專利名稱：抽油桿自鎖緊組合卡具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及油田有桿泵采油領(lǐng)域中所使用的一種器具，尤其是涉及一種安裝于抽油桿上具有自鎖緊功能的組合卡具。
背景技術(shù)：
在油田有桿泵采油領(lǐng)域中，為了緊固抽油桿，需要在桿體上安裝固定卡具。現(xiàn)在常用的卡具為一種方形卡具，其主要由對稱的中間帶有圓弧的兩個(gè)方形卡體組成，然后靠螺栓及螺母將其鎖緊到抽油桿上。在實(shí)際應(yīng)用過程中，這種卡具被發(fā)現(xiàn)存在如下缺點(diǎn)安裝不便，工人需要站在高空中緊固6枚螺栓后方能固定完一套方卡具；機(jī)械振動(dòng)容易造成螺栓與螺母之間的鎖緊松動(dòng)；環(huán)境溫度變化引起金屬抽油桿體發(fā)生熱脹冷縮時(shí)，卡具的鎖緊力不能隨之作出調(diào)整，容易使抽油桿發(fā)生滑脫；靠螺栓與螺母所產(chǎn)生的鎖緊力很小，很難承受由數(shù)百米抽抽桿下墜所產(chǎn)生的沖力，因此鎖緊效果不好。
實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的抽油桿方形卡具鎖緊效果不好且容易因環(huán)境溫度、機(jī)械振動(dòng)等因素的影響而無法鎖緊抽油桿致使抽油桿滑脫的不足，本實(shí)用新型提供了一種抽油桿自鎖緊組合卡具，該種抽油桿自鎖緊組合卡具具有可自動(dòng)調(diào)整對抽油桿的鎖緊力、鎖緊效果好且不會(huì)受環(huán)境溫度、機(jī)械振動(dòng)等因素影響的特點(diǎn)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是該種抽油桿自鎖緊組合卡具，包括上卡具、下卡具以及防掉卡具，所述上卡具由“U”形卡環(huán)、“T”形頂塊、鎖緊螺母以及相應(yīng)緊固件構(gòu)成，其中，卡環(huán)的兩個(gè)前端結(jié)構(gòu)與形狀相同，其內(nèi)側(cè)面為平面，其外側(cè)面為開有外螺紋的圓弧面，頂塊位于鎖緊螺母之中，頂塊的前端為一個(gè)具有圓弧面的方體，其后端為一個(gè)帶有卡簧槽的圓柱體，鎖緊螺母為一端封閉的開有內(nèi)螺紋的中空柱體，其內(nèi)螺紋與卡環(huán)上的外螺紋相匹配，其封閉側(cè)中央開有一個(gè)圓孔，頂塊的圓柱形后端便由此圓孔穿出，通過將卡簧卡入頂塊圓柱形后端的卡簧槽固定后，頂塊與鎖緊螺母之間就形成了轉(zhuǎn)動(dòng)連接，即頂塊可在外力的作用下，沿其圓柱形后端的中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述下卡具由“U”形卡體、帶有切面的圓柱形卡銷、楔體以及連接螺栓構(gòu)成，其中，卡體的兩個(gè)前端對稱開有兩個(gè)圓形通孔，其截面形狀與卡銷的徑向截面形狀相同，即卡銷可以穿過卡體的兩個(gè)圓形通孔，兩者之間為間隙配合，楔體的形狀為倒置的“L”形，在其頂端臺(tái)肩上開有通孔，該楔體兩側(cè)一側(cè)為圓弧面，另一側(cè)為斜面，所述斜面的寬度與卡銷上的切面寬度相同，此外，在卡銷上開有螺紋孔，將圓柱形卡銷穿入卡體的前端的兩個(gè)圓形通孔后，連接螺栓穿過楔體頂端臺(tái)肩上的通孔與卡銷上的螺紋孔緊密連接，楔體上的斜面與卡銷上的切面相接觸，由于卡銷為圓柱形其可以沿圓形通孔轉(zhuǎn)動(dòng)，所以該種接觸為平面接觸，即兩個(gè)平面之間可以完全壓合。
