随着作业工艺的成熟,带压作业装备在国内外蓬勃发展并广泛应用。液压卡瓦作为带压作业装备核心部件,负责作业过程中卡持管柱,防止管柱飞出或掉落井底,其安全可靠性直接影响整机作业性能。国产化液压卡瓦经过多年优化改进,整体性能已达到国际先进水平,对开式、滑块式液压卡瓦因其独特结构形式已逐渐占据主流市场,未来将得到更广泛应用。

针对不压井作业机液压卡瓦存在的大负载下局部失效的问题,采用试验与仿真相结合的方法对卡瓦的开槽宽度、开槽位置和齿顶宽度3个结构参数进行了研究,提出了将有限元分析法、正交试验法、线性加权法和Matlabs优化工具箱相结合的液压卡瓦结构优化设计方法。研究结果表明液压卡瓦的薄弱部位为卡瓦齿,卡瓦齿在周向和轴向存在应力分布不均的问题;卡瓦齿周向的Mises应力基本呈现左右对称的趋势,卡瓦齿轴向的Mises应力呈现上下较大、中间较小的马鞍形;优化设计的卡瓦牙板开槽宽度为5 mm、齿顶宽为0.23 mm、开槽平面与左右端面角为21.67°。研究结果对液压卡瓦应力分布的改善以及夹持能力的提高有重要意义。

带压作业装置是一种不需要压井或放喷便可以直接进行井下作业的特殊设备,液压卡瓦作为带压作业装置的核心组成部件,对带压作业装置能否安全可靠运行起关键性作用。通过对滑块式与对开式液压卡瓦的优劣进行对比分析,研制了一种兼具两者优点的新型大通径液压卡瓦。介绍了这一大通径液压卡瓦的结构与工作原理,对卡瓦结构强度和卡瓦牙咬入油管深度进行了理论计算,并进行了现场检测。