安全卡瓦结构

卡瓦是卡瓦式封隔器锚定过程中传递载荷、承担载荷的主要构件。

它起到支撑封隔器、锁定胶筒作用，其性能的好坏直接影响到生产安全。

卡瓦的结构设计涉及受力分析、结构参数的优选等问题。

卡瓦一般设计成分瓣式结构，坐卡后，按均匀间隔、分散地将作用力分布到管壁上，其力学模型属圆柱壳承受分散集中力作用的应力分析。

单片卡瓦在井下受力平衡时，必须满足以下两个方程Q k=R k(cosα-tgφsinα)W k=R k(sinα+tgφcosα)综合得:Q k=W zn×tg(α+φ)式中W z—卡瓦式封隔器的轴向坐封载荷,N；W k—单片卡瓦所承受的轴向载荷，N；R k—坐封载荷对单片卡瓦的分压载荷，N；Q k—单片卡瓦作用在套管内壁上的径向载荷，N；φ—卡瓦与锥体的摩察角，︒；α—卡瓦锥角，︒；n—卡瓦片数。

卡瓦牙与套管壁之间的接触应力σ=Q kA式中σ—卡瓦牙与套管壁之间的接触应力，N/mm2；A—卡瓦牙与套管壁之间的接触面积，N/mm2。

卡瓦与套管壁的接触面积为:A=mлdα1h360式中 m—卡瓦的牙数；d—卡瓦外圆弧面的圆弧直径，mm；α1—卡瓦外圆弧面的圆心角，°；h—卡瓦牙陷入套管壁面的厚度，mm。

所以σ=360Q kmлdα1h锥体与卡瓦脱卡是的拉力为：W′=n Q k tg（φ−α）式中W′—锥体卡瓦脱卡时的轴向拉力，N。

该式表明，当卡瓦与套管壁间的正压力Q k一定时，锥体的锥角α越大，脱卡力W′便越小；当α越接近于摩擦角φ时，锥体就越容易脱卡。

锥体与卡瓦的自锁条件是，摩擦角φ必须大于锥体的锥角α，即φ＞αR k=Q kn×tg(α+φ)=59547.94×tg35=21267.1N=21.2KNW k=R k(sinα+tgφcosα)=21267.1×（0.259+0.364×0.966） =12986.2N=12.99KN所以W k＜W′该卡瓦可以达到坐封要求。

井下作业工：作业工具材料试题及答案1、单选下列情况不属于卡瓦在运输和储藏过程中注意的是（）。

A、防潮B、密封C、防腐蚀D、通风干燥正确答案：B2、判断题吊环是钻修井常用的重要工具之一。

正确答案：对（江南博哥）3、单选阀门按驱动方式分类（）。

A、低压阀、中压阀、高压阀B、液动阀、自动阀、手动阀C、自动阀、动力驱动阀D、自动阀、手动阀正确答案：B4、单选卡瓦牙磨去原齿高的（）%时，全部更换新牙板。

A、10B、25C、35D、50正确答案：B5、单选吊环受力最大部分是环部，承受拉力比杆部大（）。

A、2～4.5倍B、3.5～4.5倍C、2.5～5.5倍D、2.5～4.5倍正确答案：D6、问答题安全卡瓦的结构及作用是什么？正确答案：（1）结构：安全卡瓦至少由牙板套、卡瓦牙、弹簧、调节丝杠、螺母、手柄以及连接杆等组成。

（2）作用：安全卡瓦用于上扣或卸扣时，防止管柱下滑。

7、单选DH-360吊环的额定载荷（）KN。

A、360B、36C、180D、18正确答案：A8、判断题钢丝绳强度一般分三级，即普通强度（P）、高强度（G）、特高强度（T）。

正确答案：对9、问答题请简述吊环的使用注意事项。

正确答案：（1）新吊环使用前应检查无碰伤、刻痕、吊环配对长度相差不大于3mm，吊环无裂痕方可使用；（2）吊环在顿钻碰撞后，应立即检查；（3）吊环在-20度工作时避免猛烈冲击载荷，并加强检查；（4）吊环不得焊接和气割；（5）吊环使用中应周期性的进行检查，并记录，发现裂纹应停止使用。

10、单选石油钻杆接头由（）部分等组成。

A、焊接部位、吊钳扣合部位及螺纹B、焊接部位、螺纹及接头螺纹C、接头螺纹、焊接部位、螺纹及密封台肩D、吊钳扣合部位、密封台肩、吊钳扣合部位及焊接部分正确答案：E11、问答题卡瓦按其作用可分为哪几类？正确答案：（1）钻杆卡瓦；（2）钻铤卡瓦；（3）套管卡瓦。

