CN109505547A - 油管锚 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油田采油设备领域，尤其涉及一种油管锚，本发明包括油管锚主体，还包括限压脱扣机构；限压脱扣机构，其结构包括滑管、锥套、单向止动套、碟簧、外筒、堵头和下接头，滑管的外侧设置有滑道和齿条，齿条上设置有单向止动齿，所述的碟簧和单向止动套设置在滑管与外筒之间的环形空间内，碟簧的上下两端分别抵在外筒和单向止动套上，单向止动套在碟簧的作用下保持远离锥套的运动趋势，单向止动套的上端设置有弹簧爪。热采停止时，油管管柱缩短，本发明可将油管及油管锚主体承受的轴向拉力限定在一定范围内，使油管管柱冷缩后产生的拉力不至于对油管锚本体的坐封稳定性造成影响，也不至于对油管的抗拉强度造成挑战。
Description
技术领域
本发明属于油田采油设备领域，尤其涉及一种油管锚。
背景技术
在石油开采过程中，油管锚是一种必备的工具，其功能是将油管管柱固定在井壁上，防止油管管柱转动。目前，大多数的油管锚锚定后，油管管柱不但不能旋转，而且不能上下串动，而在稠油热采时，这种油管锚会造成一些问题：热采时，油管管柱受热伸长，但油管锚不能移动，由此直接导致油管管柱受压弯曲，进而导致采油举升装置机械损失大，机组效率底，抽油杆和油管磨损过快等问题。
为了解决上述问题，现有技术中在稠油热采井中采用一种单向卡瓦油管锚，这种油管锚可以阻止油管管柱旋转，但在油管热涨伸长时，油管锚整体可以随油管管柱的长度变化而向下串动，并在串动后重新锚定，从而避免了油管管柱弯曲造成的不良后果。然而，在热采停止时，油管管柱会冷缩变短，而油管锚在此时不能向上串动，直接导致油管管柱承受较大的拉伸应力，该拉伸应力的存在直接导致油管锚容易解封，对油管锚的锚定力要求较高以及对油管的抗拉强度要求较高等问题。
发明内容
本发明提供一种油管锚，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
本发明包括油管锚主体，还包括限压脱扣机构；
油管锚主体，其结构包括上接头、中心管、活塞套、坐封活塞、坐封套、卡簧挂、卡簧、上锥体、卡瓦、下锥体、卡瓦安装套和解封环，上接头通过螺纹连接在中心管的上端，活塞套的上端通过螺纹连接在上接头下端的外侧，坐封活塞、坐封套、卡簧挂和卡簧均位于中心管与活塞套之间的环形空间内，其中，坐封活塞套装在中心管上，坐封套的上端通过螺纹连接在坐封活塞的下端，卡簧挂通过螺纹固定连接在中心管上，卡簧套装在卡簧挂外侧的环形槽内，所述的坐封套的内侧和卡簧的外侧均设置有牙形为直角三角形的止退螺纹，所述的上锥体、卡瓦安装套和下锥体均套装在中心管上，所述的卡瓦设置在上锥体、下锥体、中心管和卡瓦安装套所围成的空间内，所述的解封环通过解封销钉安装在中心管上，解封环的上端抵在下锥体的下端，所述中心管上与所述坐封活塞的上方空间对应设置有过液孔A；
限压脱扣机构，其结构包括滑管、锥套、单向止动套、碟簧、外筒、堵头和下接头，滑管的外侧设置有滑道和齿条，滑道和齿条的长度方向均与滑管的轴线方向一致，齿条上设置有单向止动齿，所述的锥套通过螺纹连接在所述的中心管下端的外侧，锥套下端的外侧设置有圆锥面，所述的外筒通过螺纹连接在锥套的外侧，所述的碟簧和单向止动套设置在滑管与外筒之间的环形空间内，碟簧的上下两端分别抵在外筒和单向止动套上，单向止动套在碟簧的作用下保持远离锥套的运动趋势，单向止动套的上端设置有弹簧爪，弹簧爪的内侧设置有与所述锥套上的圆锥面匹配的圆锥面，弹簧爪的内侧还设置有与所述齿条匹配的棘齿，所述的堵头通过螺纹连接在外筒的下端，从而防止单向止动套从外筒内掉出，所述的下接头通过螺纹连接在滑管的下端，下接头上设置有凸缘，凸缘的外径等于所述堵头的内径，凸缘和堵头通过安全销钉连接；
所述的单向止动套的下端设置有与所述凸缘的外径匹配的止口；
所述解封环插在所述外筒上端的止口内；
所述的滑管的管壁上与所述的过液孔A对应设置有过液孔B，过液孔B的上下两侧设置有圆柱密封面，圆柱密封面上设置有用于对过液孔B的上下两侧进行密封的密封圈。
