一种套管钳无损伤夹持机构的制作方法

本发明涉及套管钳，具体为一种套管钳无损伤夹持机构。

背景技术：

1、在油、气田钻井过程中，为了保护和支撑油气井筒，封隔油、气和水等地层，会向井内下入套管，并向井眼和套管间的环形空间注入水泥，这个作业过程叫做固井，固井是钻井过程中重要的作业，一口油井的深度一般在一千米至几千米不等，而下入井眼的套管长度一般为10米左右，所以必须将单根套管相互连接，形成套管柱用以支撑井筒。

2、目前常规的套管钳大多采用楔形齿或者锥形齿的钳牙，这种钳牙在完成套管上卸扣作业的同时，会在套管表面形成一定程度的损伤，这些损伤下井后在硫化氢等化学物质的腐蚀下，会逐渐扩大，严重的会导致套管破裂，形成完井井口带压，增加完井成本，这些损伤是完井管柱的重大质量隐患。

3、下套管作业时，根据不同工况会选用不同类型的钳牙作业，目前使用的套管钳，一种规格的钳头一般只配备一种类型的钳牙，只能完成一种规格套管或套管接箍的作业，当现场施工条件发生变化，需要更换钳牙时，往往只能连钳头一起更换，然而频繁的更换钳头，既增加了操作强度，也降低了作业效率，增加了完井成本。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种套管钳无损伤夹持机构，解决了一种规格的钳头一般只配备一种类型的钳牙，只能完成一种规格套管或套管接箍的作业，当现场施工条件发生变化，需要更换钳牙时，往往只能连钳头一起更换，然而频繁的更换钳头，既增加了操作强度，也降低了作业效率，增加了完井成本的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种套管钳无损伤配套夹持机构，包括颚板轴，所述颚板轴的顶部均固定连接有支撑板，所述支撑板的相邻一侧固定连接有颚板，所述挡圈的顶部相邻一侧固定连接有钳牙座，所述钳牙座的相邻一侧固定连接有钳牙。

3、优选的，所述支撑板的顶部前端均固定连接有滚子轴，所述滚子轴的中下部固定连接有滚子。

4、优选的，左侧所述颚板的顶部通过多个紧定螺钉与挡圈相连接。

5、优选的，根据权利要求1-3中任意所述的一种套管钳无损伤夹持机构，包括以下步骤：

6、s1、以套管中心o1为坐标原点建立坐标系，o2为坡板的曲率中心，a、b为坡板曲率中心的坐标；

7、s2、传动轮系驱动开口齿轮产生旋转力矩m，开口齿轮上的坡板通过与颚板滚子的接触点k产生一个对于滚子的法向力q，由于滚子与坡板间产生滚动摩擦及滚子与心轴间存在滑动摩擦，q力并不通过滚子中心，而是偏离一个角度α2，q可分解为过k点对于套管圆心o1的切向力f，及过圆心o1的正压力p，p力与q力的夹角为α，α＝α1+α2，式中α1为坡板的坡角，即坡板的曲率半径与回转半径之间的夹角，α2为滚子滚动时的综合摩擦角；

8、s3、q力也可以分解为作用于颚板的正压力n和是作用于颚板的切向力t，t力的作用点必在滚子中心o4与套管中心o1的连线上，即延长o1o4与α角的一边kc交于d，则d即为t力的作用点，颚板通过钳牙对套管产生正压力n，n在o1o4连线上；

9、s4、将切向力t换算成作用在油管表面的切向力s，通过力学分析计算。

10、优选的，所述s4中，计算公式为：

11、

12、优选的，所述套管钳切径比的范围为0.38至0.45。

13、优选的，所述套管钳坡板曲线与套管中心的距离o1o2设计为套管钳坡板曲线的曲率半径r1为适用最大规格套管管径的2倍，通过设计工作点k在坡板曲线上的位置，使套管钳夹紧套管时转角θ范围为22°～30°，套管钳夹紧套管时的坡板的坡角α1的取值区间为7°～10°。

