CN119801416B - 一种抽油杆气动卡瓦的井口夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油及天然气钻井和修井设备领域，提供一种抽油杆气动卡瓦的井口夹持装置。该装置包括支撑座、气动组件和卡瓦，支撑座由支撑杆、顶板和底座构成，中部设连通孔，内部有卡瓦与支撑杆交错分布。通过气缸驱动上活动板，利用连杆机构和四点平行机构实现卡瓦的开合。卡瓦下方的环形箍可增强夹持效果并实现重力自锁。与现有技术相比，其优点显著，如四点平行机构确保卡瓦同步稳定夹持，避免抽油杆损伤；双行程设计提高夹持可靠性；卡瓦块模块化便于更换维护；弧形凹槽增大夹持力且减少杆体损伤；上下两个卡瓦的设计可防止夹持扶正块导致的失效或损坏，适用于不同直径抽油杆，有效解决了现有井口夹持技术的诸多问题。

Description

一种抽油杆气动卡瓦的井口夹持装置

技术领域

本发明涉及石油及天然气钻井和修井设备领域，尤其涉及一种抽油杆气动卡瓦的井口夹持装置。

背景技术

在油田开采作业中，井口装置对于抽油杆的夹持操作至关重要。然而，现有的井口夹持技术存在诸多问题，在处理具有扶正块（直径约 62mm）且杆体直径为 16~25mm 的抽油杆时，难以满足实际需求。

一方面，目前使用的卡块在夹持过程中存在径向位移大的问题，当进行径向移动时，卡瓦容易夹住扶正块，可能对装置和扶正块造成损坏；另一方面，当卡瓦在轴向移动时，一旦遇到扶正块，同样会对装置和扶正块产生破坏风险，严重影响了井口操作的安全性和装置的可靠性。

此外，现有技术无法根据抽油杆不同部件的特征实现有效的选择性避让，不能实现对不同情况的灵活处理，从而导致操作效率低下且易引发设备故障。因此，在实际作业中，迫切需要一种新的井口夹持技术。

因此，有必要提供一种抽油杆气动卡瓦的井口夹持装置解决上述技术问题。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种抽油杆气动卡瓦的井口夹持装置。

本发明的技术实施方案为一种抽油杆气动卡瓦的井口夹持装置，包括支撑座、气动组件和卡瓦，所述支撑座包括支撑杆、顶板和底座，支撑座中部设有连通孔；在支撑座内设有以连通孔为中心沿圆周分布的卡瓦，与卡瓦交错分布的支撑座内圆周固定至少两个的支撑杆，相隔的支撑杆上套设有弹簧，在弹簧上端的支撑杆上套装有下活动板；下活动板上方的支撑座内装有上活动板，支撑座内装有气缸，气缸的动力输出端与上活动板连接并驱动上活动板上下移动；卡瓦包括卡瓦端部和卡瓦柄部；卡瓦柄部水平固定在卡瓦端部的上端外侧；卡瓦柄部内端设有铰接点一，铰接点一上铰接有三联板，三联板另一端分别设有主支撑铰接点和内推铰接点，内推铰接点位于主支撑铰接点外侧下方；主支撑铰接点通过销轴安装在下活动板底部内侧的铰接座上；内推铰接点与上活动板铰接有连杆II；卡瓦柄部外端设有铰接点二，铰接点二上铰接有连杆I，连杆I另一端设有辅助支撑铰接点，辅助支撑铰接点通过销轴安装在下活动板底部外侧的铰接座上；铰接点一、主支撑铰接点、铰接点二与辅助支撑铰接点之间形成四点平行机构。

优选的，所述卡瓦下方设有环形箍，环形箍的中心处开设有圆形通孔，环形箍圆形通孔的顶端设有倒角，且环形箍固定连接于底座的中心。

优选的，所述上活动板上圆周均布有上活动板套筒，上活动板套筒与上活动板固定连接；下活动板上圆周均布有下活动板套筒，下活动板套筒与下活动板固定连接；上活动板套筒和下活动板套筒均套设于支撑杆上，且上活动板套筒的底端穿过下活动板，下活动板套筒的顶端穿过上活动板。