所述的齿条分为固定齿条和滑动齿条，固定齿条直接加工在滑管的外壁上，滑动齿条位于滑管的下端，滑动齿条的长度不小于所述的单向止动套的轴向长度，所述的滑管上与所述的滑动齿条对应设置有燕尾槽，所述的滑动齿条插装在所述的燕尾槽内并可沿燕尾槽的长度方向串动，串动范围不小于20mm。
所述的上接头的内侧设置有起防转作用的凸出部，凸出部插在滑管外侧的滑道内，并可在滑道内自由滑动。
所述的滑动齿条位于上极限位置时，其下端与所述的单向止动套下端的止口的底面平齐。
本发明的有益效果为：油管管柱受热伸长时，本发明中的滑管可相对于油管锚主体向下滑动，而油管锚本体的锚定位置不发生变化，从而避免了油管管柱弯曲。热采停止时，油管管柱缩短，滑管开始承受油管管柱施加的拉力，与此同时，所述的碟簧被不断压缩并承受与上述拉力相等且方向相同的压力，当碟簧所受压力达到限值时，所述的弹簧爪内侧的棘齿在锥套上锥面的作用下与所述的齿条脱离，从而使滑管可相对于油管锚主体向上滑动，从而将油管及油管锚主体承受的轴向拉力限定在一定范围内，使油管管柱冷缩后产生的拉力不至于对油管锚本体的坐封稳定性造成影响，也不至于对油管的抗拉强度造成挑战。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是油管锚主体的结构示意图；
图3是限压脱扣机构的结构示意图；
图4是滑动齿条与所述的燕尾槽的插装配合结构示意图；
图5是图3中A处的局部放大图；
图6是图1中B处的局部放大图。
图中：1-上接头，2-坐封活塞，3-活塞套，4-坐封套，5-卡簧挂，6-卡簧，7-上锥体，8-卡瓦，9-下锥体，10-卡瓦安装套，11-解封环，12-解封销钉，13-过液孔A，14-滑管，15-锥套，16-单向止动套，17-碟簧，18-外筒，19-堵头，20-下接头，21-安全销钉，22-固定齿条，23-锥面，24-弹簧爪，25-滑动齿条，26-中心管，27-滑道，28-凸缘，29-过液孔B,30-密封圈，31-凸出部。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述：
本发明包括油管锚主体和限压脱扣机构，油管锚主体用于实现油管锚的基础功能，限压脱扣机构使油管管柱与油管锚主体之间可以相对运动，从而达到防止油管蠕动的目的。
油管锚主体，其结构包括上接头1、中心管26、活塞套3、坐封活塞2、坐封套4、卡簧挂5、卡簧6、上锥体7、卡瓦8、下锥体9、卡瓦安装套10和解封环11，上接头1通过螺纹连接在中心管26的上端，活塞套3的上端通过螺纹连接在上接头1下端的外侧，坐封活塞2、坐封套4、卡簧挂5和卡簧6均位于中心管26与活塞套3之间的环形空间内，其中，坐封活塞2套装在中心管26上，坐封套4的上端通过螺纹连接在坐封活塞2的下端，卡簧挂5通过螺纹固定连接在中心管26上，卡簧6套装在卡簧挂5外侧的环形槽内，所述的坐封套4的内侧和卡簧6的外侧均设置有牙形为直角三角形的止退螺纹，用于防止卡瓦8坐封后坐封套4向上倒退。所述的上锥体7、卡瓦安装套10和下锥体9均套装在中心管26上，所述的卡瓦8设置在上锥体7、下锥体9、中心管26和卡瓦安装套10所围成的空间内，所述的解封环11通过解封销钉12安装在中心管26上，解封环11的上端抵在下锥体9的下端，解封时，上提中心管26便可实现油管锚本体的解封(上体中心管26通过上提滑管14至上极限位置来实现)。所述中心管26上与所述坐封活塞2的上方空间对应设置有过液孔A13。油管锚主体的结构与常见的油管锚的结构和原理基本相同，在此不再赘述。
限压脱扣机构，其结构包括滑管14、锥套15、单向止动套16、碟簧17、外筒18、堵头19和下接头20，滑管14的外侧设置有滑道27和齿条，滑道27和齿条的长度方向均与滑管14的轴线方向一致。所述的上接头1的内侧设置有起防转作用的凸出部31，凸出部31插在滑管14外侧的滑道27内，可在油管锚主体锚定的情况下防止油管管柱旋转。
