CN105257238A - 楔式锁紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明楔式锁紧装置,用于油田井下液压封隔器的坐封机构锁紧。本装置包括压帽和锁紧管，压帽与楔面筒相连并一同套在锁紧管外，楔面筒的内表面一端是圆锥面，其锥角为3°～25°；在所述的圆锥面、锁紧管和压帽三者所形成的环形空间内，设置一个以上的摩擦块。该装置可以防止封隔器坐封结束液压力消失时坐封加力机构后退，提高了封隔器的密封效果。

Description

楔式锁紧装置

技术领域

本发明涉及石油开采中使用的井下液压封隔器技术领域，特别是涉及一种楔式锁紧装置。

背景技术

在石油开采领域的完井、采油等作业中，经常使用井下封隔器来分隔油层、密封油套环空、悬挂井下管柱等。《油气开采工程师手册》第70页“Y441型封隔器”（何生厚主编，北京：中国石化出版社，2006年4月第1版），公开了一种Y441型液压封隔器，这是一种常见的液压封隔器，其坐封锁紧机构如附图23所示，图中，胶筒161、中心管162、端环163、压帽164、锁紧螺纹套165、锁环166和活塞缸167。其工作原理是：锁紧螺纹套165和锁环166有相互啮合的锯齿形螺纹，且锁环166只能沿锁紧螺纹套165自左向右运动；液压力推动锁紧螺纹套165和端环163左行压缩胶筒161，同时活塞缸167、锁环166和压帽164右行；坐封结束时，锁环166与锁紧螺纹套165的相对位置被锁定。这种锁定结构是井下液压封隔器的通用结构。锁紧螺纹的螺距一般为2mm～3mm，当坐封结束液压力消失时，在胶筒的弹力推动下，锁紧螺纹套165和端环163会向右后退最大2mm～3mm，这严重地影响了胶筒的密封效果。

发明内容

为解决上述技术问题，发明了楔式锁紧装置，用于井下液压封隔器坐封机构锁紧。该装置可以防止封隔器坐封结束液压力消失时坐封加力机构后退，提高了封隔器的密封效果。

本发明采用了如下的技术方案：

楔式锁紧装置,包括压帽和锁紧管，压帽与楔面筒相连或不相连接，楔面筒有一圆锥面，其锥角为3°～25°；在所述的圆锥面、锁紧管和压帽三者所形成的环形空间内，设置一个以上的摩擦块。

优选实施例一，所述的楔面筒的圆锥面的锥角为8°～12°。

优选实施例二，所述的摩擦块是圆球或是楔块。

优选实施例三，在压帽和摩擦块之间还设有弹簧。

优选实施例四，在所述的弹簧和摩擦块之间还设有分瓣爪。

与现有技术相比，本发明的有益效果是，由于设计了摩擦自锁紧机构，防止了封隔器坐封结束液压力消失时坐封加力机构后退，使胶筒密封效果更理想。

附图说明

前面简单地描述了本发明，接下来参考描述本发明的以下具体实施例的图纸进一步、详细地叙述本发明。这些图纸只描述了该发明的一些典型的实施例，因此不能认为是限制本发明的范围。在这些图纸中：

图1是本发明楔式锁紧装置的结构示意图，图的圆锥面为内圆锥孔。

图2是图1中A-A剖面的剖视图。

图3是本发明的一个优选实施例，图中摩擦块为圆球。

图4是本发明的一个优选实施例，图中摩擦块为楔块。

图5是本发明的一个优选实施例，图中摩擦块为带齿的楔块。

图6是本发明的一个优选实施例，图中摩擦块和压帽之间设置了螺旋压缩弹簧。

图7是本发明的一个优选实施例，图中摩擦块和压帽之间设置了碟簧。

图8是本发明的一个优选实施例，图中摩擦块和压帽之间设置了橡胶弹簧。

图9是本发明的一个优选实施例，图中圆球和压帽之间设置了螺旋压缩弹簧。

图10是本发明的一个优选实施例，图中楔块和压帽之间设置了碟簧。

图11是本发明的一个优选实施例，图中带齿的楔块和压帽之间设置了碟簧。

图12是本发明的一个优选实施例，图中圆球和螺旋压缩弹簧之间设置了分瓣爪。

图13是本发明的一个优选实施例，图中楔块和碟簧之间设置了分瓣爪。

图14是本发明的一个优选实施例，图中带齿的楔块和碟簧之间设置了分瓣爪。

图15是分瓣爪的半剖主视图。

图16是分瓣爪的俯视图。

图17是本发明的结构在封隔器设计中的具体应用实施例。

图18是本发明楔式锁紧装置的另一结构示意图，图中的圆锥面为外圆锥。

图19是本发明的一个优选实施例，图18中的摩擦块在本实施例中为楔块。

图20是本发明的一个优选实施例，图18中的摩擦块在本实施例中为带齿的楔块。

图21是本发明的一个优选实施例，图中的压帽与带内圆锥面的楔面筒不相连接。

图22是本发明的一个优选实施例，图中的压帽与带外圆锥面的楔面筒不相连接。

图23是常用液压封隔器的锁紧结构示意图。

具体实施方式

参见图1和图2，楔式锁紧装置,包括压帽2和锁紧管1，压帽2与楔面筒4相连并一同套在锁紧管1外，楔面筒4的内表面有一个圆锥孔，其锥角为3°～25°；在所述的圆锥孔、锁紧管1和压帽2三者所形成的环形空间内，设置一个以上的摩擦块3。

