具有承载环的管子夹持结构制造技术

一种用于支撑钻杆柱的旋转卡瓦，具有多个连接起来而形成用于插入钻杆柱的开口的卡瓦块，其中每一卡瓦块包含头部区、趾部区和在所述头部区和趾部区之间轴向延伸的径向内表面，且每一卡瓦块的所述径向内表面包含周向槽。多个轴向排列的钻杆柱夹持插入件在所述头部区和所述周向槽之间附于每一卡瓦块上，其中每一插入件包含用于接触钻杆柱的夹持表面。承载环位于每一卡瓦块的周向槽内，所述承载环包含至少一个固定元件，该固定元件由所述多个轴向排列的插入件之一啮合，而将承载环固定在所述周向槽内。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种改进的管子夹持结构及制造管道夹持结构的方法，尤其涉及一种将承载环安装在卡瓦(slip)组件内，而提供一种具有改进的载荷提升性的管子夹持结构的方法。
技术介绍
在油田，当钻探石油或天然气时，使用平台支撑圆形的旋转工作台。转动能量通过马达等供给旋转工作台，使所述旋转工作台作圆形运动。所述旋转工作台包含中心方钻杆套管，该套管设有钻杆柱穿过的中心开口或孔。所述方钻杆套管通常在主衬套上设有四个容纳销子的“销孔”，当主衬套与所述方钻杆套管互锁时，该主衬套驱动固定在其中的方钻杆。当从所述钻杆柱上添加或拆卸管接头时，将称作“卡瓦”的楔块插入所述旋转工作台中心开口内称作“卡瓦座”的瓦座中。所述卡瓦将钻管夹住，免得落入井孔内。所述卡瓦的放置可以是人工的，在这种情况下，卡瓦上设有由常称为“钻工”的钻井人员抓持和提升用的手柄。在其他情况下卡瓦可以使用有动力的机械或液压系统移动就位。一旦管子由卡瓦牢固地固定，附加的管子段就可以添加到所述钻杆柱上，或从钻杆柱上去除。在某些情况下，卡瓦包含铰接在中心弧形卡瓦块两侧的两个弧形的卡瓦块，形成钻杆柱延伸通过的孔口。每个卡瓦块具有内表面，该内表面包含用于接纳多个竖直层叠的夹持元件或插入件的多个轴向铣出槽。所述插入件具有粗糙的表面，当所述卡瓦与管子啮合时，该表面伸向并夹持所述钻杆柱。在大多数卡瓦中，所述轴向槽具有燕尾形截面，且通过燕尾铣刀进行自顶向下直到卡瓦的下趾部的加工。所述燕尾铣刀为圆形形状，当所述铣刀切削到铸件底部时，铣刀在所述燕尾槽的底部留有倒圆。当管子的轴向或“起吊”载荷经插入件传递到所述燕尾槽的末端时，这种倒圆承受较高的应力集中。这些高应力集中经常导致所述卡瓦块底部的趾部区变形或失效。由所述燕尾槽的底部倒圆造成的高应力的解决方案，是在卡瓦块的底部凸肩处设有用于铣刀通过的周向退刀槽，从而消除所述倒圆。这样，半月形插入件或载荷支撑环插入所述退刀槽内，而使燕尾槽具有用于沿底部凸肩安装的插入件的方形末端和平坦的支撑面。然而，由于较大的轴向载荷经所述插入件或承载环传递到底部凸肩上，所以许多插入件或承载环被推出，或必须硬化并焊接定位而成为底部铸件的永久部件。虽然这些永久载荷支撑装置可以改进卡瓦的性能，但对载荷支撑装置的损坏可能需要更换整个卡瓦块。对这些载荷支撑装置的损坏可能由多种原因造成。例如，如果卡瓦用于固定足以产生接近卡瓦额定极限的轴向载荷的大钻杆柱，那么由于钻架运动造成的任何附加作用力将致使插入件卡住承载环，并使承载环过载。在这些情况下，承载环需要更换。如果承载环永久地焊接在底部铸件上，那么就必须更换整个卡瓦。因此，重要的是承载环是可拆卸的，因为它们被磨损且可能过载。针对前述问题，已经研制了可拆卸承载环，比如由加利福尼亚州奥伦奇的Varco公司(Varco International，Inc.，Orange，California92868)制造并销售的那些。具体而言，这些承载环已经与用于Varco的1000吨吊卡卡盘(零件号No.70100)的卡瓦块(零件号No.70102-1)一起使用。这些承载环通常是半圆形的，且安装在沿轴向燕尾槽和卡瓦的底部凸肩居中地布置的退刀槽内。这些承载环通常通过螺栓固定位置。其他的可拆卸承载环包括在美国专利US6264395(′395专利)中描述的类型。在试图改进现有卡瓦组件的方案中，′395专利公开了一种卡瓦组件，该组件具有有以倒角切削的周向槽的卡瓦块。所述周向槽适于容纳承载环的互补形表面，以防止加载过程承载环向上滑动。承载环通过沿承载环间隔布置的螺栓固定在所述槽内。虽然现有的可拆卸承载环已经有助于解决永久连接的插入件的有关问题，但用于固定这些载荷的紧固件，比如螺栓或开口销，可能带来另外的问题。例如，前述紧固件可能在极限轴向载荷下变松或失效，落入井孔内。因此，需要一种可拆卸且易于安装的承载环。希望这种承载环不是通过可能变松和落入井孔内的紧固件或其他装置进行固定。