齿条上设置有单向止动齿，所述的锥套15通过螺纹连接在所述的中心管26下端的外侧，单向止动套16的上端设置有弹簧爪24，弹簧爪24的内侧设置有与所述锥套15上的圆锥面匹配的圆锥面23，锥套15下端的外侧设置有圆锥面23，所述的外筒18通过螺纹连接在锥套15的外侧，弹簧爪24的内侧还设置有与所述齿条匹配的棘齿。齿条相对于弹簧爪24向下运动时，弹簧爪24不会阻止齿条下行，齿条上行时，弹簧爪24上的棘齿会钩住齿条上的单向止动齿，从而迫使单向止动套16与齿条一同上行。
所述的碟簧17和单向止动套16设置在滑管14与外筒18之间的环形空间内，碟簧17的上下两端分别抵在外筒18和单向止动套16上，单向止动套16在碟簧17的作用下保持远离锥套15的运动趋势。碟簧17的作用是提供一个齿条与弹簧爪24脱离瞬间的压力限值，使滑管14承受一定拉力后，才能相对于油管锚本体向上滑动。这样的设计可防止滑管14承受下级井下工具或井下压力后向上串动，从而避免了因滑管14自由串动而造成井下工具深度不准确等问题。
所述的堵头19通过螺纹连接在外筒18的下端，从而防止单向止动套16从外筒18内掉出。
用于插装滑动齿条25的燕尾槽一直延伸至滑管14的最下端，所述的下接头20通过螺纹连接在滑管14的下端，从而将燕尾槽的下端封堵。
下接头20上设置有凸缘28，凸缘28的外径等于所述堵头19的内径，凸缘28和堵头19通过安全销钉21连接。本发明下井时，油管锚本体会与井壁发生摩擦和碰撞，设置安全销钉21可防止下井过程中油管锚本体与滑管14相对移动。
所述的单向止动套16的下端设置有与所述凸缘28的外径匹配的止口，上提管柱时，凸缘28进入单向止动套16内的止口内，继而推动单向止动套16向上运动。
所述解封环11插在所述外筒18上端的止口内，解封环11与锥套15的上端面之间留有供解封销钉12剪断瞬间串动的间隙。
所述的滑管14的管壁上与所述的过液孔A13对应设置有过液孔B29，过液孔B29的上下两侧设置有圆柱密封面，圆柱密封面上设置有用于对过液孔B29的上下两侧进行密封的密封圈30，在过液孔B29所在处，固定齿条被分成上下两段。由于过液孔B29的上下两侧必须密封，因此过液孔B29的临近位置设置了圆柱密封面来取代齿条上的齿形结构。
所述的齿条分为固定齿条22和滑动齿条25，固定齿条22直接加工在滑管14的外壁上，滑动齿条25位于滑管14的下端，滑动齿条25的长度不小于所述的单向止动套16的轴向长度，所述的滑管14上与所述的滑动齿条25对应设置有燕尾槽，所述的滑动齿条25插装在所述的燕尾槽内并可沿燕尾槽的长度方向串动，串动范围不小于20mm。设置滑动齿条25的意义在于：当本发明下至预定深度且油管锚主体锚定后，需要剪断安全销钉，而设置滑动齿条25后，在安全销钉21剪断的瞬间，单向止动套16不会随滑管14的上提而移动，因此可有效避免安全销钉21剪断后的瞬间冲击力，从而避免冲击造成零件变形，甚至损坏等问题。
所述的滑动齿条25位于上极限位置时，其下端与所述的单向止动套16下端的止口的底面平齐。
在安全销钉21未剪断时，所述上接头1上的凸出部位于所述的滑道27的最下端，即上接头1位于滑道的下极限位置。
本发明的安装过程为：
1、将滑管14连接在油管管柱上并下放至油管锚预定的锚定深度，下井前，本发明的状态如图1所示。
2、向油管管柱内打压，压力依次经由过液孔B29和过液孔A13进入坐封活塞2上方的空间，继而推动坐封活塞2、坐封套4和上锥体7向下移动，卡瓦8在上锥体7和下锥体9上的锥面的作用下沿径向移动，进而锚定在井壁上，实现油管锚坐封，同时，坐封套4在止退螺纹的作用下锁止，防止压力撤除后坐封套4向上回位。
3、上提油管管柱，安全销钉21受力剪断，完成安装。
本发明的工作原理为：
油管管柱受热伸长时，本发明中的滑管14可相对于油管锚主体向下滑动，而油管锚本体的锚定位置不发生变化，从而避免了油管管柱弯曲。热采停止时，油管管柱缩短，滑管14开始承受油管管柱施加的拉力，与此同时，所述的碟簧17被不断压缩并承受与上述拉力相等且方向相同的压力，当碟簧17所受压力达到限值时，所述的弹簧爪24内侧的棘齿在锥套15上圆锥面23的作用下与所述的齿条脱离，从而使滑管14可相对于油管锚主体向上滑动，从而将油管及油管锚主体承受的轴向力限定在一定范围内，使油管管柱冷缩后产生的拉力不至于对油管锚本体的坐封稳定性造成影响，也不至于对油管的抗拉强度造成挑战。