所述防掉卡具由具有相同最大外徑的防掉鎖緊螺母、防掉頂塊以及“T”形防掉卡環(huán)構(gòu)成，這里的最大外徑對防掉鎖緊螺母而言是指防掉鎖緊螺母的外徑，對防掉頂塊而言是指防掉頂塊的高度，對于防掉卡環(huán)而言則是指其軸向高度。其中，防掉卡環(huán)的兩個(gè)前端結(jié)構(gòu)與形狀相同，其內(nèi)側(cè)面為平面，其外側(cè)面為開有外螺紋的圓弧面，防掉頂塊中具有圓弧面的前端位于防掉鎖緊螺母之外，其后端帶有一個(gè)開有卡簧槽的圓柱體，防掉鎖緊螺母為一端封閉的開有內(nèi)螺紋的中空柱體，其內(nèi)螺紋與防掉卡環(huán)上的外螺紋相匹配，其封閉側(cè)中央開有一個(gè)圓孔，防掉頂塊的圓柱形后端由此圓孔穿出，經(jīng)卡簧固定后，防掉頂塊與防掉鎖緊螺母之間形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
本實(shí)用新型具有如下有益效果由于采取上述方案的抽油桿自鎖緊組合卡具中的上卡具與防掉卡具中均采用了非連續(xù)螺紋設(shè)計(jì)，可以避免因機(jī)械振動(dòng)或溫度變化所導(dǎo)致的內(nèi)外螺紋間的松動(dòng)，確保了鎖緊效果；在下卡具中采用了帶有斜面的楔體，當(dāng)抽油桿下墜時(shí)或其在溫度發(fā)生變化引起抽油桿體熱脹冷縮時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整鎖緊力直至達(dá)到一種鎖緊的力的平衡狀態(tài)，即楔體會(huì)沿斜面移動(dòng)，直至將抽油桿緊緊夾住，大大提高了本種組合卡具應(yīng)用的可靠性；此外，安裝本卡具只需要緊固兩枚螺栓，較之方卡具而言，大大提高了工作效率。


附圖1是本實(shí)用新型的組成示意圖；
附圖2是本實(shí)用新型安裝后的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖中1-鎖緊螺母，2-頂塊，3-抽油桿，4-卡環(huán)前端，5-卡環(huán)，6-連接螺栓，7-圓弧面，8-通孔，9-卡銷，10-螺紋孔，11-斜面，12-卡體，13-圓形通孔，14-卡簧，15-楔體，16-防掉鎖緊螺母，17-防掉頂塊，18-防掉卡體，19-懸繩器。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明如圖1結(jié)合圖2所示，該種抽油桿自鎖緊組合卡具，包括上卡具、下卡具、防掉卡具，上卡具與下卡具相互鄰接安裝，均安裝于抽油機(jī)懸繩器19的上方，防盜卡具則安裝于懸繩器19的下方。所述的上卡具由“U”形卡環(huán)5、“T”形頂塊2以及鎖緊螺母1構(gòu)成，其中，卡環(huán)5的兩個(gè)前端結(jié)構(gòu)與形狀相同，其內(nèi)側(cè)面為平面，其外側(cè)面為開有外螺紋的圓弧面，頂塊2置于鎖緊螺母1之中，其前端具有圓弧面，其后端帶有一個(gè)開有卡簧槽的圓柱體，鎖緊螺母1為一端封閉的開有內(nèi)螺紋的中空柱體，其內(nèi)螺紋與卡環(huán)5上的外螺紋相匹配，其封閉側(cè)中央開有一個(gè)圓孔，頂塊2的圓柱形后端由此圓孔穿出，經(jīng)卡簧14固定后，頂塊2與鎖緊螺母1之間便可形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，即頂塊2可在外力的作用下，沿其圓柱形后端的中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述下卡具由“U”形卡體12、具有切面的圓柱形卡銷9、楔體15以及連接螺栓6構(gòu)成，其中，卡體12的兩個(gè)前端對稱開有兩個(gè)圓形通孔13，其截面形狀與卡銷9的徑向截面形狀相同，即卡銷9與通孔13之間的配合為間隙配合，楔體15為倒置的“L”形，其頂端臺(tái)