卡瓦的加工与检验

韩张骅 冯进

摘 要：卡瓦在油气田的生产过程中有着重要的作用，它用来卡住并悬挂下井的钻杆、钻铤、动力钻具、套管等管柱。在这个过程中，主要是靠卡瓦牙对管柱的咬合来抱紧管柱。文章主要介绍卡瓦如何加工才能保证牙型的尖锐性以及如何检验卡瓦的合格性。

关键词：卡瓦牙；尖锐性；加工；检验

中图分类号：TD42 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）01-0105-02

Abstract： Slips play an important role in the production process of oil and gas fields. They are used to clip and hang the string of drill pipe， drill collar， power drill tool， casing and so on. In this process， the main way to tighten the string is the clenching of the slip insert to the pipe string. This paper mainly introduces how to process slips in order to ensure the sharpness of the slip inserts and how to check the qualification of slips.

Keywords： slip insert； sharpness； processing； examination

引言

卡瓦是钻井作业时不可缺少的井口工具，国外在起下钻作业中使用卡瓦已经很普遍，卡瓦已经按照不同规格和不同载荷形成了系列。在使用过程中，卡瓦牙对管柱的咬合力至关重要。对此，卡瓦牙必须保证牙型的尖锐。

1 卡瓦的主要特征

如图1所示，该产品属于薄壁件系列，产品内外都有精细部位，内孔齿状部位需保留尖角，外圆锥体上有环形浅槽多处，尺寸要求精准而细密，四周有螺纹侧孔，加工时易受径向作用力，最终产品需均分成四份，因装配时需要保证配合精度要求产品变形量极低，产品分割后各个模块之间有相互关系，检验复杂。

2 卡瓦主要加工步骤

毛坯检验合格后，夹持一侧兼顾总长车端面；车外圆至卡爪；车内孔直通。掉头装夹内孔，校正夹紧；保证总长车端面；车外圆接通；保证尺寸和半锥角，车圆锥面；保证尺寸，在圆锥面加工每英寸n牙的圆环形槽；保证尺寸车槽；砂外圆槽光洁度；卧加使用分度装置，分度头上夹持一块定位板，以此板为基准装夹零件使大头朝外。工作台转动10°，转动分度头在正确位置依次加工大头斜面上的斜孔，保证中心圆尺寸，锪平底孔，斜孔加工完毕后分度头回零点，工作台先回零点。工作台转动90°，依次在合适位置加工侧孔。使用如图2所示的工装，保证内孔尺寸，车内孔螺纹，倒角；调头，倒角；注意保护牙型。

3 卡瓦检测

3.1 检验工具

表面光洁度标准试块；最小50X的投影仪（目前道阀采用冲击试样缺口投影仪加自制R角模块来解决）；Repro 橡胶或牙膜膏或尺寸稳定的成型材料；光学影像仪；各种规格的螺纹塞规；硬度锉刀；表面硬度文件（仅用于参考）；用于尺寸检验的千分尺、卡尺，螺纹规等。

3.2 目视检验

根据规范和质量计划的要求对所有的表面进行目视检验。特别是下面列出的项目：

（1）卡瓦座的表面光洁度；

（2）通道孔和螺纹孔无毛刺；

（3）卡瓦内孔中的卡瓦牙保留锐边；

（4）卡瓦的外圆平面的表面光洁度；

（5）切割后的翘曲检查-当把卡瓦悬挂器芯轴放入时，与切割后的卡瓦中心应没有接触。具体做法：按照通径规工艺要求制作相对应的套管，将切割后的卡瓦片与之贴合，缝隙可采用塞尺检测，要求缝隙要在0.25mm以上；

（6）外径表面的检查可通过表面光洁度对比块完成；

（7）对于组件，应进行100%的目视检验。

3.3 尺寸检验

应对卡瓦进行100%的尺寸检验。检验结果应根据实测值进行记录。直径尺寸应在切割前进行检验。渗碳前，应对图纸上要求的所有外形、尺寸以及特殊要求进行检验，包括牙型、外径、内径和卡瓦牙的边缘（保持锐边）都应进行检验。卡瓦牙采用影像仪和投影仪结合的方式来检测。在清洗干净的卡瓦上贴好牙膜膏，每片牙膜应包含至少6个牙。对产品进行切片并在光学影像仪上对内外卡瓦牙的角度，牙距，牙高，R角等等尺寸进行检测。验证锋利锐边（当牙尖R角小于0.001 in 时）。在放大倍数50倍的投影仪上做出三条放大倍数50倍R角以及边线（0.0005；0.001；0.0015）用于對比，如图3所示。

3.4 装配检验

验证切割件的方向性（卡瓦牙的定位和匹配）；验证所有切割件的配对序列号（卡瓦、卡瓦座和压环）；验证卡瓦定位螺钉和导向销的安装是否正确。导向销不能伸到内孔的卡瓦牙中或超出悬挂器的外圆；当去除定位螺钉后，每瓣卡瓦应能上下自由移动；验证所有零件的正确套管尺寸并根据装配图正确装配；验证卡瓦按要求进行防锈。注意：卡瓦在任何情况下都不能喷砂，防止锋利锐边受损。

4 渗碳要求

渗碳前，应能清晰地识别基体的材料（如8620、1018、1020等）；需要气体渗碳处理的零件应是干净的，表面应无任何影响渗碳效果的异物存在。零件应在渗碳前完成精加工和标识。硬化深度：应按ASTM E384最新版确定硬化深度，硬化层深度要求为0.76～1.27mm。硬化深度是指零件表面以下硬度达到50HRC或等效硬度的最大深度。

根据ASTM E18标准，渗碳后硬化硬度等效为58～62HRC。应通过试块对已渗碳处理的零件进行验证。检测结果应提交给质量部门进行审核和批准。测试结果应包括渗碳的工艺参数（包括时间、温度、碳势、渗碳后的回火和冷却等）。试块的检测结果将会代表那些与试块经过相同渗碳处理（即产品的工艺参数与试块的工艺参数相同）的产品的性能。零件的循环时间、温度和其它参数应根据零件所要求硬化深度及硬度来选定，循环参数与试块工艺评定的参数差别应符合以下要求：温度不能超过+25？埘（14℃），时间不能超过+5分钟。如表1所示。

5 结束语

每块卡瓦都必须严格按照工艺要求生产并检验，卡瓦的合格性严重影响井口生产的安全性。

参考文献：

[1]SY 5049-91.钻井卡瓦[S].

[2]JBT6927-4993.卡瓦[S].

[3]实用机械加工工艺手册[M].