CN110863793A - 一种用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置 - Google Patents

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郑廷碧
张泽丽
郑波强
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王文
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Abstract

本发明公开了一种用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置，包括悬挂单元（10）；悬挂单元由上至下依次设有密封单元（20）、锁紧和解封回收单元（30）、卡瓦锚定单元（40）和传力单元（60）；悬挂单元包括由上至下依次螺纹连接的上接头（11）、上心管（12）、下心管（13）和下接头（14）；下接头上端的外螺纹与缸套（15）连接；下心管下端设有一组沿圆周均布的传压孔（17）；下心管与卡瓦锚定单元下部对应位置环槽（16）。本发明依靠液压力实现斜向器在开窗过程中的轴向、周向定位，不需预置定位座，开窗位置可根据工艺要求调整。本发明结构简单，便于操作，安全可靠，可实现一次下钻完成定向、坐封并开窗修窗，提高生产效率。

Description

一种用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置
技术领域
本发明涉及一种用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置，属于钻井设备技术领域。
背景技术
随着油气田的大规模开发，有大量的新井或老井需要开窗侧钻来提高产量，开窗侧钻作业的主要目的是实现：“死井复活”、提高采收率、降低成本。
现有的开窗侧钻锚定工具结构大多使用单卡瓦结构，不能封堵老井眼。钻井时，先用送入工具把斜向器连同锚定装置下入井内预定位置，调整好斜向器斜面方位，再通过液压或机械坐封将斜向器固定于井内；然后再通过旋转或拉压钻具使送入器与斜向器分离，再起出钻具和送入器并换上铣锥进行开窗作业。现有的单卡瓦结构在上述作业过程中可靠性较低，并且只能承受单向作用力，不能承受周向转动。遇到作业复杂情况应变能力较低。另外在侧钻作业完成后，锚定工具有可能产生位移，作业安全性难以保证，效率低。锚定装置没有封隔胶筒下钻后可能因为老井眼与地层串通而导致侧钻时发生井漏、井涌甚至井喷危险。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置，以提高开窗侧钻作业的效率和可靠性，确保开窗侧钻作业时的安全性，消除井漏、井涌甚至井喷的安全隐患，从而克服现有技术存在的不足。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的一种用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置，包括悬挂单元；悬挂单元由上至下依次设有密封单元、锁紧和解封回收单元、卡瓦锚定单元和传力单元；悬挂单元包括由上至下依次螺纹连接的上接头、上心管、下心管和下接头；下接头上端的外螺纹与缸套连接；下心管下端设有一组沿圆周均布的传压孔；下心管与卡瓦锚定单元下部对应位置环槽。
前述用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置中，所述密封单元位于悬挂单元的上心管外圆上；密封单元包括由上至下依次设置的心管锁帽、一组胶筒和连接套；一组胶筒的两胶筒之间设有隔环。
前述用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置中，所述心管锁帽与悬挂单元中的上接头底面抵紧并密封；连接套套在悬挂单元中的上心管外圆上，并通过上心管外圆的轴肩限位；连接套底口的内螺纹与卡瓦锚定单元螺纹连接。
前述用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置中，所述锁紧和解封回收单元位于悬挂单元的上心管下端外侧；锁紧和解封回收单元包括锁紧锥套；锁紧锥套经解封剪钉与上心管下端连接，锁紧锥套上方设有锁环。
前述用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置中，所述卡瓦锚定单元位于悬挂单元的下心管外圆上；包括卡瓦上锥座；卡瓦上锥座下端的内螺纹与套在下心管外圆的锁紧套顶部的外螺纹连接；卡瓦上锥座底面的卡口内设有上卡瓦；上卡瓦下端与卡瓦底座连接；卡瓦底座底部由上至下依次设有套在锁紧套外圆上的下卡瓦、卡瓦下锥座和弹簧。