优选的，所述连杆I上的辅助支撑铰接点与下活动板的底部铰接固定，连杆II穿过下活动板与上活动板的底部铰接固定，连杆I的铰接点二与卡瓦架的左端铰接固定，连杆II的另外一端与三联板的内推铰接点铰接固定，三联板的主支撑铰接点与下活动板铰接固定，三联板下端的铰接点一与卡瓦架的右端铰接固定，卡瓦架为中空状，卡瓦架最右端螺栓固定有卡瓦块。

优选的，所述气动组件包括气缸和气缸固定板；气缸的伸缩端与气缸固定板固定连接，气缸固定板与上活动板靠近下活动板的一面固定连接。

优选的，气缸位于支撑座中的支撑杆之间。

优选的，所述顶板、底座、上活动板和下活动板的中心处均开设有与环形箍圆形通孔直径相同的圆形通孔。

优选的，所述环形箍上方的卡瓦架远离卡瓦块的侧面设有向卡瓦块倾斜的斜面，卡瓦块的底部设有向上倾斜的斜面，卡瓦块远离三联板的面上设有弧形凹槽。

优选的，所述环形箍上方的三组卡瓦的中心刚好与环形箍的中心相重合。

优选的，所述的一种抽油杆气动卡瓦的井口夹持装置，包括两个抽油杆气动卡瓦，两个抽油杆气动卡瓦通过上下安装在一起且两个抽油杆气动卡瓦之间的距离大于等于抽油杆上扶正块的长度。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.抽油杆气动卡瓦

通过铰接点一、主支撑铰接点、铰接点二与辅助支撑铰接点形成的四点平行机构，确保了卡瓦在夹持过程中的同步性和稳定性。这种设计使得卡瓦能够均匀受力，避免因受力不均导致的抽油杆损伤；第一行程中，卡瓦块与抽油杆贴合，完成初步夹持；第二行程中，卡瓦块进一步下压，通过环形箍的倒角斜面产生向内的分力，增强夹持效果并实现重力自锁。这种双行程设计提高了夹持的可靠性和安全性；卡瓦块通过螺栓固定在卡瓦架上，便于更换和维护，这种模块化设计降低了维护成本，提高了装置的耐用性；卡瓦块上的弧形凹槽增大了与抽油杆的接触面积，提高了夹持力，同时减少了夹持过程中对抽油杆表面的损伤。

2.井口夹持装置

采用上下两个抽油杆气动卡瓦，确保至少有一组卡瓦能够避开抽油杆上的扶正块，直接夹持在杆体上。这种设计有效防止了单个卡瓦在遇到扶正块时可能导致的夹持失效或设备损坏；环形箍的倒角斜面在卡瓦下压时产生向内的分力，增强了夹持效果，并实现了重力自锁，提高了夹持的稳定性和可靠性；采用气缸驱动上活动板，通过连杆机构实现卡瓦的同步运动。气动驱动具有响应速度快、控制精度高的优点，适用于频繁操作的井口作业环境；气缸位于支撑杆之间，结构紧凑，节省空间。同时，上活动板套筒和下活动板套筒的设计确保了上下活动板在运动过程中的互不干扰，提高了装置的稳定性和可靠性；顶板、底座、上活动板和下活动板的中心处均开设有与环形箍圆形通孔直径相同的圆形通孔，保证了抽油杆的通过性，适用于不同直径的抽油杆。