14、优选的，所述无牙痕钳牙分为薄片式无牙痕钳牙、多瓣式无牙痕钳牙、兼容式钳牙座结构和套管钳无牙痕钳头结构。

15、工作原理：通过设计套管钳的结构来降低切径比，从而提高套管钳的抱紧力，实现了套管无损伤丝扣连接，性能稳定，可靠性强，有效保护入井套管本体和接箍表面不受损伤，提高了套管钳的使用性能，提升了套管钳的作业效率，降低了完井成本。

16、本发明提供了一种套管钳无损伤夹持机构。具备以下有益效果：

17、本发明通过设计套管钳的结构来降低切径比，从而提高套管钳的抱紧力，实现了套管无损伤丝扣连接，性能稳定，可靠性强，有效保护入井套管本体和接箍表面不受损伤，提高了套管钳的使用性能，提升了套管钳的作业效率，降低了完井成本。

技术特征：

1.一种套管钳无损伤夹持机构，包括颚板轴(3)，其特征在于：所述颚板轴(3)的顶部均固定连接有支撑板(9)，所述支撑板(9)的相邻一侧固定连接有颚板(6)，所述挡圈(4)的顶部相邻一侧固定连接有钳牙座(7)，所述钳牙座(7)的相邻一侧固定连接有钳牙(8)。

2.根据权利要求1所述的一种套管钳无损伤夹持机构，其特征在于：所述支撑板(9)的顶部前端均固定连接有滚子轴(1)，所述滚子轴(1)的中下部固定连接有滚子(2)。

3.根据权利要求1所述的一种套管钳无损伤夹持机构，其特征在于：左侧所述颚板(6)的顶部通过多个紧定螺钉(5)与挡圈(4)相连接。

4.根据权利要求1-3中任意所述的一种套管钳无损伤夹持机构，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种套管钳无损伤夹持机构，其特征在于：所述s4中，计算公式为：

6.根据权利要求4所述的一种套管钳无损伤夹持机构，其特征在于：所述套管钳切径比的范围为0.38至0.45。

7.根据权利要求4所述的一种套管钳无损伤夹持机构，其特征在于：所述套管钳坡板曲线与套管中心的距离o1 o2设计为套管钳坡板曲线的曲率半径r1为适用最大规格套管管径的2倍，通过设计工作点k在坡板曲线上的位置，使套管钳夹紧套管时转角θ范围为22°～30°，套管钳夹紧套管时的坡板的坡角α1的取值区间为7°～10°。

8.根据权利要求4所述的一种套管钳无损伤夹持机构，其特征在于：所述无牙痕钳牙分为薄片式无牙痕钳牙、多瓣式无牙痕钳牙、兼容式钳牙座结构和套管钳无牙痕钳头结构。

技术总结本发明提供一种套管钳无损伤夹持机构，涉及套管钳技术领域。该套管钳无损伤配套夹持机构，包括颚板轴，所述颚板轴的顶部均固定连接有支撑板，所述支撑板的相邻一侧固定连接有颚板，所述挡圈的顶部相邻一侧固定连接有钳牙座，所述钳牙座的相邻一侧固定连接有钳牙，所述支撑板的顶部前端均固定连接有滚子轴，所述滚子轴的中下部固定连接有滚子。通过设计套管钳的结构来降低切径比，从而提高套管钳的抱紧力，实现了套管无损伤丝扣连接，性能稳定，可靠性强，有效保护入井套管本体和接箍表面不受损伤，提高了套管钳的使用性能，提升了套管钳的作业效率，降低了完井成本。技术研发人员：朱明坤,杨毅,马晓伟,李志刚,白晓捷,刘鹏聘,张振华,贾维君,王立哲,李吉军,那自强,王俊杰,石坚受保护的技术使用者：大庆石油管理局有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/30