（3）安全卡瓦。

12、问答题大钳的类型分为哪几类？正确答案：（1）DB型；（2）SDD型；（3）B型；（4）C型。

钻井工具一大钳1.用途：起下钻时用来上卸扣。

2.结构：由钳柄、活动钳头、扣合钳头、扣合弹簧、大钳牙板、调节螺栓、吊杆等组成。

3.分类：BJ DB型，钳柄长4英尺，适用范围3-1/2"～8 "，换钳头可以打8 "～13-3/8"，最大上扣扭矩65,000FT·LBS。

BJ SDD型，适用范围8 "～13-3/8"，最大上扣扭矩100,000FT·LBS。

9"以上钻具必须用SDD大钳上卸扣。

4.靠近司钻一边的大钳是外钳，对面的是内钳。

上扣时外钳在上，内钳在下；卸扣时内钳在上，外钳在下。

打大钳时先打上钳。

卸扣“猫头”的卸扣拉力是上扣“猫头”的上扣拉力的三倍。

二卡瓦1.用途：卡住钻具和套管。

2.结构：卡瓦本体、牙板和销子。

3.分类：⑴钻杆卡瓦。

我公司现用的钻杆卡瓦为VARCO公司的SDML型和SDXL型两种。

钻杆卡瓦本体由三半组成，可以根据管子尺寸来更换不同的牙板来卡紧2-3/8”――5”外径的钻杆。

SDML型，3-1/2"本体：卡3-1/2"钻杆，卡瓦牙板零件号2162－303-1/2"本体：卡2-7/8"钻杆，卡瓦牙板零件号2161－303-1/2"本体：卡2-3/8"钻杆，卡瓦牙板零件号2160－30SDXL型，5"本体：卡5"钻杆，卡瓦牙板零件号2167－545-1/2"本体：卡5"钻杆，卡瓦牙板零件号2169－544-1/2"本体：卡3-1/2"钻杆，卡瓦牙板零件号2163－54⑵套管卡瓦。

我公司现用的套管卡瓦为V ARCO公司的CMS－XL型套管卡瓦，牙板为钮扣式。

（每节12块牙板。

）20"套管卡瓦。

钮扣式牙板312块，卡瓦节数26节。

13-3/8"套管卡瓦。

钮扣式牙板216块，卡瓦节数18节。

钻井常用术语1、井：以勘探开发石油和天然气为目的的，在地层中钻出的具有一定深度的圆柱形孔眼。

2、井口：井的开口端。

3、井底：井的底端。

4、裸眼：未下套管部分的井段。

5、井深：从转盘补心面至井底的深度。

6、井壁：井眼的圆柱形表面。

7、环空：井中下有管柱时，井壁与管柱或管柱与管柱之间的圆环形截面的柱状空间。

8、井眼轴线：井眼的中心线。

9、井身结构：指的是钻头钻深、相应井段的钻头直径、下入的套管层数、直径及深度、各层套管外的水泥返高以及人工井底等。

10、人工井底：设计的最下部油层下的阻流环或水泥塞面。

（注：该定义不全面，人工井底是可变的）11、井的类别：按一定依据划分的井的总类。

按钻井的目的可分为探井和开发井等；按完钻后的井深可分为浅井（＜1200m）、中深井（1200〜3000m）、深井（3000〜5000m）和超深井（＞5000m）;按井眼轴线形状可分为直井和定向井。

12、探井：指以了解地层的时代、岩性、厚度、生储盖的组合和区域地质构造，地质剖面局部构造为目的，或在确定的有利圈闭上和已发现油气的圈闭上，以发现油气藏、进一步探明含油气边界和储量以及了解油气层结构为目的所钻的各种井，包括地层探井、预探井、详探井和地质浅井。

13、开发井：指为开发油气田所钻的各种采油采气井、注水注气井，或在已开发油气田内，为保持一定的产量并研究开发过程中地下情况的变化所钻的调整井、补充井、扩边井、检查资料井等。