附图说明

图1为本发明最佳的结构示意图。

图2为本发明内部部分结构示意图。

图3为本发明剖面结构示意图。

图4为本发明卡瓦的结构示意图。

图5为本发明卡瓦卡紧的结构示意图。

图6为本发明卡瓦张开的结构示意图。

图7为本发明夹紧抽油杆的工作示意图。

图中附图标记的含义：1.顶板；2.上活动板；3.下活动板；401.连杆II；402.三联板；403.卡瓦块；404.卡瓦架；405.连杆I；5.弹簧；6.底座；7.气缸；8.支撑杆；9.环形箍；10.上活动板套筒；11.下活动板套筒；12.气缸固定板；13.抽油杆；41.铰接点一；42.内推铰接点；43.主支撑铰接点；44.铰接点二；45.辅助支撑铰接点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

请参阅图1至图4，一种抽油杆气动卡瓦的井口夹持装置，包括支撑座、气动组件和卡瓦，其特征在于，所述支撑座包括支撑杆8、顶板1和底座6，支撑座中部设有连通孔；在支撑座内设有以连通孔为中心沿圆周分布的卡瓦，与卡瓦交错分布的支撑座内圆周固定至少两个的支撑杆8，相隔的支撑杆8上套设有弹簧5，在弹簧5上端的支撑杆8上套装有下活动板3；下活动板3上方的支撑座内装有上活动板2，支撑座内装有气缸7，气缸7的动力输出端与上活动板2连接并驱动上活动板2上下移动；卡瓦包括卡瓦端部和卡瓦柄部；卡瓦柄部水平固定在卡瓦端部的上端外侧；卡瓦柄部内端设有铰接点一41，铰接点一41上铰接有三联板402，三联板402另一端分别设有主支撑铰接点43和内推铰接点42，内推铰接点42位于主支撑铰接点43外侧下方；主支撑铰接点43通过销轴安装在下活动板3底部内侧的铰接座上；内推铰接点与上活动板2铰接有连杆II401；卡瓦柄部外端设有铰接点二44，铰接点二44上铰接有连杆I405，连杆I405另一端设有辅助支撑铰接点45，辅助支撑铰接点45通过销轴安装在下活动板3底部外侧的铰接座上；铰接点一41、主支撑铰接点43、铰接点二44与辅助支撑铰接点45之间形成四点平行机构。

其中，在支撑座内以连通孔为中心沿圆周分布的卡瓦可将抽油杆13进行夹取，且使抽油杆13在夹取过程中受力均匀，避免了抽油杆13在夹取过程中因受力不均而引起的损伤；支撑座内圆周固定至少两个的支撑杆8与卡瓦交错分布，使得卡瓦在工作过程中不会受到影响进而保证该装置的稳定性；由于相隔的支撑杆8上套设有弹簧5，在弹簧5上端的支撑杆8上套装有下活动板3，弹簧5在工作过程中可使下活动板3均匀受力，支撑杆8则作为上活动板2、下活动板3和弹簧5的刚性导轨；铰接点一41、主支撑铰接点43、铰接点二44与辅助支撑铰接点45之间形成的四点平行机构与上活动板2和下活动板3连接，而气缸7的动力输出端与上活动板2连接并驱动上活动板2上下移动，在气缸7驱动上活动板2向下移动并带动卡瓦进行横向运动，直至卡瓦与抽油杆13贴合完成第一行程的动作，在弹簧5的作用下，下活动板3先不进行运动，直至上活动板2开始挤压下活动板3时，气缸7克服弹簧的弹力使下活动板3、卡瓦和四点平行机构向下运动进行第二行程的动作，四点平行机构确保了卡瓦在夹持过程中的同步性和稳定性，避免因受力不均导致的抽油杆损伤。

请参阅图3，卡瓦下方设有环形箍9，环形箍9的中心处开设有圆形通孔，环形箍9圆形通孔的顶端设有倒角，且环形箍9固定连接于底座6的中心。

其中，卡瓦下方设有环形箍9并固定连接于底座6的中心，便于卡瓦向下运动至环形箍9中，且环形箍9圆形通孔的顶端倒角的斜面在卡瓦进入环形箍9后会对卡瓦产生竖屏向内的分力，使四点平行机构横向移动，遇到扶正块，向下移动，卡瓦下端接触环形箍，停止动作，进而提高对抽油杆13的夹持作用，完成重力自锁，在该过程中，由于结构内力小，不会损坏扶正块和结构本身，且提高了夹持的稳定性和可靠性。

