本發明涉及一種無壓痕液壓鉗卡瓦的制備方法，適用于石油工程的技術領域。

背景技術：

液壓動力鉗為開口型動力鉗，是油田修井作業時用于上、卸抽油桿、油管、套管、隔熱管、鉆桿及類似管柱螺紋的機械化設備。現有的動力鉗主要由主鉗和背鉗組成，背鉗夾緊管柱接箍，主鉗夾緊管柱旋轉完成接管和卸管的工作。現有動力鉗的鉗口內側的牙座上配裝的牙塊都有較硬的硬度和鋒利的牙尖，使得在接箍時能夠將牙塊切入管柱從而卡緊防止油管墜井。每次操作以后，都會在管柱的外表面咬出一定深度的壓痕。多次使用以后，管柱的表面會出現損傷。由于油井中大量的二氧化碳和硫化氫的腐蝕，使得損傷的管柱表面被加速腐蝕，從而使其加速失效，大大增加了油氣田作業的成本、工作量和作業風險。更有甚者，近年來隨著非金屬管柱在油田上使用的增多，使得無壓痕動力鉗的需求越來越緊迫。

中國專利申請CN102061895A公開了一種無損傷油管動力鉗背鉗鉗頭，由背鉗上蓋、背鉗主體、背鉗顎板架、坡板、滾輪、滾輪軸、卡瓦片、卡瓦座、卡瓦壓片和復位彈簧等組成，解決了油田管柱作業中對管柱的損壞，卡緊可靠，結構簡單。其中，卡瓦片裝在卡瓦座的插槽中，卡瓦片與所卡緊的管柱外徑包容，為非金屬高分子耐磨材料，或為金屬片與非金屬高分子耐磨材料的組合，或為耐磨合金材料。通過采用耐磨材料制成的卡瓦片，并加大與管柱的接觸面積，起到卡緊管柱且不損傷管柱的作用，其經濟效益可觀。中國專利申請CN102061896A公開了一種無損傷油管動力鉗鉗頭卡緊機構，其中公開了類似的卡瓦片。

現有技術中急需一種不會對油管造成損傷的卡瓦片及其制備方法，使得此種卡瓦片在用于夾緊油管時，能夠保持其完整性。

技術實現要素：

本發明提供了一種無壓痕液壓鉗卡瓦的制備方法，通過該制備方法制成的卡瓦片能夠滿足夾緊要求的同時，不會對管柱造成任何損傷，因此極大地提高了油氣田作業的經濟性、可靠性和安全性。

根據本發明的無壓痕液壓鉗的卡瓦的制備方法，包括以下步驟：

(1)塑煉

將丁腈橡膠在開煉機上分段塑煉，同時加入增塑劑來加快塑煉，增塑劑是丁腈橡膠質量的15-17％；在開煉機兩個旋轉輥筒間，憑借前后輥相對速度不同所產生的剪切力使橡膠大分子斷裂,塑煉溫度控制在30±1℃，前后輥的速度比控制在1:1.32，輥距為1mm；

(2)混煉

將開煉機的水溫控制在70-80℃，將塑煉好的膠料放在開煉機上進行混煉，并依次加入上述增塑劑、防老劑和硫化劑，反復薄通，出片待用；

混煉期間，加入的膠料、增塑劑、防老劑和硫化劑的質量比為1:0.08-0.12:0.06-0.08:0.05-0.06；

(3)涂膠

將金屬網格清理干凈，按照尺寸裁定成型，將膠黏劑均勻涂抹在其表面待用；

(4)下料

將混煉后的膠料停放2天以后，按照產品的形狀和尺寸下料；

(5)硫化

將涂好膠黏劑的金屬網格和裁剪好的膠料分層放入模具中，鎖緊模具進行硫化；

硫化過程中模具的壓緊力為25-27MPa，溫度保持在175-180℃，壓緊時間為5-6小時；硫化完成以后打開模具，取出產品；

(6)修剪

產品取出以后，及時修剪成型。

優選地，增塑劑由二乙二醇二苯甲酸酯、環氧大豆油、去離子水、雙氧水、三氯甲烷按照質量比為1:0.2-0.3:0.1-0.15:0.1-0.12:0.05-0.07混合制成，其制備方法為將二乙二醇二苯甲酸酯、環氧大豆油和雙氧水放在密閉容器中加熱至70-75℃并密封2小時使其充分混合，然后加入去離子水攪拌并使其溫度保持在50-52℃，靜置1小時后放入三氯甲烷，混合均勻。

