CN114382436A - 卡瓦机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种卡瓦机构，用于将桥塞锚定在套管内壁，卡瓦机构包括：卡瓦结构，卡瓦结构可移动地设置在套管内，以与套管的内壁锚定连接，其中，卡瓦结构的一端设有楔形孔；椎体，椎体可移动地配合在楔形孔内，以推动卡瓦结构锚定在套管内壁；限位结构，限位结构设置在卡瓦结构远离椎体的一端，以推动卡瓦结构相对椎体移动；连接结构，连接结构设置在限位结构上，以使卡瓦结构通过连接结构与限位结构连接；其中，连接结构上设有第一连接部和第二连接部，第一连接部和第二连接部分别与卡瓦结构上的不同位置连接。本发明的卡瓦机构解决了现有技术中的卡瓦机构受力不均匀及承载能力不足的问题。

Description

卡瓦机构

技术领域

本发明涉及油田开采技术领域，具体而言，涉及一种卡瓦机构。

背景技术

水平井分段压裂技术是页岩气藏储层改造、有效提高单井产量的核心技术手段；而可溶桥塞是一种新型的页岩气压裂用分层分段改造工具，其利用在相应矿化度液体中能够溶解的新型镁铝合金材料，使得其在完成坐封后能够随着时间的推移，桥塞本体和胶筒等自行溶解，可实现套管全通径生产，具有综合成本低、投产时间短、降低作业风险以及可实现二次改造的优点。此外，随着页岩气井的水平段不断加长、压裂施工工艺中加沙量不断增加、施工排量与施工压力不断提高，这些因素造成了在分段压裂施工过程中，套管出现变形以及径缩的情况日益增多。一旦出现变形或缩径，目前常规的可溶桥塞因尺寸的限制，无法正常下入，即使下入后，也极易出现遇卡、提前坐封等复杂情况，从而对小尺寸可溶桥塞的需求逐渐增加。

可溶桥塞是通过卡瓦组件的不断扩张运动，进而与套管内壁之间形成紧密接触并完成可溶桥塞的锚定工作。但对于小尺寸可溶桥塞而言，由于整体尺寸的减小，其所涉及的管体、卡瓦等部件的尺寸和厚度也随之减小。而随着可溶桥塞尺寸的减小，井筒直径不变，则桥塞与井筒之间的坐封环空显著增大。同时，镁铝合金较常规金属材料的硬度强度较低，对可溶桥塞的承压能力有极大限制，因此，采用传统桥塞结构的现有小尺寸可溶桥塞始终存在性能瓶颈，对小尺寸可溶性桥塞的结构提出了更高的要求，尤其是用于大环空坐封的卡瓦组件，其在坐封时的受力均匀程度、承压能力以及锚定稳定性有待进一步的提升。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种卡瓦机构，以解决现有技术中的卡瓦机构受力不均匀及承载能力不足的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种卡瓦机构，用于将桥塞锚定在套管内壁，卡瓦机构包括：卡瓦结构，卡瓦结构可移动地设置在套管内，以与套管的内壁锚定连接，其中，卡瓦结构的一端设有楔形孔；椎体，椎体可移动地配合在楔形孔内，以推动卡瓦结构锚定在套管内壁；限位结构，限位结构设置在卡瓦结构远离椎体的一端，以推动卡瓦结构相对椎体移动；连接结构，连接结构设置在限位结构上，以使卡瓦结构通过连接结构与限位结构连接；其中，连接结构上设有第一连接部和第二连接部，第一连接部和第二连接部分别与卡瓦结构上的不同位置连接。进一步地，第一连接部为第一连接面，第二连接部为第二连接面，第一连接面与第二连接面不共面。

进一步地，卡瓦机构还包括：定位组件，定位组件分别与连接结构和限位结构连接，以将连接结构定位在限位结构上。

进一步地，连接结构上设有第一连接槽，限位结构上设有第二连接槽，连接结构与限位结构连接时，第一连接槽和第二连接槽相对设置以围成连接孔，定位组件包括：紧定螺钉，紧定螺钉插设在连接孔内，以将连接结构定位在限位结构上。