肩上開有通孔8，其一側(cè)為圓弧面7，另一側(cè)為斜面11，所述斜面11的寬度與卡銷9上的切面寬度相同，該斜面11的傾斜角度范圍應(yīng)當(dāng)在1度到25度之間，所述通孔8的中心軸向切面應(yīng)當(dāng)與斜面11相平行，此外，在卡銷9上開有螺紋孔10，將卡銷9穿入卡體12的兩個(gè)通孔13后，利用連接螺栓6穿過楔體15上的通孔8與螺紋孔10，緊密連接后，斜面11與卡銷9上的切面相觸，由于卡銷為圓柱形其可以沿圓形通孔轉(zhuǎn)動(dòng)，所以該種接觸為平面接觸，即兩個(gè)平面之間可以完全壓合。
所述防掉卡具由具有相同最大外徑的防掉鎖緊螺母16、防掉頂塊17以及防掉卡環(huán)18構(gòu)成，這里的最大外徑對防掉鎖緊螺母而言是指防掉鎖緊螺母的外徑，對防掉頂塊而言是指防掉頂塊的高度，對于防掉卡環(huán)而言則是指其軸向高度，這樣設(shè)計(jì)的目的在于保證當(dāng)上、下卡具一旦下落時(shí)不會(huì)砸壞防掉鎖緊螺母。其中，防掉卡環(huán)18的兩個(gè)前端結(jié)構(gòu)與形狀相同，其內(nèi)側(cè)面為平面，其外側(cè)面為開有外螺紋的圓弧面，防掉頂塊17中具有圓弧面的前端位于防掉鎖緊螺母16之外，其后端帶有一個(gè)開有卡簧槽的圓柱體，防掉鎖緊螺母16為一端封閉的開有內(nèi)螺紋的中空柱體，其內(nèi)螺紋與防掉卡環(huán)18上的外螺紋相匹配，其封閉側(cè)中央開有一個(gè)圓孔，防掉頂塊17的圓柱形后端由此圓孔穿出，經(jīng)卡簧14固定后，防掉頂塊17與防掉鎖緊螺母16之間形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
經(jīng)過對比可知，所述防掉卡具與上卡具之間的結(jié)構(gòu)很近似，只是頂塊的大小與所處的位置不同以及防掉卡環(huán)、防掉頂塊、防掉鎖緊螺母之間的大小比例關(guān)系有所不同。
在上述技術(shù)方案中，上卡具與防掉卡具中所應(yīng)用的鎖緊螺母的外表面均推薦使用棱柱面，其好處在于便于拆卸與安裝。
在本實(shí)用新型中，各個(gè)部件的工作原理可分述如下上卡具和防掉卡具的工作原理是通過旋轉(zhuǎn)套在“U”形卡環(huán)上的鎖緊螺母，帶動(dòng)頂塊向抽油桿3方向靠攏，使U形槽底和頂塊間的距離逐漸變小，直至鎖緊螺母無法旋轉(zhuǎn)，從而依靠U形卡體和頂塊對抽油桿的正壓力所產(chǎn)生的摩擦力鎖緊抽油桿。
下卡具的工作原理是當(dāng)抽油桿3加上荷載后抽油桿向下滑移這時(shí)上卡具帶動(dòng)“L”形楔體15一起向下滑移，由于“L”形楔體15和卡銷9的切面接觸的一側(cè)為斜面，當(dāng)“L”形楔體15向下滑移時(shí)，卡銷9頂著“L”形楔體15使得“U”形槽底和“L”形楔體15間的距離變小，從而使“U”形卡體和“L”形楔體把抽油桿卡緊，直到抽油桿停止下滑，這時(shí)卡具的拉力和抽油桿所受到的荷載相等。當(dāng)抽油桿的荷載發(fā)生變化或由于溫度變化使得卡具形狀發(fā)生變化時(shí)上卡具帶動(dòng)“L”形楔體將自動(dòng)調(diào)整卡具的拉力。
當(dāng)由于某種原因使得抽油桿3自由下落時(shí)，防掉卡具首先接觸到盤根盒，當(dāng)拉力大于4噸時(shí)防掉卡具將產(chǎn)生滑移，這時(shí)防掉卡具吸收由抽油桿3產(chǎn)生的一部分動(dòng)能，接著上方的上下卡具將根據(jù)下沖動(dòng)能自動(dòng)鎖緊抽油桿3。
此外，通過實(shí)驗(yàn)得出，當(dāng)卡環(huán)前端圓弧面上鋸齒形外螺紋的螺距為3毫米，本實(shí)用新型的應(yīng)用效果最佳，可在300千克·米的扭矩作用下保持不滑脫、不折斷。