前述用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置中，锁紧套底部的套壁上设有一组沿圆周均布的小孔，小孔内设有钢球，钢球顶在悬挂单元的下心管外圆的环槽内；卡瓦下锥座底部经坐封剪钉与悬挂单元中的缸套连接。
前述用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置中，所述传力单元位于悬挂单元的下心管与缸套之间的空腔内；传力单元包括活塞；活塞内圆与下心管外圆密封滑动连接；活塞外圆与缸套内圆密封滑动连接；活塞顶面设有卡瓦预推套，卡瓦预推套顶面与卡瓦锚定单元中的弹簧底端抵紧。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，本发明依靠液压力使双卡瓦锚定定位，实现斜向器在开窗过程中的轴向、周向定位，不需预置定位座，开窗位置可根据工艺要求调整。可实现封堵老井眼，消除了侧钻新井眼与老井眼地层串通的风险。不仅可以回收、结构简单、便于操作、大幅度提高作业效率、安全可靠。而且当配合斜向器使用时，不仅完全满足套管开窗侧钻工艺要求，而且实现了一次下钻完成定向、坐封并开窗修窗，最大限度缩短了钻井周期，提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是本发明的分段结构示意图；
图3是图2中弹簧段的局部放大图；
图4是卡瓦底座与下卡瓦通过斜面燕尾槽连接的示意图；
图5是本发明的应用简图。
附图中的标记为：1-本发明的装置、2-斜向器、3-凸耳打捞工具、4-凸耳、5-打捞孔、10－悬挂单元、11-上接头、12-上心管、13-下心管、14-下接头、15-缸套、16-环槽、17-传压孔、20-密封单元、21-心管锁帽、22-胶筒、23-连接套、24-隔环、30-锁紧和解封回收单元、31-锁紧锥套、32-解封剪钉、33-锁环、40-卡瓦锚定单元、41-卡瓦上锥座、42-锁紧套、43-上卡瓦、44-卡瓦底座、45-下卡瓦、46-卡瓦下锥座、47-弹簧、48-钢球、49-坐封剪钉、50-斜面燕尾槽、51-斜面燕尾凸台、52-轴向卡瓦牙、53-周向卡瓦牙、60-传力单元、61-活塞、62-卡瓦预推套。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的一种用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置，如图1和图2所示，包括悬挂单元10；悬挂单元10由上至下依次设有密封单元20、锁紧和解封回收单元30、卡瓦锚定单元40和传力单元60；悬挂单元10包括由上至下依次螺纹连接的上接头11、上心管12、下心管13和下接头14；下接头14上端的外螺纹与缸套15连接；下心管13下端设有一组沿圆周均布的传压孔17；下心管13与卡瓦锚定单元40下部对应位置环槽16。
如图2所示，密封单元20位于悬挂单元10的上心管12外圆上；密封单元20包括由上至下依次设置的心管锁帽21、一组胶筒22和连接套23；一组胶筒22的两胶筒22之间设有隔环24。心管锁帽21与悬挂单元10中的上接头11底面抵紧并密封；连接套23套在悬挂单元10中的上心管12外圆上，并通过上心管12外圆的轴肩限位；连接套23底口的内螺纹与卡瓦锚定单元40螺纹连接。锁紧和解封回收单元30位于悬挂单元10的上心管12下端外侧；锁紧和解封回收单元30包括锁紧锥套31；锁紧锥套31经解封剪钉32与上心管12下端连接，锁紧锥套31上方设有锁环33。卡瓦锚定单元40位于悬挂单元10的下心管13外圆上；包括卡瓦上锥座41；卡瓦上锥座41下端的内螺纹与套在下心管13外圆的锁紧套42顶部的外螺纹连接；卡瓦上锥座41底面的卡口内设有上卡瓦43；上卡瓦43下端与卡瓦底座44连接；卡瓦底座44底部由上至下依次设有套在锁紧套42外圆上的下卡瓦45、卡瓦下锥座46和弹簧47。如图3所示，锁紧套42底部的套壁上设有一组沿圆周均布的小孔，小孔内设有钢球48，钢球48顶在悬挂单元10的下心管13外圆的环槽16内；卡瓦下锥座46底部经坐封剪钉49与悬挂单元10中的缸套15连接。传力单元60位于悬挂单元10的下心管13与缸套15之间的空腔内；传力单元60包括活塞61；活塞61内圆与下心管13外圆密封滑动连接；活塞61外圆与缸套15内圆密封滑动连接；活塞61顶面设有卡瓦预推套62，卡瓦预推套62顶面与卡瓦锚定单元40中的弹簧47底端抵紧。