进一步地，卡瓦结构上设有限位凸起，连接结构上设有导向槽，限位凸起可移动地插设在导向槽内，以沿导向槽的导向方向与套管的内壁贴合。

进一步地，卡瓦结构包括：多个卡瓦体，多个卡瓦体之间依次连接以围成环形结构，环形结构的内侧设有楔形孔。

进一步地，卡瓦结构还包括：连接组件，连接组件分别与各个卡瓦体连接，以对各个卡瓦体进行限位。

进一步地，连接组件设置在卡瓦结构的一端，卡瓦结构远离连接组件的一端还设有弹性箍，弹性箍套设在卡瓦结构的外侧。

进一步地，卡瓦结构上设有安装槽，安装槽环绕卡瓦结构的外侧设置，弹性箍套设在安装槽内。

进一步地，多个卡瓦体之间可移动地设置，以沿套管的径向方向移动。

进一步地，卡瓦体的外侧设有多个锚定齿，多个锚定齿间隔地设置在卡瓦体上。

应用本发明的技术方案的卡瓦机构能够解决现有技术中限位结构推动卡瓦结构移动时，造成的卡瓦结构端部变形问题，尤其对于小尺寸的可溶桥塞尤为重要，具体的，限位结构和椎体分别设置在卡瓦结构的两端，限位结构与卡瓦结构的端部抵接，椎体的斜面插设在卡瓦结构的楔形孔内并与楔形孔紧贴配合，为了防止限位结构在推动卡瓦结构时造成卡瓦结构端面向内收缩变形的问题，在限位结构和卡瓦结构连接的位置设置了连接结构，用于增大限位结构与卡瓦结构的接触面积，通过增大连接的面积分散受力，从而防止局部受力过大导致变形的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的卡瓦机构在没有与套管连接时的示意图；

图2示出了本发明的卡瓦机构在与套管连接时的示意图；

图3示出了本发明的卡瓦机构的卡瓦结构实施例的示意图；

图4示出了本发明的卡瓦机构的连接结构实施例的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、套管；20、卡瓦结构；21、楔形孔；22、限位凸起；23、卡瓦体；231、锚定齿；24、连接组件；25、弹性箍；26、安装槽；30、椎体；40、限位结构；50、连接结构；51、第一连接槽；52、导向槽；53、第一连接部；54、第二连接部；60、定位组件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了解决现有技术中的卡瓦机构受力不均匀及承载能力不足的问题，本发明提供了一种卡瓦机构。

请参考图1至图4，一种卡瓦机构，用于将桥塞锚定在套管内壁，卡瓦机构包括：卡瓦结构20，卡瓦结构20可移动地设置在套管10内，以与套管10的内壁锚定连接，其中，卡瓦结构20的一端设有楔形孔21；椎体30，椎体30可移动地配合在楔形孔21内，以推动卡瓦结构20锚定在套管内壁；限位结构40，限位结构40设置在卡瓦结构20远离椎体30的一端，以推动卡瓦结构20相对椎体30移动；连接结构50，连接结构50设置在限位结构40上，以使卡瓦结构20通过连接结构50与限位结构40连接；其中，连接结构50上设有第一连接部53和第二连接部54，第一连接部53和第二连接部54分别与卡瓦结构20上的不同位置连接。

本发明提供了一种卡瓦机构能够解决现有技术中限位结构40推动卡瓦结构20移动时，造成的卡瓦结构20端部变形问题，尤其对于小尺寸的可溶桥塞尤为重要，具体的，限位结构40和椎体30分别设置在卡瓦结构20的两端，限位结构40与卡瓦结构20的端部抵接，椎体30的斜面插设在卡瓦结构20的楔形孔21内并与楔形孔21紧贴配合，为了防止限位结构40在推动卡瓦结构20时造成卡瓦结构20端面向内收缩变形的问题，在限位结构40和卡瓦结构20连接的位置设置了连接结构50，用于增大限位结构40与卡瓦结构20的接触面积，通过增大连接的面积分散受力，从而防止局部受力过大导致变形的问题。

此外，本发明的连接结构50为多个，多个连接结构50与多个卡瓦体23一一对应地设置，以分别将各个卡瓦体23与限位结构40进行连接。

第一连接部53为第一连接面，第二连接部54为第二连接面，第一连接面与第二连接面不共面。

如图1和图2所示，本实施例中的连接结构50上设有一个台阶，其中第一连接面与卡瓦机构上的一个面接触，第二连接面与卡瓦结构20的限位凸起22接触，通过分散卡瓦结构20和连接结构50的接触部位来分散受力，加强卡瓦结构20的整体强度，防止变形。

卡瓦机构还包括：定位组件60，定位组件60分别与连接结构50和限位结构40连接，以将连接结构50定位在限位结构40上。连接结构50上设有第一连接槽51，限位结构40上设有第二连接槽，连接结构50与限位结构40连接时，第一连接槽51和第二连接槽相对设置以围成连接孔，定位组件60包括：紧定螺钉，紧定螺钉插设在连接孔内，以将连接结构50定位在限位结构40上。