Claims (4)
1.一种油管锚，包括油管锚主体，还包括限压脱扣机构，其特征在于：
油管锚主体，其结构包括上接头(1)、中心管(26)、活塞套(3)、坐封活塞(2)、坐封套(4)、卡簧挂(5)、卡簧(6)、上锥体(7)、卡瓦(8)、下锥体(9)、卡瓦安装套(10)和解封环(11)，上接头(1)通过螺纹连接在中心管(26)的上端，活塞套(3)的上端通过螺纹连接在上接头(1)下端的外侧，坐封活塞(2)、坐封套(4)、卡簧挂(5)和卡簧(6)均位于中心管(26)与活塞套(3)之间的环形空间内，其中，坐封活塞(2)套装在中心管(26)上，坐封套(4)的上端通过螺纹连接在坐封活塞(2)的下端，卡簧挂(5)通过螺纹固定连接在中心管(26)上，卡簧(6)套装在卡簧挂(5)外侧的环形槽内，所述的坐封套(4)的内侧和卡簧(6)的外侧均设置有牙形为直角三角形的止退螺纹，所述的上锥体(7)、卡瓦安装套(10)和下锥体(9)均套装在中心管(26)上，所述的卡瓦(8)设置在上锥体(7)、下锥体(9)、中心管(26)和卡瓦安装套(10)所围成的空间内，所述的解封环(11)通过解封销钉(12)安装在中心管(26)上，解封环(11)的上端抵在下锥体(9)的下端，所述中心管(26)上与所述坐封活塞(2)的上方空间对应设置有过液孔A(13)；
限压脱扣机构，其结构包括滑管(14)、锥套(15)、单向止动套(16)、碟簧(17)、外筒(18)、堵头(19)和下接头(20)，滑管(14)的外侧设置有滑道(27)和齿条，滑道(27)和齿条的长度方向均与滑管(14)的轴线方向一致，齿条上设置有单向止动齿，所述的锥套(15)通过螺纹连接在所述的中心管(26)下端的外侧，锥套(15)下端的外侧设置有圆锥面(23)，所述的外筒(18)通过螺纹连接在锥套(15)的外侧，所述的碟簧(17)和单向止动套(16)设置在滑管(14)与外筒(18)之间的环形空间内，碟簧(17)的上下两端分别抵在外筒(18)和单向止动套(16)上，单向止动套(16)在碟簧(17)的作用下保持远离锥套(15)的运动趋势，单向止动套(16)的上端设置有弹簧爪(24)，弹簧爪(24)的内侧设置有与所述锥套(15)上的圆锥面匹配的圆锥面(23)，弹簧爪(24)的内侧还设置有与所述齿条匹配的棘齿，所述的堵头(19)通过螺纹连接在外筒(18)的下端，从而防止单向止动套(16)从外筒(18)内掉出，所述的下接头(20)通过螺纹连接在滑管(14)的下端，下接头(20)上设置有凸缘(28)，凸缘(28)的外径等于所述堵头(19)的内径，凸缘(28)和堵头(19)通过安全销钉(21)连接；
所述的单向止动套(16)的下端设置有与所述凸缘(28)的外径匹配的止口；
所述解封环(11)插在所述外筒(18)上端的止口内；
所述的滑管(14)的管壁上与所述的过液孔A(13)对应设置有过液孔B(29)，过液孔B(29)的上下两侧设置有圆柱密封面，圆柱密封面上设置有用于对过液孔B(29)的上下两侧进行密封的密封圈(30)。
2.根据权利要求1所述的一种油管锚，其特征在于：所述的齿条分为固定齿条(22)和滑动齿条(25)，固定齿条(22)直接加工在滑管(14)的外壁上，滑动齿条(25)位于滑管(14)的下端，滑动齿条(25)的长度不小于所述的单向止动套(16)的轴向长度，所述的滑管(14)上与所述的滑动齿条(25)对应设置有燕尾槽，所述的滑动齿条(25)插装在所述的燕尾槽内并可沿燕尾槽的长度方向串动，串动范围不小于20mm。
3.根据权利要求1所述的一种油管锚，其特征在于：所述的上接头(1)的内侧设置有起防转作用的凸出部(31)，凸出部(31)插在滑管(14)外侧的滑道(27)内，并可在滑道(27)内自由滑动。
4.根据权利要求2所述的一种油管锚，其特征在于：所述的滑动齿条(25)位于上极限位置时，其下端与所述的单向止动套(16)下端的止口的底面平齐。
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