本組合卡具的使用方法如下第一步把抽油桿3放入上卡具U形卡環(huán)5的U形槽內(nèi)，接著將鎖緊螺母1中的頂塊2對準(zhǔn)U形槽口，然后旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母1，直至鎖緊螺母1帶動(dòng)頂塊2逐漸鎖緊抽油桿3。
第二步把抽油桿3放入下卡具中U形卡體12的U形槽內(nèi)，之后把帶有切面的圓柱形卡銷9插入U(xiǎn)形卡體12的兩個(gè)圓形通孔13內(nèi)。旋轉(zhuǎn)卡銷9使卡銷的切面對準(zhǔn)抽油桿，而后把L形楔體插入抽油桿3和卡銷9的槽面間。
第三步將抽油桿加上荷載，提升抽油機(jī)。
第四步在懸繩器的下方按第一步的方法固定好防掉卡具。
本組合卡具具有如下特點(diǎn)1、本組合卡具可以根據(jù)井下重量，自動(dòng)調(diào)整卡具對抽油桿的鎖緊力量，并且不會(huì)受環(huán)境溫度，機(jī)械震動(dòng)等因素的影響。
2、本組合卡具的最大拉力達(dá)到25噸，是普通兩組方卡具拉力的1.6-2倍。
3、本組合卡具具有操作安全的特點(diǎn)。本卡具采用φ55×3mm的鋸齒螺紋，可在300Kg.m扭矩下保持不滑扣、不折斷，在用管鉗扭緊時(shí)不易打滑，而現(xiàn)在油田上常用的方卡具在扭緊時(shí)管鉗很容易打滑，且經(jīng)常出現(xiàn)螺桿突然被扭斷的現(xiàn)象，很容易使操作人員受到意外傷害。
4、本組合卡具具有安裝速度快的特點(diǎn)。由于固定本組合卡具只有2枚螺栓需要扭緊，而固定方卡具則需要扭緊6枚螺栓所以安裝速度提高了2倍。此外，由于本組合卡具由于采用螺距為3mm的30度鋸齒螺紋，可以在低溫環(huán)境中，卡具粘滿固化原油的情況下保證順利拆裝，而其它卡具由于采用2.5-3mm的普通三角形小螺紋則無法達(dá)到上述效能。
5、本卡具和抽油桿的接觸面積大，而且可以根據(jù)抽油桿的荷載自動(dòng)調(diào)整到對抽油桿最適合的壓力，使得卡具對抽油桿的壓強(qiáng)減小，從而減小了對抽油桿的損傷。
6、上卡具和防掉卡具采用了非連續(xù)螺紋設(shè)計(jì)，使得它可以避免由于溫度變化、機(jī)械震動(dòng)而造成的螺栓松動(dòng)，而方卡具則不具備此項(xiàng)功能。
本組合卡具在上卡具螺栓的扭矩為100Kg·M時(shí)，上下卡具一共可以承載的額定重量為18噸，最大荷載為25噸。
防掉卡螺栓在100Kg·M扭矩下，可以產(chǎn)生的靜摩擦力為5噸，動(dòng)摩擦力為4噸。
權(quán)利要求1.一種抽油桿自鎖緊組合卡具，包括上卡具、下卡具、防掉卡具，其特征在于所述上卡具由“U”形卡環(huán)(5)、“T”形頂塊(2)、鎖緊螺母(1)構(gòu)成，其中，卡環(huán)(5)的兩個(gè)前端結(jié)構(gòu)與形狀相同，其內(nèi)側(cè)面為平面，其外側(cè)面為開有外螺紋的圓弧面，頂塊(2)置于鎖緊螺母(1)之中，其前端具有圓弧面，其后端帶有一個(gè)開有卡簧槽的圓柱體，鎖緊螺母(1)為一端封閉的開有內(nèi)螺紋的中空柱體，其內(nèi)螺紋與卡環(huán)(5)上的外螺紋相匹配，其封閉側(cè)中央開有一個(gè)圓孔，頂塊(2)的圓柱形后端由此圓孔穿出，經(jīng)卡簧(14)固定后，頂塊(2)與鎖緊螺母(1)之間形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述下卡具由“U”形卡體(12)、具有切面的圓柱形卡銷(9)、楔體(15)以及連接螺栓(6)構(gòu)成，其中，卡體(12)的兩個(gè)