参见图18，楔式锁紧装置,包括压帽2和锁紧管1，压帽2与楔面筒4相连，锁紧管1套在外面，楔面筒4的外表面有一个圆锥面，或叫外圆锥，其锥角为3°～25°；在所述的圆锥面、锁紧管1和压帽2三者所形成的环形空间内，设置一个以上的摩擦块3。

参见图21和图22，根据封隔器的使用条件和具体的结构设计，比如，封隔器安装在井下的斜度不大时，或压帽2与摩擦块3之间设置弹簧时，压帽2与楔面筒4相连也可以不相连接。

圆锥面的锥角是指圆锥的轴截面（经过圆锥的轴的截面）的两条母线之间的夹角，为图1或图18中所示夹角α的二倍，即锥角的角度为2α。所述的楔面筒4的圆锥面的锥角最好为8°～12°。

其工作原理是，在液压力F的推动下，压帽2和楔面筒4一同下行去压缩封隔器的胶筒，当液压力F消失时，在封隔器胶筒的弹性推力下，楔面筒4受到一个后退向上的力；摩擦块3由于重力的作用会一直塞在圆锥面与锁紧管1之间的环空内，因为锥角的角度值处于摩擦自锁角范围内，摩擦块3就会产生自锁紧作用，防止了楔面筒的后退。摩擦块3是因自锁紧作用产生的锁定功能，因此摩擦块3的形状可以是任意形状。

应当说明的是，图1或图18是本发明的一个基本结构，在做具体的工具设计时，还应与工具的结构相结合，如图17所示，压帽2可以与液缸机构结合在一起，可以连接液缸，楔面筒4可以与胶筒的端环结合在一起。

为了便于加工，如图3～图5、图19或图20所示，所述的摩擦块可以是圆球31、楔块41或带齿的楔块51。

楔块41的轴向剖面的外表面与内孔所形成的夹角与所述的楔面筒的圆锥面的半锥角相同。所述的半锥角即为锥角角度的二分之一，也即图1或图18中的α角。

为了增加摩擦力，所述的楔块与锁紧管相接触处的剖面可以设计为齿状，如图5或图20所示。

为了使封隔器能在斜井和水平井中使用，使摩擦块始终能塞在楔面筒和锁紧管的环空中，见图6～图8所示，在压帽2和摩擦块3之间还设有弹簧。所述的弹簧可以是螺旋压缩弹簧61，或是碟簧71，或是橡胶弹簧81。当然，摩擦块可以是圆球、楔块或是带齿状楔块中任意一种，不同的弹簧与不同的摩擦块任意组合，如图9～图11所示。当然，在图18～图20中也可以同样地设置弹簧。

为防止多个摩擦块在下井的过程中集中在一起，使其受力更均匀，如图12～图16所示，在所述的弹簧和摩擦块之间还设有分瓣爪121，分瓣爪的轴向剖面的外表面与内孔所形成的夹角与所述的楔面筒的圆锥面的半锥角相同。

本文所述的实施例仅仅为典型实施例，但不仅限于这些实施例，本领域的技术人员可以在不偏离本发明的精神和启示下做出修改。本文所公开的方案可能存在很多变更、组合和修改，且都在本发明的范围内，因此，保护范围不仅限于上文的说明，而是根据权利要求来定义，保护范围包括权利要求的标的的所有等价物。

Claims (10)

1.楔式锁紧装置,包括压帽（2）和锁紧管（1），其特征在于，压帽（2）与楔面筒（4）相连接或不相连接，楔面筒（4）有一圆锥面，其锥角为3°～25°；在所述的圆锥面、锁紧管（1）和压帽（2）三者所形成的环形空间内，设置一个以上的摩擦块（3）。

2.根据权利要求1所述的楔式锁紧装置，其特征在于，所述的摩擦块是圆球（31）。

3.根据权利要求1所述的楔式锁紧装置，其特征在于，所述的摩擦块是楔块（41），楔块（41）的轴向剖面的外表面与内孔所形成的夹角与所述的楔面筒的圆锥面的半锥角相同。

4.根据权利要求4所述的楔式锁紧装置，其特征在于，所述的楔块（41）的剖面图中与轴线平行的那条边所在的面设为齿状。

5.根据权利要求1～4所述的楔式锁紧装置，其特征在于，所述的楔面筒（4）的圆锥面的锥角为8°～12°。

6.根据权利要求1～4任一权利要求所述的楔式锁紧装置，其特征在于，在压帽（2）和摩擦块（3）之间还设有弹簧。

7.根据权利要求5所述的楔式锁紧装置，其特征在于，在压帽（2）和摩擦块（3）之间还设有弹簧。

8.根据权利要求6所述的楔式锁紧装置，其特征在于，所述的弹簧是螺旋压缩弹簧（61）或是碟簧（71）或是橡胶弹簧（81）。

9.根据权利要求7所述的楔式锁紧装置，其特征在于，所述的弹簧是螺旋压缩弹簧（61）或是碟簧（71）或是橡胶弹簧（81）。

10.根据权利要求8或9所述的楔式锁紧装置，其特征在于，在所述的弹簧和摩擦块之间还设有分瓣爪（121），分瓣爪的轴向剖面的外表面与内孔所形成的夹角与所述的楔面筒的圆锥面的半锥角相同。