请参阅图1-图6，上活动板2上圆周均布有上活动板套筒10，上活动板套筒10与上活动板2固定连接；下活动板3上圆周均布有下活动板套筒11，下活动板套筒11与下活动板3固定连接；上活动板套筒10和下活动板套筒11均套设于支撑杆8上，且上活动板套筒10的底端穿过下活动板3，下活动板套筒11的顶端穿过上活动板2。

其中，上活动板2上圆周均布有上活动板套筒10，上活动板套筒10的底端穿过下活动板3；下活动板3上圆周均布有下活动板套筒11，下活动板套筒11与下活动板3固定连接，下活动板套筒11的顶端穿过上活动板2使得上活动板2和下活动板3在运动过程中互不影响，提高了装置的稳定性和可靠性；上活动板套筒10和下活动板套筒11均套设于支撑杆8上可使上活动板2和下活动板3在上活动板套筒10和下活动板套筒11的带动下流畅的滑动；下活动板套筒11与弹簧5的顶部相接触，使弹簧5的作用力更加集中。

请参阅图3和图4，连杆I405上的辅助支撑铰接点45与下活动板3的底部铰接固定，连杆II401穿过下活动板3与上活动板2的底部铰接固定，连杆I405的铰接点二44与卡瓦架404的左端铰接固定，连杆II401的另外一端与三联板402的内推铰接点42铰接固定，三联板402的主支撑铰接点43与下活动板3铰接固定，三联板402下端的铰接点一41与卡瓦架404的右端铰接固定，卡瓦架404为中空状，卡瓦架404最右端螺栓固定有卡瓦块403。

其中，在上活动板2进行第一行程的动作过程中，在上活动板2运动时，上活动板 2下行动作，推动连杆 II401，驱动三联板 402 绕主支撑铰接点 43 旋转，通过铰接点一41带动卡瓦架 404，联动连杆 I405 绕辅助支撑铰接点 45 转动，最终形成四点平行机构的同步合拢运动，实现卡瓦装置对抽油杆13的夹持定位；四点平行机构横向移动时，遇到扶正块，横向力小，不会损坏结构本身，也不会对扶正块形成损坏；卡瓦架404最右端螺栓固定的卡瓦块403在工作过程中出现损坏便于更换和维护，这种模块化设计降低了维护成本，提高了装置的耐用性。

请参阅图2，气动组件包括气缸7和气缸固定板12；气缸7的伸缩端与气缸固定板12固定连接，气缸固定板12与上活动板2靠近下活动板3的一面固定连接。

其中，气缸7的伸缩端与气缸固定板12固定连接，气缸固定板12与上活动板2靠近下活动板3的一面固定连接；气缸7将动力传递至上活动板2，进而为整个装置提供了动力来源。

请参阅图1-图3，气缸7位于支撑座中的支撑杆8之间。

其中，气缸7位于支撑座中的支撑杆8之间，且气缸7均布于底座6上，使得气缸7对上活动板2的作用力均匀分布，并使该装置的结构更加紧凑。

请参阅图1-图7，顶板1、底座6、上活动板2和下活动板3的中心处均开设有与环形箍9圆形通孔直径相同的圆形通孔。

其中，顶板1、底座6、上活动板2和下活动板3的中心处均开设有与环形箍9圆形通孔直径相同的圆形通孔保证了抽油杆13的通过性，适用于不同直径的抽油杆13。

请参阅图3-图4，环形箍9上方的卡瓦架404远离卡瓦块403的侧面设有向卡瓦块403倾斜的斜面，卡瓦块403的底部设有向上倾斜的斜面，卡瓦块403远离三联板402的面上设有弧形凹槽。