更優選地，增塑劑由二乙二醇二苯甲酸酯、環氧大豆油、去離子水、雙氧水、三氯甲烷按照質量比為1:0.24:0.12:0.12:0.05混合制成。

優選地，防老劑由4,4'-二(α-甲基芐基)二苯胺、6–乙氧基–2,2,4–三甲基–1,2–二氫化喹啉、炭黑、三氧化二鋁和二氧化硅按照質量比為1:0.6-0.8:0.2-0.3:0.12-0.14:0.1-0.15混合均勻制成；硫化劑由硫磺粉、酚醛樹脂、氧化鋅、二硫化二嗎啉和二硫化二苯并噻唑按照質量比為1：0.3-0.5：0.1-0.14：0.5-0.7：0.12-0.16混合均勻制成。

更優選地，防老劑由4,4'-二(α-甲基芐基)二苯胺、6–乙氧基–2,2,4–三甲基–1,2–二氫化喹啉、炭黑、三氧化二鋁和二氧化硅按照質量比為1:0.62:0.28:0.12:0.15混合均勻制成；硫化劑由硫磺粉、酚醛樹脂、氧化鋅、二硫化二嗎啉和二硫化二苯并噻唑按照質量比為1：0.38：0.12：0.7：0.15混合均勻制成。

優選地，膠黏劑由以下重量份數的組分構成：

環氧樹脂 20-30份，

聚丁烯醇 12-14份，

改性聚氨酯 10-12份，

甲基丙烯酸甲酯 15-18份，

淀粉 7-11份，

滑石粉 6-9份，

碳纖維 10-15份。

膠黏劑的制備過程為：將環氧樹脂加熱到120-130℃，保溫靜置2小時以激活其活性，然后加入改性聚氨酯和甲基丙烯酸甲脂，攪拌均勻并加熱到150-156℃，然后加入聚丁烯醇使其充分反應并混合均勻，冷卻至室溫后，加入淀粉、滑石粉和碳纖維。

本發明的另一方面，提供了一種無壓痕液壓鉗，包括背鉗和主鉗，背鉗和主鉗的中部均設有卡瓦座，卡瓦座上間隔地周向固定有卡瓦，所述卡瓦為上述制備方法制得的卡瓦。

優選地，卡瓦呈弧面片狀，內側設有摩擦突起部；或者，卡瓦的內側設置成粗糙內表面；卡瓦的個數為至少兩個。

采用本發明的制備方法制得的卡瓦用于液壓鉗中，使得作業時不會在管柱的表面造成任何損傷，能夠極大地提高油管的使用壽命和作業安全性。

附圖說明

圖1是根據本發明的液壓鉗的立體示意圖。

圖2是根據本發明的液壓鉗的俯視圖。

圖3是本發明的卡瓦的一種實施方式的俯視圖。

圖4是本發明的卡瓦的一種實施方式的側視圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下文中將結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。

如圖1和2所示，本發明的液壓鉗包括背鉗1和主鉗2，背鉗1和主鉗2的中部均設有卡瓦座，卡瓦3間隔地周向固定在卡瓦座上。作業時，背鉗1抱緊管柱接箍，主鉗2抱緊待接管柱并旋轉，從而將上下管柱旋接。卡瓦的尺寸可以根據管柱的實際尺寸進行選擇，其圍繞卡瓦座設置的個數為至少兩個，例如可以是2個、3個或4個。

如圖3和4所示，其中顯示了一種實施方式的卡瓦的結構示意圖。如圖所示，卡瓦呈弧面片狀，其外側設有摩擦突起部，以增大與卡瓦座之間的抱緊摩擦力。優選地，卡瓦外側的摩擦突起部可以設置為齒狀，以與卡瓦座上的齒相互嚙合。

如上所述的本發明的卡瓦，其制備工藝如下：

(1)塑煉

塑煉是橡膠加工的一個工序,指采用機械或化學的方法,降低生膠分子量和粘度以提高其可塑性，并獲適當的流動性，以滿足混煉和成型進一步加工的需要。塑煉過程是使橡膠大分子鏈斷裂，分子鏈由長變短而使分子量分布均勻化的過程。在塑煉過程中導致大分子鏈斷裂的因素主要有兩個：一是機械破壞作用；二是熱氧化降解作用。低溫塑煉時，主要是由于機械破壞作用，大分子在強烈的機械力作用下發生斷鏈；高溫塑煉時，熱氧化降解作用占主導地位。

將丁腈橡膠在開煉機上分段塑煉，同時加入增塑劑來加快塑煉，增塑劑的使用量為丁腈橡膠的15-17％(質量比)。在開煉機兩個旋轉輥筒間，憑借前后輥相對速度不同所產生的剪切力使橡膠大分子斷裂,從而達到增塑的目的。塑煉溫度控制在30±1℃，前后輥的速度比控制在1:1.32，輥距為1mm。