如图1和图4所示，本实施例中的连接结构50通过定位组件60与限位结构40连接，具体连接方式是通过一个紧定螺钉来连接，在限位结构40靠近连接结构50的一侧设有第二连接槽，同时在连接结构50靠近限位结构40的一侧设有第一连接槽51，第一连接槽51和第二连接槽均为半弧形带有螺纹的槽，以在连接结构50和限位结构40结合后形成螺纹孔，紧定螺钉插设在螺纹孔内从而初步定位限位结构40和连接结构50的位置，本申请中每个卡瓦体23上均设有第一连接槽51，同时在与限位结构40与第一连接槽51相对位置上设置相应的多个第二连接槽。

卡瓦结构20上设有限位凸起22，连接结构50上设有导向槽52，限位凸起22可移动地插设在导向槽52内，以沿导向槽52的导向方向与套管10的内壁贴合。

如图1和图2所示，本实施例中为了使卡瓦结构20在扩张移动时能够安装预定的路线进行扩张同时便于卡瓦结构20和连接结构50进行连接，在卡瓦结构20的各个卡瓦体23上设置了限位凸起22，同时在连接结构50上设置了导向槽52，导向槽52沿着套管10的径向方向延伸，以使限位凸起22沿着导向槽52的延伸方向进行移动扩张。

卡瓦结构20包括：多个卡瓦体23，多个卡瓦体23之间依次连接以围成环形结构，所述环形结构的内侧设有楔形孔21。

如图3所示，本实施例中的卡瓦结构20分为多个卡瓦体23，多个卡瓦体23依次围成一个环形结构，环形结构内侧靠近椎体30的一端为楔形孔21，楔形孔21成喇叭状，椎体30插设在楔形孔21内以推动多个卡瓦体23向外扩张。

卡瓦结构20还包括：连接组件24，连接组件24分别与各个卡瓦体23连接，以对各个卡瓦体23进行限位。连接组件24设置在卡瓦结构20的一端，卡瓦结构20远离连接组件24的一端还设有弹性箍25，弹性箍25套设在卡瓦结构20的外侧。

如图3所示，本实施例中的连接组件24与卡瓦结构20的内壁一体成型地设置，连接组件24为设置了卡瓦结构20内侧的一层连接体，该连接体在两个卡瓦体23之间的部分强度较弱，以在卡瓦组件受力膨胀时断开，使卡瓦体23沿套管10的径向方向移动。卡瓦结构20上设有安装槽26，安装槽26环绕卡瓦结构20的外侧设置，弹性箍25套设在安装槽26内。多个卡瓦体23之间可移动地设置，以沿套管10的径向方向移动。

此外，在卡瓦结构20远离限位凸起22的一端还设有一圈安装槽26，弹性箍25套设在安装槽26内，从而对卡瓦结构20进行初步定位，并且能够使各个卡瓦体23在扩张的同时均匀受力。

卡瓦体23的外侧设有多个锚定齿231，多个锚定齿231间隔地设置在卡瓦体23上。

如图3所示，每个卡瓦体23的外侧设有四个锚定齿231，以用于与套管10的内壁进行连接固定。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

卡瓦机构在初始状态下，卡瓦结构20的每个卡瓦体23之间通过连接组件24连接的整体式结构；且通过弹性箍25提供给卡瓦结构20一定的预紧力的作用，确保卡瓦体23不会发生轴向窜动；每个卡瓦体23外圆镶嵌四颗锚定齿231，其内锥面分别与锥体的锥面配合；其下端的限位凸台分别嵌入连接结构50的导向槽52内，而连接结构50分别安装在限位结构40圆周均布的六个燕尾形限位槽内，通过在连接结构50与限位结构40外圆两个合并的半圆螺纹孔内安装紧定螺钉，以固定连接结构50的初始位置。

当桥塞在井下坐封时，限位结构40受到轴向载荷推动卡瓦结构20沿轴向移动，而卡瓦结构20在轴向移动的同时，沿锥体的锥面产生径向不断扩张；当达到一定的坐封轴向载荷时，卡瓦体23之间的连接体会疲劳断裂，弹性箍25开始扩径变形，而卡瓦体23下端的限位凸台随之滑动至连接结构50导向槽52的极限位置；在此过程中，卡瓦结构20受轴向载荷作用，连接体发生断裂，整体式的卡瓦结构20开始解体成单一的每个卡瓦体23，卡瓦体23的轴向移动和径向扩张需要通过弹性箍25和限位凸台在连接结构50导向槽52的限位来确保其轴向受力均匀和扩张的一致性。