其中，环形箍9上方的卡瓦架404远离卡瓦块403的侧面设有向卡瓦块403倾斜的斜面，卡瓦块403的底部设有向上倾斜的斜面为卡瓦块403顺利进入环形箍9提供了必要的条件，而卡瓦块403远离三联板402的面上的弧形凹槽则增大了卡瓦块403与抽油杆13的接触面积，增大了抽油杆13的夹持力，同时减少了夹持过程中对抽油杆表面的损伤。

请参阅图5，环形箍9上方的三组卡瓦的中心刚好与环形箍9的中心相重合。

其中，环形箍9上方的三组卡瓦的中心刚好与环形箍9的中心相重合，保证了抽油杆13在进行夹持时和下落时，抽油杆13始终在一条直线上，且不会使抽油杆受到损伤。

请参阅图7，一种抽油杆气动卡瓦的井口夹持装置，包括两个抽油杆气动卡瓦，两个抽油杆气动卡瓦通过上下安装在一起且两个抽油杆气动卡瓦之间的距离大于等于抽油杆上扶正块的长度，且两个气动卡瓦同时动作。

其中，两个抽油杆气动卡瓦通过上下安装在一起且两个抽油杆气动卡瓦之间的距离大于等于抽油杆上扶正块的长度，保证了至少有一组卡瓦能够避开抽油杆13上的扶正块，两个气动卡瓦同时动作，确保有一个卡瓦能锁止抽油杆，使卡瓦能够卡在抽油杆13的杆体上，防止了单个卡瓦在遇到扶正块时可能导致的夹持失效或设备损坏和单个抽油杆气动卡瓦在工作过程中使抽油杆13落入井中的问题。

在工作时，先上下设置两个抽油杆气动卡瓦，并确保两个抽油杆气动卡瓦的间距大于抽油杆扶正块的长度，且两个气动卡瓦同时动作，确保有一个卡瓦能锁止抽油杆，然后将抽油杆放入该装置中，由于上活动板2与连杆II401铰接固定，下活动连接板3与连杆I405上的辅助支撑铰接点45铰接固定，在气缸7推动上活动板2运动时，下活动板3由于弹簧5的作用力使其保持静止，上活动板 2 下行动作，推动连杆 II401，驱动三联板 402 绕主支撑铰接点 43 旋转，通过铰接点一 41 带动卡瓦架 404，联动连杆 I405 绕辅助支撑铰接点45 转动，使四点平行机构的同步合拢运动，卡瓦块403与抽油杆13贴合完成第一行程动作，然后两个抽油杆气动卡瓦中的气缸7继续收缩，在收缩过程中，气缸7带动上活动板2向下运动至下活动板3，气缸7克服弹簧的弹力使下活动板3、卡瓦和四点平行机构向下运动进行第二行程的动作，直至卡瓦块403外侧与环形箍9相抵，此时完成第二行程的动作，这时抽油杆可以借助自身重力锁止固定。

气动卡瓦松开时，上述动作反向重复一遍。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种抽油杆气动卡瓦的井口夹持装置，包括支撑座、气动组件和卡瓦，其特征在于，所述支撑座包括支撑杆（8）、顶板（1）和底座（6），支撑座中部设有连通孔；在支撑座内设有以连通孔为中心沿圆周分布的卡瓦，与卡瓦交错分布的支撑座内圆周固定至少两个的支撑杆（8），相隔的支撑杆（8）上套设有弹簧（5），在弹簧（5）上端的支撑杆（8）上套装有下活动板（3）；下活动板（3）上方的支撑座内装有上活动板（2），支撑座内装有气缸（7），气缸（7）的动力输出端与上活动板（2）连接并驱动上活动板（2）上下移动；卡瓦包括卡瓦端部和卡瓦柄部；卡瓦柄部水平固定在卡瓦端部的上端外侧；卡瓦柄部内端设有铰接点一（41），铰接点一（41）上铰接有三联板（402），三联板（402）另一端分别设有主支撑铰接点（43）和内推铰接点（42），内推铰接点（42）位于主支撑铰接点（43）外侧下方；主支撑铰接点（43）通过销轴安装在下活动板（3）底部内侧的铰接座上；内推铰接点与上活动板（2）铰接有连杆II（401）；卡瓦柄部外端设有铰接点二（44），铰接点二（44）上铰接有连杆I（405），连杆I（405）另一端设有辅助支撑铰接点（45），辅助支撑铰接点（45）通过销轴安装在下活动板（3）底部外侧的铰接座上；铰接点一（41）、主支撑铰接点（43）、铰接点二（44）与辅助支撑铰接点（45）之间形成四点平行机构；

