一种卡瓦重载测试工装的制作方法

1.本发明涉及油气勘探开发机械技术领域，特别涉及一种卡瓦重载测试工装。


背景技术：

2.封隔器用于密封油井套管和油管之间的环空，控制产层油气的产出，避免地层流体失控冲入井筒，并从地面涌出。其中，卡瓦是封隔器的关键部件，主要作用是咬入套管，将封隔器锁紧于套管上，并承载中心轴传递的轴向力。
3.卡瓦在启动力作用下逐渐咬入套管直至最大深度的过程称为卡瓦坐封。这一过程中卡瓦将发生永久变形，甚至破裂分解为数块牙板，其与套管的相互作用存在较大不确定性，需通过实验测试验证性能。
4.现有的卡瓦测试工装只用于测试卡瓦坐封能力，但坐封后的卡瓦需承受数百吨的轴向力，对卡瓦和套管均产生重大影响。若卡瓦失效，则封隔器将失去密封作用。目前尚无验证卡瓦重载轴向力作用效果的测试工装。
5.有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复实验设计出一种卡瓦重载测试工装，以期解决现有技术存在的问题。


技术实现要素：

6.本发明目的在于提供一种卡瓦重载测试工装，能够验证卡瓦坐封功能及重载下的有效性。
7.为达到上述发明目的，本发明提出一种卡瓦重载测试工装，其中，所述卡瓦重载测试工装包括：
8.套管，具有沿轴向贯通的安装腔，所述安装腔的一端为承压端，所述安装腔的另一端为连接端；
9.中心轴，穿设在所述安装腔内，所述中心轴外设有用于支撑卡瓦的支撑锥面；
10.承压座，设置在所述承压端内并与所述套管固定连接，所述承压座上设有用于防止卡瓦解封的弹性限位件和用于向所述中心轴施加重载轴向力的第一推动部件；
11.推力座，设置在所述连接端内，所述推力座上设置有用于防止卡瓦解封的锁紧限位件和用于向卡瓦施加坐封力的第二推动部件。
12.如上所述的卡瓦重载测试工装，其中，所述中心轴包括中心轴本体和支撑锥体，所述中心轴本体呈柱状，且在所述中心轴本体的外壁上设有径向外凸的基座，所述支撑锥体呈筒状并套设在所述中心轴本体外，所述支撑锥体的一端顶抵于所述基座朝向所述推力座的一端，所述支撑锥体的另一端沿所述中心轴的轴线朝向所述推力座方向逐渐缩径形成所述支撑锥面。
13.如上所述的卡瓦重载测试工装，其中，所述承压座具有呈筒状的承压座本体，所述承压座本体穿设在所述承压端内并与所述承压端的内壁能拆卸地固定连接，所述弹性限位件为一限位弹簧，该限位弹簧的一端顶抵在所述基座朝向所述承压座的另一端，该限位弹
簧的另一端顶抵在所述承压座本体上。
14.如上所述的卡瓦重载测试工装，其中，所述承压座本体的端面上开设有与所述限位弹簧对位配合的限位槽，所述限位弹簧的另一端插入所述限位槽内。
15.如上所述的卡瓦重载测试工装，其中，所述承压座本体具有轴向贯通的容置腔，所述第一推动部件为一加力杆，所述加力杆能拆卸地穿设于所述容置腔内，所述加力杆的一端顶抵在所述中心轴上，所述加力杆的另一端能够与拉拔试验机相连接。
16.如上所述的卡瓦重载测试工装，其中，所述加力杆上设置有力传感器。
17.如上所述的卡瓦重载测试工装，其中，所述推力座呈筒状并套设在所述套管和所述中心轴之间，所述推力座朝向所述支撑锥面的一端形成所述第二推动部件，所述推力座的另一端安装有位移传感器并凸伸至安装腔外。
18.如上所述的卡瓦重载测试工装，其中，所述推力座另一端的外壁上开设有安装槽，所述位移传感器设置在所述安装槽内。
19.如上所述的卡瓦重载测试工装，其中，所述锁紧限位件设置在所述第二推动部件和所述支撑锥面之间，所述锁紧限位件包括挤压环和锁紧环，所述挤压环和所述锁紧环均呈筒状并由内向外顺序地套设在所述中心轴外，所述锁紧环的内壁面设置有卡牙，所述锁紧环的外壁与所述挤压环的内壁抵接，所述挤压环朝向所述支撑锥面的一端设置有与卡瓦对位配合的锥面。
20.如上所述的卡瓦重载测试工装，其中，所述卡瓦重载测试工装还包括保护罩，所述保护罩呈筒状并套设在所述套管外。
21.本发明提出的卡瓦重载测试工装具有如下特点和优点：
22.本发明提出的卡瓦重载测试工装使用时，将卡瓦套设在中心轴和套管之间并使卡瓦和支撑锥面对位配合，利用推力座的第二推动部件推挤卡瓦实现卡瓦坐封，测试卡瓦的坐封力；利用承压座的第一推动部件向卡瓦施重载轴向力，测试卡瓦与套管的相互作用。相对于常规技术，本发明提出的卡瓦重载测试工装既能检验卡瓦的锚定能力，又能通过重载轴向力的施加分析卡瓦与套管相互作用。
附图说明
23.在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
24.图1为本发明提出的卡瓦重载测试工装的结构示意图；
25.图2为图1中a-a向剖视图；
26.图3为本发明中卡瓦重载测试工装测试坐封力的示意图；
27.图4为本发明中卡瓦重载测试工装测试重载轴向力的示意图；
28.图5为本发明中卡瓦重载测试工装中卡瓦坐封后的示意图。
29.附图标记说明：
30.100、卡瓦重载测试工装；
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10、套管；