实施例
本例的装置由悬挂单元10、密封单元20、锁紧和解封回收单元30、卡瓦锚定单元40、传力单元60组成。悬挂单元10包括上接头11、上心管12、下心管13、下接头14和缸套15组成。密封单元20包括心管锁帽21、胶筒22、连接套23和隔环24组成。锁紧和解封回收单元30包括锁紧锥套31、解封剪钉32和锁环33组成。卡瓦锚定单元40包括卡瓦上锥座41、锁紧套42、上卡瓦43、卡瓦底座44、下卡瓦45、卡瓦下锥座46和弹簧47组成。传力单元60包括活塞61和卡瓦预推套62组成。
悬挂单元10中的下心管13与卡瓦锚定单元40中的锁紧套42之间沿圆周安装有八个钢球48，主要防止下钻过程中胶筒22上推伸出。下心管13下端设有沿圆周均布的一组传压孔17，压力通过传压孔17传递给活塞61，通过活塞61推动卡瓦预推套62压缩弹簧47上移，当卡瓦预推套62上端面上移到卡瓦下锥座46内孔的限位台阶时，弹簧47压缩限位，八个钢球48进入卡瓦预推套62的最大内径段。此时悬挂单元10与卡瓦锚定单元40解锁。
悬挂单元10中的缸套15与卡瓦锚定单元40中的卡瓦下锥座46之间安装有四个坐封剪钉49，用于防止下钻过程中卡瓦上推伸出。
密封单元20的作用是：当地面打压时，液体通过传压孔17进入活塞61的密封腔里，液体推动传力单元60压缩弹簧47向上移动，当卡瓦下锥座46在活塞61和弹簧47的作用下，剪断安装在缸套15和卡瓦下锥座46之间的四个坐封剪钉49；此时液体压力通过传力单元60、卡瓦锚定单元40挤压密封单元20使胶筒22向外扩张紧紧的抵在油井的套管内壁实现坐封功能。同时卡瓦上锥座41与锁环33上的锯齿啮合，使胶筒22在泄压后仍锁定于坐封状态，坐封方便可靠。
卡瓦锚定单元40的作用是：当地面打压时，液体通过传压孔17进入活塞61的密封腔里，液体推动传力单元60压缩弹簧47向上移动，当卡瓦下锥座46在活塞61和弹簧47的作用下，剪断安装在缸套15和卡瓦下锥座46之间的四个坐封剪钉49；此时液体压力通过传力单元60、卡瓦锚定单元40挤压密封单元20使胶筒22向外扩张紧紧的抵在油井的套管内壁；液体压力继续通过卡瓦下锥座46和卡瓦底座44上移，带动上卡瓦43和下卡瓦45向外伸出直至锚定在油井套管的内壁上实现锚定功能。同时，卡瓦上锥座41与锁环33上的锯齿啮合，使上卡瓦43和下卡瓦45在泄压后仍处于锚定状态，锚定同样方便可靠。
如图4所示，卡瓦锚定单元40中卡瓦上锥座41、卡瓦底座44和卡瓦下锥座46外圆端面均设有放掉结构的斜面燕尾槽50，上卡瓦43、下卡瓦45上均设有放掉结构的斜面燕尾凸台51，上卡瓦43的斜面燕尾凸台51在卡瓦上锥座41的斜面燕尾槽50内滑动向外伸出，下卡瓦45的斜面燕尾凸台51在卡瓦下锥座46斜面燕尾槽50内滑动向外伸出。为了清楚显示斜面燕尾槽50，图4仅画出了卡瓦底座44与下卡瓦45的连接关系。上卡瓦43与卡瓦底座44的连接关系与图3基本类似都是通过斜面燕尾槽50滑动连接，所不同的是上卡瓦43的形状与下卡瓦45不同。下卡瓦15限制转动，上卡瓦43限制轴向窜动，上卡瓦43和下卡瓦45均可在液压力的推动下向外扩张，实现锚定作用。
卡瓦锚定单元40中上卡瓦43外直径圆周上设有起轴向限位作用的周向卡瓦牙52，下卡瓦45外直径圆周上设有起周向限位作用的轴卡瓦牙53。
锁紧和解封回收单元30的作用是：锁环33外直径圆周上设有限制其单向运动的棘齿，卡瓦上锥座41内孔壁上设有与锁环33上棘齿配合的棘齿，因棘齿是单向的，当压力停止时，卡瓦是不能轴向移动、周向转动的；侧钻完成后回收斜向器时，凸耳打捞工具钩住斜向器打捞孔上提，悬挂单元10带动锁环33、锁紧锥套31依次上提，剪断解封剪钉32后，胶筒22、上卡瓦43和下卡瓦45回位解锁，使胶筒22、和上卡瓦43和下卡瓦45失去锁定力，达到解封及回收本装置的目的，解封动作可靠。
工作原理
在配合斜向器应用时，如图5所示，首先将本发明的装置1与斜向器2螺纹连接好并下井，下井到达侧钻点时，由地面打压液体通过下心管13上的传压孔17传递给活塞61，此时活塞61推动卡瓦预推套62压缩弹簧47上移，当卡瓦预推套62上端面上移到卡瓦下锥座46内孔的限位台阶时，八个钢球48落入卡瓦预推套62最大内径位置，此时悬挂单元10和卡瓦锚定单元40解锁，当卡瓦下锥座46在活塞61和弹簧47的作用下，剪断安装在缸套15与卡瓦下锥座46之间的四个坐封剪钉49，此时依次推动卡瓦下锥座46、下卡瓦45、卡瓦底座44、上卡瓦43、卡瓦上锥座41、连接套23、胶筒22、隔环24、一起上移，推挤压缩胶筒22直至将油井的套管密封，实现坐封功能。液体压力继续推动上卡瓦43、下卡瓦45向外伸出直至锚定在油井套管内壁上，实现锚定功能。同时，卡瓦上锥座41与锁环33上的棘齿啮合，使卡瓦在泄压后仍锁定于锚定状态，锚定可靠。