所述卡瓦下方设有环形箍（9），环形箍（9）的中心处开设有圆形通孔，环形箍（9）圆形通孔的顶端设有倒角，且环形箍（9）固定连接于底座（6）的中心；

包括两个抽油杆气动卡瓦，两个抽油杆气动卡瓦通过上下安装在一起且两个抽油杆气动卡瓦之间的距离大于等于抽油杆上扶正块的长度。

2.根据权利要求1所述的一种抽油杆气动卡瓦的井口夹持装置，其特征在于，所述上活动板（2）上圆周均布有上活动板套筒（10），上活动板套筒（10）与上活动板（2）固定连接；下活动板（3）上圆周均布有下活动板套筒（11），下活动板套筒（11）与下活动板（3）固定连接；上活动板套筒（10）和下活动板套筒（11）均套设于支撑杆（8）上，且上活动板套筒（10）的底端穿过下活动板（3），下活动板套筒（11）的顶端穿过上活动板（2）。

3.根据权利要求2所述的一种抽油杆气动卡瓦的井口夹持装置，其特征在于，所述连杆I（405）上的辅助支撑铰接点（45）与下活动板（3）的底部铰接固定，连杆II（401）穿过下活动板（3）与上活动板（2）的底部铰接固定，连杆I（405）的铰接点二（44）与卡瓦架（404）的左端铰接固定，连杆II（401）的另外一端与三联板（402）的内推铰接点（42）铰接固定，三联板（402）的主支撑铰接点（43）与下活动板（3）铰接固定，三联板（402）下端的铰接点一（41）与卡瓦架（404）的右端铰接固定，卡瓦架（404）为中空状，卡瓦架（404）最右端螺栓固定有卡瓦块（403）。

4.根据权利要求3所述的一种抽油杆气动卡瓦的井口夹持装置，其特征在于，所述气动组件包括气缸（7）和气缸固定板（12）；气缸（7）的伸缩端与气缸固定板（12）固定连接，气缸固定板（12）与上活动板（2）靠近下活动板（3）的一面固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种抽油杆气动卡瓦的井口夹持装置，其特征在于，所述气缸（7）位于支撑座中的支撑杆（8）之间。

6.根据权利要求5所述的一种抽油杆气动卡瓦的井口夹持装置，其特征在于，所述顶板（1）、底座（6）、上活动板（2）和下活动板（3）的中心处均开设有与环形箍（9）圆形通孔直径相同的圆形通孔。

7.根据权利要求6所述的一种抽油杆气动卡瓦的井口夹持装置，其特征在于，所述环形箍（9）上方的卡瓦架（404）远离卡瓦块（403）的侧面设有向卡瓦块（403）倾斜的斜面，卡瓦块（403）的底部设有向上倾斜的斜面，卡瓦块（403）远离三联板（402）的面上设有弧形凹槽。

8.根据权利要求7所述的一种抽油杆气动卡瓦的井口夹持装置，其特征在于，所述环形箍（9）上方的三组卡瓦的中心刚好与环形箍（9）的中心相重合。