可以插设有所述导向件6，通过此种设置，在进行如图2所示的承载试验时，可以将所述基座3与所述导向件6进行拆卸，进而有利于所述待试卡瓦200承载试验的顺利进行。

本申请的一种实施方式还提供一种卡瓦强度试验系统，包括：如上所述的卡瓦强度试验装置；用于提供试验压力的试验机100，其包括能伸入所述卡瓦强度试验装置的第一通孔13内的压头101，所述压头101能够下压所述卡瓦强度试验装置的锥体2以使所述锥体2撑开待试卡瓦200。

所述试验机100可以采用液压万能试验机100，其包括所述压头101。所述压头101整体为一圆柱体，其能够下压所述锥体2。所述压头101的外径可以与所述锁紧螺母5的所述第一通孔13的直径相等。在进行下压试验时，所述压头101的下端面可以先作用与所述压垫4上，通过所述压垫4将压力传递给所述锥体2。

下面将图1、图2接合起来详细描述所述卡瓦强度试验系统的对于待试卡瓦200的强度试验过程。

如图1所示，先进行待试卡瓦200的坐封试验，首先将所述待试卡瓦200、所述基座3、所述导向件6、所述压垫4、所述锁紧螺母5按照图1所示安装，旋紧所述锁紧螺母5，使得所述锁紧螺母5压紧所述压垫4，进而所述第一通孔13内的各个试验元件。利用试验机100的压头101穿过所述第二通孔51下压所述压垫4，驱使所述锥体2下移，使所述待试卡瓦200被撑开，进而使得所述待试卡瓦200向所述第一通孔13的壁移动。待所述待试卡瓦200接触到所述第一通孔13的壁后，继续加压至设计要求的坐封压力，使得所述待试卡瓦200的卡瓦牙如图2所示嵌入所述第一通孔13的壁内。此时所述压垫4因下移会与所述锁紧螺母5的下端产生一定的距离，所以需要通过工具将所述锁紧螺母5旋入，使得所述锁紧螺母5继续压紧所述压垫4，将所述待试卡瓦200的坐封锚定状态锁定，进而完成所述待试卡瓦200的坐封试验。

如图2所示，再进行待试卡瓦200的承载试验，所述锁紧螺母5将所述待试卡瓦200的坐封锚定状态锁定后将所述基座3及所述导向件6拆下，然后，通过所述试验机100的压头101对所述压垫4继续施加压力，所述锥体2继续下移，此时由于基座3已被拆卸，所以所述压头101施加的向下的压力紧靠所述待试卡瓦200嵌入所述第一通孔13内的部分卡瓦牙承担，继续施加至设计要求的承载压力，完成所述待试卡瓦200的承载试验。

在完成所述坐封试验以及所述承载试验后，使用专用工具或者扳手，将试验过的待试卡瓦200、所述锥体2、所述锁紧螺母5等元件从所述第一通孔13内拆除即可。当需要再次进行卡瓦的强度试验时，仅需要重新装配好所述卡瓦强度试验继续即可，进而本实施方式所提供的所述卡瓦强度试验系统可被反复使用。如果需要进行其他外形的卡瓦的强度试验时，仅需要更换合适的压垫4及所述导向件6即可。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种卡瓦强度试验装置，其特征在于，包括：

纵长延伸的主体，其具有相对的第一端及第二端；所述主体设有沿其纵长延伸方向将其贯穿的第一通孔，所述第一通孔内用于放入待试卡瓦；

能够设于所述第一通孔内的锥体，其用于撑开所述待试卡瓦以锚定所述第一通孔的壁；

用于支撑所述待试卡瓦的基座，所述基座能够在所述待试卡瓦在受到下压时防止所述待试卡瓦沿所述主体纵长延伸的方向移动；

所述卡瓦强度试验装置还包括压垫，所述压垫能够设于所述第一通孔内且位于所述锥体的上方，其用于承受试验机的压力以下压所述锥体；

所述第一端连接有锁紧螺母，所述锁紧螺母具有沿所述主体纵长延伸方向将其贯穿的第二通孔，所述第二通孔用于通过试验机以使试验机下压所述压垫；

所述锥体设有沿所述主体纵长延伸方向将其贯穿的第三通孔；部分所述压垫能够伸入所述第三通孔内且与所述第三通孔的壁贴合。

2.如权利要求1所述的卡瓦强度试验装置，其特征在于：所述第一端设有内螺纹，所述锁紧螺母设有与所述内螺纹相匹配的外螺纹。

3.如权利要求2所述的卡瓦强度试验装置，其特征在于：所述卡瓦强度试验装置还包括沿所述主体纵长延伸方向延伸的导向件，所述导向件用于将所述待试卡瓦套设在其外部；部分所述导向件能够伸入所述第三通孔内且与所述第三通孔的壁贴合。

4.如权利要求3所述的卡瓦强度试验装置，其特征在于：所述基座设有沿所述主体纵长延伸方向将其贯穿的第四通孔；所述导向件的部分外壁沿径向扩大形成限位件，部分所述导向件能够伸入所述第四通孔至所述限位件停止，所述导向件伸入所述第四通孔的部分能够与所述第一通孔的壁贴合；所述限位件能够承托所述待试卡瓦。

5.如权利要求1至4任意一项所述的卡瓦强度试验装置，其特征在于：所述第二端与所述基座为可拆卸连接。

6.如权利要求5所述的卡瓦强度试验装置，其特征在于：所述第二端与所述基座为法兰连接；部分所述基座伸入所述第一通孔内，所述基座的伸入所述第一通孔内临近所述第二端的部分与所述第一通孔的壁贴合。

7.一种卡瓦强度试验系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至6任意一项所述的卡瓦强度试验装置；

用于提供试验压力的试验机，其包括能伸入所述卡瓦强度试验装置的第一通孔内的压头，所述压头能够下压所述卡瓦强度试验装置的锥体以使所述锥体撑开待试卡瓦。