根據本發明的增塑劑的一種優選實施方式如下：

增塑劑由二乙二醇二苯甲酸酯、環氧大豆油、去離子水、雙氧水、三氯甲烷按照質量比為1:0.2-0.3:0.1-0.15:0.1-0.12:0.05-0.07混合制成，其制備方法為將二乙二醇二苯甲酸酯、環氧大豆油和雙氧水放在密閉容器中加熱至70-75℃并密封2小時使其充分混合，然后加入去離子水攪拌并使其溫度保持在50-52℃，靜置1小時后放入三氯甲烷，混合均勻。

更優選地，增塑劑可以由二乙二醇二苯甲酸酯、環氧大豆油、去離子水、雙氧水、三氯甲烷按照質量比為1:0.24:0.12:0.12:0.05混合制成。

(2)混煉

混煉是用煉膠機將生膠或塑煉生膠與配合劑煉成混煉膠的工藝，是橡膠加工最重要的生產工藝。其通過機械作用使生膠或塑料膠與各種配合劑均勻混合。

將開煉機的水溫控制在70-80℃，將塑煉好的膠料放在開煉機上進行混煉，并依次加入增塑劑、防老劑和硫化劑，反復薄通(即，使橡膠很薄地通過開煉機的兩個輥筒)，最后出片待用。其中，加入的膠料、增塑劑(成分同上)、防老劑和硫化劑的質量比為(假設膠料的質量份數為1)1:0.08-0.12:0.06-0.08:0.05-0.06。

根據本發明的防老劑的一種優選實施方式如下：

防老劑由4,4'-二(α-甲基芐基)二苯胺、6–乙氧基–2,2,4–三甲基–1,2–二氫化喹啉、炭黑、三氧化二鋁和二氧化硅按照質量比為1:0.6-0.8:0.2-0.3:0.12-0.14:0.1-0.15混合均勻制成。

更優選地，防老劑由4,4'-二(α-甲基芐基)二苯胺、6–乙氧基–2,2,4–三甲基–1,2–二氫化喹啉、炭黑、三氧化二鋁和二氧化硅按照質量比為1:0.62:0.28:0.12:0.15混合均勻制成。

根據本發明的硫化劑的一種優選實施方式如下：

硫化劑由硫磺粉、酚醛樹脂、氧化鋅、二硫化二嗎啉和二硫化二苯并噻唑按照質量比為1：0.3-0.5：0.1-0.14：0.5-0.7：0.12-0.16混合均勻制成。優選地，硫化劑由硫磺粉、酚醛樹脂、氧化鋅、二硫化二嗎啉和二硫化二苯并噻唑按照質量比為1：0.38：0.12：0.7：0.15混合均勻制成。

(3)涂膠

將金屬網格清理干凈，按照尺寸裁定成型，將膠黏劑均勻涂抹在其表面待用。膠黏劑要選擇適用于粘結丁腈橡膠的膠黏劑。

膠黏劑的一種優選實施方式如下：

膠黏劑由以下重量份數的組分構成：

環氧樹脂 20-30份，

聚丁烯醇 12-14份，

改性聚氨酯 10-12份，

甲基丙烯酸甲酯 15-18份，

淀粉 7-11份，

滑石粉 6-9份，

碳纖維 10-15份。

其制備過程為：將環氧樹脂加熱到120-130℃，保溫靜置2小時以激活其活性，然后加入改性聚氨酯和甲基丙烯酸甲脂，攪拌均勻并加熱到150-156℃，然后加入聚丁烯醇使其充分反應并混合均勻，冷卻至室溫后，加入淀粉、滑石粉和碳纖維。

(4)下料

將混煉后的膠料停放2天以后，按照產品的形狀和尺寸下料。

(5)硫化

將涂好膠黏劑的金屬網格和裁剪好的膠料分層放入模具中，鎖緊模具進行硫化。硫化過程中模具的壓緊力為25-27MPa，溫度保持在175-180℃，壓緊時間為5-6小時。硫化完成以后打開模具，取出產品。

(6)修剪，檢驗

產品取出以后，及時修剪成型。

采用本發明的制備方法制得的卡瓦用于液壓鉗中，能夠使得液壓鉗在抱緊管柱的過程中不會在管柱的表面造成任何損傷，能夠極大地提高油管的使用壽命和作業安全性。

雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便于理解本發明而采用的實施方式，并非用以限定本發明。任何本發明所屬技術領域內的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節上作任何的修改與變化，但本發明的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。