技术实现思路
本专利技术的一示例性实施例包括用于支撑钻杆柱的旋转卡瓦，该卡瓦包含多个连接起来而形成用于插入钻杆柱的开口的卡瓦块，其中每一卡瓦块包含头部区、趾部区和在所述头部区和趾部区之间轴向延伸的径向内表面，且每一卡瓦块的所述径向内表面包含周向槽。多个轴向排列的钻杆柱夹持插入件在所述头部区和所述周向槽之间附于每一卡瓦块上，其中每一插入件包含用于接触钻杆柱的夹持表面。承载环位于每一卡瓦块的周向槽内，所述承载环包含至少一个固定元件，该固定元件由所述多个轴向排列的插入件之一啮合而将承载环固定在所述周向槽内。在本专利技术的另一实施例中，上述旋转卡瓦的每一卡瓦块的径向内表面包含至少一个从所述头部区延伸到所述周向槽的轴向槽，从而使每一轴向槽延伸入所述周向槽内。在本专利技术的另一实施例内，所述周向槽包含上表面、下表面和内表面，且所述承载环包含内表面、外表面、顶面和下表面，从而使所述承载环的下表面、外表面和上表面分别配合在所述周向槽的下表面、内表面和上表面内。此外，至少一个突出部从所述承载环的上表面伸出，其中每一突出部包含前表面和后表面，使每一突出部的前表面由所述多个轴向排列的插入件之一啮合，而将承载环固定在所述周向槽内。附图简要说明结合附图参照下面的详细描述，将更容易理解本专利技术的这些和其他特征及优点，其中附图说明图1是本专利技术的安装在旋转工作台上的手动卡瓦系统的局部剖面示意图；图2是图1的卡瓦系统的放大透视图；图3A是沿图1的线3-3作出的、与示为轮廓形式的钻管一起的局部水平剖面图；图3B和3C是本专利技术的具有置于其中的插入件的卡瓦块局部剖面图；图4是本专利技术的卡瓦块趾部区域的局部透视图；图5A是沿图4的线5-5作出的局部垂直剖面图；图5B是具有邻近卡瓦块的承载环和插入件的、图5A的局部垂直剖面图；图6A是本专利技术的一组承载环的顶视图；图6B是本专利技术的承载环的后视图；图6C是沿图6的线6C-6C作出的剖面图；图7A是本专利技术的手动旋转卡瓦的顶视图，其中所述卡瓦处于部分打开的状态；图7B是图7A的手动旋转卡瓦的剖面图；图8是动力卡瓦块的正视图，本专利技术一实施例的承载环安装在动力卡瓦系统的插入支架上。详细描述图1示出了用于在井孔正上方悬吊管子或钻杆柱14，并使所述钻杆柱绕垂直轴线16转动的常规旋转工作台12。所述工作台12包括本专利技术的手动卡瓦系统10。所述系统包括卡瓦座18和旋转卡瓦组件20，其中所述卡瓦座安装在主衬套101的中心开口19内，所述卡瓦组件可转动地位于卡瓦座18内。卡瓦座18由在上部“头部”区域24和下部“趾部”区域26之间轴向延伸的圆柱形外壁22，和在趾部区域直径减小的锥形内壁28形成。卡瓦组件20通常包含多个具有锥形外壁的卡瓦块，所述外壁适于啮合卡瓦座18的锥形内壁28，而从侧向固定卡瓦组件20，但不在卡瓦座18内转动运动。每一卡瓦块沿其内表面支撑一系列插入件60和至少一个周向槽70，其中这些插入件夹持钻杆柱14，防止钻杆柱14落入井孔中。在一个实施例中，周向槽70位于每一卡瓦块的趾部区域26。在本专利技术中，如图7所示，承载环90适于由周向槽70容纳而吸收工作过程中施加在插入件60上的轴向或“起吊”载荷。虽然在上述附图中示出了卡瓦的一个实施例，但应当理解，卡瓦组件、卡瓦块和插入件的数目可以变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于支撑钻杆柱的旋转卡瓦，包含：多个连接起来而形成用于插入钻杆柱的开口的卡瓦块，其中每一卡瓦块包含头部区、趾部区和在所述头部区和趾部区之间轴向延伸的径向内表面，且每一卡瓦块的所述径向内表面包含周向槽；多个轴向排列的钻杆柱 夹持插入件，它们在所述头部区和所述周向槽之间附于每一卡瓦块上，其中每一插入件包含用于接触钻杆柱的夹持表面；位于每一卡瓦块的周向槽内的承载环，所述承载环包含至少一个固定元件，该固定元件由所述多个轴向排列的插入件之一啮合而将承载环固定在 所述周向槽内。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：戴维梅森，阿伯特PJM德蓬，汉斯范赖津根，安东克里南，科内利斯WJ德拉特，
申请(专利权)人：瓦克IP公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]