31.20、中心轴；
32.21、支撑锥面；
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22、中心轴本体；
33.23、支撑锥体；
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24、基座；
34.30、承压座；
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31、弹性限位件；
35.32、第一推动部件；
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33、承压座本体；
36.34、容置腔；
37.36、限位槽；
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37、力传感器；
38.40、推力座；
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41、锁紧限位件；
39.411、挤压环；
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412、锁紧环；
40.42、第二推动部件；
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43、位移传感器；
41.44、安装槽；
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60、保护罩；
42.200、卡瓦。
具体实施方式
43.结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
44.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能存在居中元件。
45.如图1至图5所示，本发明提出的卡瓦重载测试工装100包括套管10、中心轴20、承压座30和推力座40，套管10具有轴向贯通的安装腔，安装腔的一端为承压端，安装腔的另一端为连接端；中心轴20穿设在安装腔内，中心轴20外设有用于支撑卡瓦的支撑锥面21；承压座30设置在承压端内并与套管10固定连接，承压座30上设有用于防止卡瓦解封的弹性限位件31和用于向中心轴施加重载轴向力的第一推动部件32；推力座40设置在连接端内，推力座40上设置有用于防止卡瓦解封的锁紧限位件41和用于向卡瓦施加坐封力的第二推动部件42。
46.本发明提出的卡瓦重载测试工装100，使用时，将卡瓦200套设在中心轴20和套管10之间并使卡瓦200和支撑锥面21对位配合，利用推力座40的第二推动部件42推挤卡瓦200实现卡瓦200坐封，测试卡瓦200的坐封力；利用承压座30的第一20推动部件32向卡瓦200施重载轴向力，测试卡瓦200与套管10的相互作用。相对于常规技术，本发明提出的卡瓦重载测试工装100既能检验卡瓦200的锚定能力，又能通过重载轴向力的施加分析卡瓦与套管相互作用。
47.本发明提出的卡瓦重载测试工装100，在卡瓦200的两侧分别设置有弹性限位件31和锁紧限位件41，在卡瓦坐封后，弹性限位件31和锁紧限位件41能够使卡瓦200始终保持坐封状态，进而实现测试时，施加在卡瓦200上的坐封力与重载轴向力的衔接。
48.在本发明一个可选的实施方式中，中心轴20包括中心轴本体22和支撑锥体23，中心轴本体22呈柱状，且在中心轴本体22的外壁上设有径向外凸的基座24，支撑锥体23套设在中心轴本体22外，支撑锥体23的一端顶抵于基座24朝向推力座40的一端，支撑锥体23的
另一端沿中心轴20的轴线方向逐渐缩径形成支撑锥面21。采用上述结构，测试卡瓦时，将卡瓦200从连接端放入安装腔内，卡瓦200套设在中心轴本体22外，且卡瓦200的锥面与支撑锥面21对位配合，再将推力座40安装于连接端，利用推力座40上的第二推动部件42向卡瓦200施加轴向的坐封力，卡瓦200在坐封力的推动下沿支撑锥面21移动并外扩进而锚定在套管10的内壁上，最终实现卡瓦200的坐封。
49.在本发明一个可选的实施方式中，承压座30具有呈筒状的承压座本体33，承压座本体33穿设在承压端内并与承压端的内壁能拆卸地固定连接，弹性限位件31为一限位弹簧，该限位弹簧的一端顶抵在基座24朝向承压座30的另一端，该限位弹簧的另一端顶抵在承压座本体33上。在第二推动部件42向卡瓦200施加轴向坐封力时，中心轴20与承压座本体33抵接，阻挡中心轴20继续移动，从而保证中心轴20上的支撑锥面21的支撑力；在卡瓦200坐封后，第二推动部件42的轴向坐封力移除，弹性限位件31对卡瓦200施加弹性恢复力，保证卡瓦200始终处于坐封状态。