本发明的装置具有回收功能，开窗侧钻作业完成后回收斜向器时，通过专用的凸耳打捞工具3上的凸耳4钩住斜向器2上的打捞孔5上提，悬挂单元10带动锁环33、锁紧锥套31依次上提，剪断解封剪钉32后，胶筒22、上卡瓦43和下卡瓦45回位解锁，使胶筒22、和上卡瓦43和下卡瓦45失去锁定力，达到解封及回收本装置的目的，解封动作可靠。
本发明依靠液压力使双卡瓦锚定定位，实现斜向器在开窗过程中的轴向、周向定位，不需预置定位座，开窗位置可根据工艺要求调整。可实现封堵老井眼，消除了侧钻新井眼与老井眼地层串通的风险。不仅可以回收、结构简单、便于操作、大幅度提高作业效率、安全可靠。而且当配合斜向器使用时，不仅完全满足套管开窗侧钻工艺要求，而且实现了一次下钻完成定向、坐封并开窗修窗，最大限度缩短了钻井周期，提高了生产效率。

Claims (7)

1.一种用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置，包括悬挂单元（10）；其特征在于：悬挂单元（10）由上至下依次设有密封单元（20）、锁紧和解封回收单元（30）、卡瓦锚定单元（40）和传力单元（60）；悬挂单元（10）包括由上至下依次螺纹连接的上接头（11）、上心管（12）、下心管（13）和下接头（14）；下接头（14）上端的外螺纹与缸套（15）连接；下心管（13）下端设有一组沿圆周均布的传压孔（17）；下心管（13）与卡瓦锚定单元（40）下部对应位置环槽（16）。
2.根据权利要求1所述用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置，其特征在于：所述密封单元（20）位于悬挂单元（10）的上心管（12）外圆上；密封单元（20）包括由上至下依次设置的心管锁帽（21）、一组胶筒（22）和连接套（23）；一组胶筒（22）的两胶筒（22）之间设有隔环（24）。
3.根据权利要求2所述用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置，其特征在于：所述心管锁帽（21）与悬挂单元（10）中的上接头（11）底面抵紧并密封；连接套（23）套在悬挂单元（10）中的上心管（12）外圆上，并通过上心管（12）外圆的轴肩限位；连接套（23）底口的内螺纹与卡瓦锚定单元（40）螺纹连接。
4.根据权利要求1所述用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置，其特征在于：所述锁紧和解封回收单元（30）位于悬挂单元（10）的上心管（12）下端外侧；锁紧和解封回收单元（30）包括锁紧锥套（31）；锁紧锥套（31）经解封剪钉（32）与上心管（12）下端连接，锁紧锥套（31）上方设有锁环（33）。
5.根据权利要求1所述用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置，其特征在于：所述卡瓦锚定单元（40）位于悬挂单元（10）的下心管（13）外圆上；包括卡瓦上锥座（41）；卡瓦上锥座（41）下端的内螺纹与套在下心管（13）外圆的锁紧套（42）顶部的外螺纹连接；卡瓦上锥座（41）底面的卡口内设有上卡瓦（43）；上卡瓦（43）下端与卡瓦底座（44）连接；卡瓦底座（44）底部由上至下依次设有套在锁紧套（42）外圆上的下卡瓦（45）、卡瓦下锥座（46）和弹簧（47）。
6.根据权利要求4所述用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置，其特征在于：所述锁紧套（42）底部的套壁上设有一组沿圆周均布的小孔，小孔内设有钢球（48），钢球（48）顶在悬挂单元（10）的下心管（13）外圆的环槽（16）内；卡瓦下锥座（46）底部经坐封剪钉（49）与悬挂单元（10）中的缸套（15）连接。
7.根据权利要求1所述用于开窗侧钻双卡瓦液压锚定封隔装置，其特征在于：所述传力单元（60）位于悬挂单元（10）的下心管（13）与缸套（15）之间的空腔内；传力单元（60）包括活塞（61）；活塞（61）内圆与下心管（13）外圆密封滑动连接；活塞（61）外圆与缸套（15）内圆密封滑动连接；活塞（61）顶面设有卡瓦预推套（62），卡瓦预推套（62）顶面与卡瓦锚定单元（40）中的弹簧（47）底端抵紧。
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