随着轴向进一步加载，卡瓦体23因受到连接结构50导向槽52的限位，从而需要通过卡瓦体23下端的限位凸台传递径向力，提供给连接结构50以径向滑动驱动力，当驱动力达到一定程度，连接结构50与限位结构40连接的紧定螺钉的螺纹发生剪切，释放紧定螺钉的固定，实现卡瓦体23进一步的径向扩张，直至其紧密贴合套管10壁，锚定齿231嵌入套管10壁，最终实现坐封锚定。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种卡瓦机构，用于将桥塞锚定在套管(10)内壁，其特征在于，所述卡瓦机构包括：

卡瓦结构(20)，所述卡瓦结构(20)可移动地设置在所述套管(10)内，以与所述套管(10)的内壁锚定连接，其中，所述卡瓦结构(20)的一端设有楔形孔(21)；

椎体(30)，所述椎体(30)可移动地配合在所述楔形孔(21)内，以推动所述卡瓦结构(20)与所述套管(10)连接；

限位结构(40)，所述限位结构(40)设置在所述卡瓦结构(20)远离所述椎体(30)的一端，以推动所述卡瓦结构(20)相对所述椎体(30)移动；

连接结构(50)，所述连接结构(50)设置在所述限位结构(40)上，以使卡瓦结构(20)通过所述连接结构(50)与所述限位结构(40)连接；

其中，所述连接结构(50)上设有第一连接部(53)和第二连接部(54)，所述第一连接部和所述第二连接部分别与所述卡瓦结构(20)上的不同位置连接。

2.根据权利要求1所述的卡瓦机构，其特征在于，所述第一连接部(53)为第一连接面，所述第二连接部(54)为第二连接面，所述第一连接面与所述第二连接面不共面。

3.根据权利要求1所述的卡瓦机构，其特征在于，所述卡瓦机构还包括：

定位组件(60)，所述定位组件(60)分别与所述连接结构(50)和所述限位结构(40)连接，以将所述连接结构(50)定位在所述限位结构(40)上。

4.根据权利要求3所述的卡瓦机构，其特征在于，所述连接结构(50)上设有第一连接槽(51)，所述限位结构(40)上设有第二连接槽，所述连接结构(50)与所述限位结构(40)连接时，所述第一连接槽(51)和所述第二连接槽相对设置以围成连接孔，所述定位组件(60)包括：

紧定螺钉，所述紧定螺钉插设在所述连接孔内，以将所述连接结构(50)定位在所述限位结构(40)上。

5.根据权利要求1所述的卡瓦机构，其特征在于，所述卡瓦结构(20)上设有限位凸起(22)，所述连接结构(50)上设有导向槽(52)，所述限位凸起(22)可移动地插设在所述导向槽(52)内，以沿所述导向槽(52)的导向方向与所述套管(10)的内壁贴合。

6.根据权利要求1所述的卡瓦机构，其特征在于，所述卡瓦结构(20)包括：

多个卡瓦体(23)，多个所述卡瓦体(23)之间依次连接以围成环形结构，所述环形结构的内侧设有楔形孔(21)。

7.根据权利要求6所述的卡瓦机构，其特征在于，所述卡瓦结构(20)还包括：

连接组件(24)，所述连接组件(24)分别与各个所述卡瓦体(23)连接，以对各个所述卡瓦体(23)进行限位。

8.根据权利要求7所述的卡瓦机构，其特征在于，所述连接组件(24)设置在所述卡瓦结构(20)的一端，所述卡瓦结构(20)远离所述连接组件(24)的一端还设有弹性箍(25)，所述弹性箍(25)套设在所述卡瓦结构(20)的外侧。

9.根据权利要求8所述的卡瓦机构，其特征在于，所述卡瓦结构(20)上设有安装槽(26)，所述安装槽(26)环绕所述卡瓦结构(20)的外侧设置，所述弹性箍(25)套设在所述安装槽(26)内。

10.根据权利要求6所述的卡瓦机构，其特征在于，多个所述卡瓦体(23)之间可移动地设置，以沿所述套管(10)的径向方向移动。

11.根据权利要求6所述的卡瓦机构，其特征在于，所述卡瓦体(23)的外侧设有多个锚定齿(231)，多个所述锚定齿(231)间隔地设置在所述卡瓦体(23)上。

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