50.在该实施方式一个可选的例子中，承压座本体33具有轴向贯通的容置腔34，第一推动部件32为一加力杆，加力杆能拆卸地插设于容置腔34内，加力杆的一端顶抵在中心轴20上，加力杆的另一端能够与拉拔试验机相连接。拉拔试验机通过加力杆向中心轴20施加重载轴向力，测试卡瓦200与套管10相互作用。需要说明的是，重载轴向力为加力杆向中心轴20施加的推力，该推力沿中心轴20的轴向施加，且逐渐增加，最高能够达到200吨(t)以上。拉拔试验机用于提供坐封力和轴向推力，实现卡瓦的轴向加载，可以采用现有技术。采用上述结构，承压座本体33为中空结构，加力杆可从中穿过实现重载轴向力加载，结构精简可靠；同时，加力杆可以与不同型号的拉拔试验机连接，灵活方便。
51.优选的，加力杆上设置有力传感器37，以测量通过加力杆所施加的重载轴向力，便于分析卡瓦200与套管10的相互作用。力传感器37通过引线与信息收集单元电连接，可以采用现有技术，在此不进行赘述。
52.在该实施方式一个可选的例子中，承压座本体33与套管10螺纹连接。
53.在该实施方式一个可选的例子中，承压座本体33的端面上还设置有与弹性限位件31对位配合的限位槽36，弹性限位件31的另一端插入限位槽36内。
54.在本发明一个可选的实施方式中，推力座40呈筒状并套设在套管10和中心轴20之间，推力座40朝向支撑锥面21的一端形成第二推动部件42，推力座40的另一端安装有位移传感器43并凸伸至安装腔外。
55.在该实施方式一个可选的例子中，推力座40向卡瓦200施加的坐封力为20吨(t)。
56.在该实施方式一个可选的例子中，锁紧限位件41设置在第二推动部件42和支撑锥面21之间，锁紧限位件41包括挤压环411和锁紧环412，挤压环411和锁紧环412均呈筒状并有内向外顺序地套设在中心轴20外，锁紧环412的内壁面设置有卡牙，锁紧环412的外壁与挤压环411的内壁抵接，挤压环411朝向支撑锥面21的一端设置有与卡瓦200对位配合的锥面，第二推动部件42通过挤压环411推动卡瓦200朝向支撑锥面21移动，卡瓦200坐封后，卡瓦200通过锥面配合压紧挤压环411使锁紧环412的卡牙抱紧中心轴20。
57.在该实施方式一个可选的例子中，推力座40另一端的外壁上开设有安装槽44，位移传感器43设置在安装槽44内。
58.优选的，推力座40的外壁上开设有多个安装槽44，多个安装槽44沿推力座40的周
向均布，至少一个安装槽44内设置有位移传感器43。
59.进一步的，位移传感器43可采用激光、超声波等非接触式传感器。位移传感器43用于准确获得卡瓦200的轴向位移，为高性能卡瓦研制提供数据支撑。通过引线与信息收集单元电连接可以采用现有技术，在此不进行赘述。
60.在本发明一个可选的实施方式中，卡瓦重载测试工装100还包括保护罩60，保护罩60呈筒状并套设在套管10外。保护罩60能够避免套管10因过大的重载轴向力炸裂造成危险。
61.在该实施方式一个可选的例子中，推力座40与套管10能拆卸地连接，当卡瓦200坐封后，先将推力座40从套管10中拆除，再将保护罩60套设在套管10外。
62.进一步的，保护罩60为筒形缸体，其一端封闭，另一端开放。
63.在本发明一个可选实施方式中，套管10为钢套管，进一步的，可选用钢级为125kpsi以上的钢材制成。
64.请参考图1至图5，现结合一实施例详细说明本发明提出的卡瓦重载测试工装100的具体使用过程：
65.首先，装配卡瓦重载测试工装100并将待检测的卡瓦200安装在卡瓦重载测试工装100内，将承压座30与套管10连接，弹性限位件31的一端装入承压座30的限位槽36内，中心轴20从右端插入套管10中，向左压缩弹性限位件31；支撑锥体23、卡瓦200、锁紧环412、挤压环411依次套装于中心轴20上。
66.之后，进行坐封测试，将承压座30拧紧在套管10内，固定了承压座30，则套管10及内部各个部件均被固定。安装推力座40，使之与挤压环411刚好接触，保持静止，位移传感器43调零；推压推力座40，带动挤压环411、卡瓦200向左移动。卡瓦200在支撑锥体23和挤压力作用下坐封；坐封后的卡瓦200外壁将咬入套管10。记录坐封过程中卡瓦200的位移和坐封力。
67.然后，进行重载测试，移除推力座40，套装保护罩60，承压座30左端插入加力杆。并使加力杆连接拉拔机，拉拔机通过加力杆推挤中心轴20，逐步增大推力，测试卡瓦200与套管相互作用。记录施加的重载轴向力，最大至200t。
68.测试完成后，移除加力杆、保护罩60，旋下承压座30，拆除卡瓦200等，根据套管10损伤程度分析卡瓦200与套管10相互作用。
69.本发明提出的卡瓦重载测试工装100，其优势在于：
70.结构紧凑，通用性强，加力杆可以通过转接头与多类型拉拔机相连；
71.卡瓦200坐封后在弹性限位件31作用下保持坐封状态，实现坐封与重载轴向力加载的衔接；
72.安装有位移传感器43和力传感器37，可准确获得卡瓦200的位移、坐封力和重载轴向力，便于分析卡瓦与套管相互作用，为高性能卡瓦研制提供数据支撑；
73.承压座30为中空结构，加力杆可从中穿过实现重载轴向力加载，结构精简可靠。
74.针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于
所描述的实施方式。