前端對稱開有兩個(gè)圓形通孔(13)，其截面形狀與卡銷(9)的徑向截面形狀相同，楔體(15)為倒置的“L”形，其頂端臺(tái)肩上開有通孔(8)，其一側(cè)為圓弧面(7)，另一側(cè)為斜面(11)，所述斜面(11)的寬度與卡銷(9)上的切面寬度相同，此外，在卡銷(9)上開有螺紋孔(10)，連接螺栓(6)穿過楔體(15)上的通孔(8)與螺紋孔(10)緊密連接后，斜面(11)與卡銷(9)上的切面相觸，該種接觸為平面接觸；所述防掉卡具由防掉鎖緊螺母(16)、防掉頂塊(17)以及防掉卡環(huán)(18)構(gòu)成，其中，防掉卡環(huán)(18)的兩個(gè)前端結(jié)構(gòu)與形狀相同，其內(nèi)側(cè)面為平面，其外側(cè)面為開有外螺紋的圓弧面，防掉頂塊(17)為“T”形，其具有圓弧面的前端位于防掉鎖緊螺母(16)之外，其后端帶有一個(gè)開有卡簧槽的圓柱體，防掉鎖緊螺母(16)為一端封閉的開有內(nèi)螺紋的中空柱體，其內(nèi)螺紋與防掉卡環(huán)(18)上的外螺紋相匹配，其封閉側(cè)中央開有一個(gè)圓孔，防掉頂塊(17)的圓柱形后端由此圓孔穿出，經(jīng)卡簧(14)固定后，防掉頂塊(17)與防掉鎖緊螺母(16)之間形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油桿自鎖緊組合卡具，其特征在于防掉頂塊(17)前端的長度、防掉鎖緊螺母(16)的外徑與防掉卡環(huán)(18)的軸向長度三者之間數(shù)值相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抽油桿自鎖緊組合卡具，其特征在于所述楔體(15)上的斜面(11)的傾斜角度范圍在1度到25度之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抽油桿自鎖緊組合卡具，其特征在于所述卡環(huán)(5)與防掉卡環(huán)(18)兩者前端圓弧面上的外螺紋均為鋸齒形外螺紋，其螺距為3毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抽油桿自鎖緊組合卡具，其特征在于鎖緊螺母(1)與防掉鎖緊螺母(16)的外表面均為棱柱面。
專利摘要一種用于抽油桿上的自鎖緊組合卡具。主要解決現(xiàn)有技術(shù)中抽油桿上的方形卡具安裝不便、鎖緊力小，易受環(huán)境溫度、機(jī)械振動(dòng)等因素的影響而無法鎖緊抽油桿的問題。其特征在于所述上卡具由“U”形卡環(huán)(5)、頂塊(2)、鎖緊螺母(1)構(gòu)成，其中，卡環(huán)(5)的兩個(gè)前端結(jié)構(gòu)形狀相同，其內(nèi)側(cè)面為平面，其外側(cè)面為開有外螺紋的圓弧面，所述下卡具由“U”形卡體(12)、帶有切面的圓柱形卡銷(9)、楔體(15)以及連接螺栓(6)構(gòu)成，楔體(15)一側(cè)面為圓弧面，另一側(cè)面為斜面，所述防掉卡具由防掉卡環(huán)(18)、防掉頂塊(17)、防掉鎖緊螺母(16)構(gòu)成。具有易于安裝、自動(dòng)調(diào)整對抽油桿的鎖緊力、鎖緊效果好且不受溫度、機(jī)械振動(dòng)等因素影響的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B17/00GK2690564SQ20042004942
公開日2005年4月6日 申請日期2004年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月26日
發(fā)明者姜衛(wèi)東, 郭強(qiáng) 申請人:姜衛(wèi)東, 郭強(qiáng)