14、直井：井眼轴线大体沿铅垂方向，其井斜角、井底水平位移和全角变化率均在限定范围内的井。

15、定向井：沿着预先设计的井眼轨道，按既定的方向偏离井口垂线一定距离，钻达目标的井。

16、丛式井：在一个井场上或一个钻井平台上，有计划地钻出两口或两口以上的定向井（可含一口直井）。

17、救援井：为抢救某一口井喷、着火的井而设计、施工的定向井。

18、多底井：一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。

19、大斜度井：最大井斜角在60。

防顶装置介绍1、防顶卡瓦主要用于钻浅层灰塞或浅层作业，有圈闭压力的情况，由于钻具较轻，无法抑制井内突然释放的圈闭压力，防止井内钻具上顶造成事故（卡本体）。

1.1 基本结构防顶卡瓦由筒体、上下法兰盘、卡瓦牙、弹簧、卡瓦牙滑道、挡环、手柄组成。

规格参数（见图1 图2）。

1.2 工作原理扳动手柄，弹簧将卡瓦牙向上推动，卡瓦牙抱住管柱本体，管柱无法继续向上运动。

适用本体Φ73mm的钻柱。

1.3 使用方法下法兰与防喷器上法兰连接，四角使用钢丝绳固定，钻具下入井内后，转动手柄，使卡瓦牙向上运动至抱住钻柱。

该位置钻柱可以下放，无法上提。

如果想要上提钻柱，需要向下按压手柄，至最低位置旋转，手柄卡入卡槽，弹簧处于压缩状态，卡瓦牙收回滑道内。

该位置管柱可以上提下放。

1.4 实物照片防顶卡瓦外观防顶卡瓦不工作内部防顶卡瓦工作内部2、防顶卡盘主要用于钻浅层灰塞或浅层作业，有圈闭压力的情况，由于钻具较轻，无法抑制井内突然释放的圈闭压力，防止井内钻具上顶造成事故（挡接箍位置）。

1.1 基本结构防顶卡盘由筒体、上下法兰盘、挡环、拉推杆、挡头。

规格参数（见图3 图4）。

1.2 工作原理转动推拉杆，使挡头转到活动轨道上，推动拉推杆，挡环闭合，转动拉推杆，使挡头离开活动轨道，避免拉推杆自由活动。

挡环可以挡住管柱接箍位置，管柱无法继续向上运动。

适用本体Φ73mm的钻柱，接箍直径大于Φ82mm。

1.3 使用方法法兰与防喷器上法兰连接，也可以和防顶卡瓦同时使用，连接在防顶卡瓦的上或下均可。

使用钢丝绳固定。

拔出拉推杆，钻具下入井内后，推入拉推杆，使挡环抱住钻柱本体，管柱本体范围内可以上下活动。

到接箍位置后就被挡住，无法继续向上或向下活动。

1.4 实物照片防顶卡盘外观防顶卡盘工作内部防顶卡盘不工作内部。

不压井、不放喷井下作业控制装置井下作业控制装置是对油气井实施压力控制，是对事故进行预防、监测、控制、处理的关键手段，是实现安全井下作业的可靠保证。

通过井下作业控制装置可以做到在井内带压的情况下，完成起下管柱的作业，既可以减少对油气层的损害，又可以保护套管，防止井喷和井喷失控，实现安全作业。

常规作业经常使用手动开关的井口控制器，高压井、气井以及大修取套井施工时，要使用液(气)动和手动双重开关的防喷器。

1井口控制装置常规作业使用的机械式井口控制装置如图1所示。

按其工作原理可分为井口控制部分、加压部分和油管密封部分。

图1不压井、不放喷井口作业装置1—分段加压吊卡；2—油管；3—安全卡瓦；4—自封封井器；5—加压支架；6—法兰短节；7—全封封井器；8—半封封井器；9—顶丝法兰；10—四通；11—套管1.1井口控制部分井口控制部分由自封封井器、半封封井器、全封封井器、法兰短节和连接法兰组成。

其作用是在不压井起下作业时控制井口压力，使作业施工安全顺利地进行。

1.1.1自封封井器1.1.1.1结构和工作原理自封封井器由壳体、压盖、压环、密封圈、胶皮芯子和放压丝堵组成，如图2所示。

它依靠井内油套环空的压力和胶皮芯子自身的伸缩力使胶皮芯子扩张，起到密封油套环形空间的作用。

井内管柱和井下工具能顺利通过自封芯子，最大通过直径应小于115mm。

1.1.1.2使用要求1.1.1.2.1通过自封封井器的下井工具，外径应小于115mm。

外径超过115mm的下井工具，应用自封和半封倒入或倒出。

1.1.1.2.2通过较大直径的下井工具时，可在自封的胶皮芯子上涂抹黄油。

冬天使用时，应用蒸汽加热，以免拉坏胶皮芯子。

图2自封封井器结构示意图1—压盖；2—压环；3—密封圈；4—胶皮芯子；5—放压丝堵；6—壳体1.1.2半封封井器它是靠关闭闸板来密封油套环形空间的井口密封工具。

1.1.2.1结构和工作原理半封封井器由壳体、半封芯子总成、丝杠等组成，如图3所示。