CN114251067A - 一种井下工具锚定结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油、天然气钻完井领域，公开了一种井下工具锚定结构。该井下工具锚定结构包括：中心轴，套设在中心轴上的坐封推杆和止动套筒，以及连接在坐封推杆与止动套筒之间的锚定组件，其中，坐封推杆与中心轴滑动连接，止动套筒与中心轴固定连接，锚定组件包括沿中心轴的周向设置的至少两个子锚定组件，子锚定组件包括与坐封推杆固定连接的推动件和与止动套筒固定连接的止动件，以及位于推动件与止动件之间的卡瓦组件，坐封推杆沿中心轴的轴向滑动以推动推动件挤压卡瓦组件，从而使得卡瓦组件在止动件的止挡下径向向外伸出。该井下工具锚定结构可提供较大的线缆穿越空间，从而降低线缆在下入过程中受损的风险。

Description

一种井下工具锚定结构

技术领域

本发明涉及石油、天然气钻完井领域，具体涉及一种井下工具锚定结构。

背景技术

目前，常用的井下工具(如封隔器、管柱锚定工具等)中比较成熟的锚定结构一般采用U型双向卡瓦、交错型单向卡瓦、笼形整体式卡瓦等形式，同时锚定卡瓦两端有整体式锥形体结构，为锚定结构提供锚定力。这样的锚定结构常用于非常规压裂、稠油热采、上部完井和下部防砂等井下工具中，而针对智能注水和采油管柱中会存在一些问题，最典型的是控制电缆、液控管线等无法在上述锚定结构中进行穿越。

为解决这一问题，目前在智能注采工具中均采用在工具芯轴或本体内加工穿越孔的方式进行走线，然而这样的方式存在以下缺陷：采用工具本体内加工穿越孔(如旁通孔)的方式进行截断式穿越，使得控制线缆因需要分成若干段而导致无法实现控制线缆整体式无损穿越，从而大大增加了因线缆密封和工具运动引发线缆断裂而发生失效的风险；穿越孔的可穿越空间有限，导致可穿越的线缆数量较少，尤其对于线径较大的线缆，无法满足现场对多层注采的需求。

此外，现有的井下工具锚定结构通常部分锚定结构外露，在起下作业中受井下异物或污垢影响较大，易出现工具遇卡现象。

发明内容

为了解决井下工具存在的线缆穿越问题，以降低控制线缆在下入过程中受损的风险，本发明提出了一种井下工具锚定结构。

根据本发明的井下工具锚定结构，包括：中心轴，套设在中心轴上的坐封推杆和止动套筒，以及连接在坐封推杆与止动套筒之间的锚定组件，其中，坐封推杆与中心轴滑动连接，止动套筒与中心轴固定连接，锚定组件包括沿中心轴的周向设置的至少两个子锚定组件，子锚定组件包括与坐封推杆固定连接的推动件和与止动套筒固定连接的止动件，以及位于推动件与止动件之间的卡瓦组件，坐封推杆沿中心轴的轴向滑动以推动推动件挤压卡瓦组件，从而使得卡瓦组件在止动件的止挡下径向向外伸出。

进一步地，推动件包括用于与坐封推杆相连的连接部和与连接部相连的锥部，止动件与所述推动件的结构相同，卡瓦组件包括卡瓦部件，卡瓦部件的朝向中心轴的一面的两端均构造为斜面，推动件的锥部的锥面与一端的斜面滑动配合，止动件的锥部的锥面与另一端的斜面滑动配合。

进一步地，所述坐封推杆与所述连接部二者中的一者上形成有至少一个凸肩，另一者上形成有与所述凸肩配合的凹槽，所述凸肩上形成有第一螺纹孔，所述连接部上形成有与所述第一螺纹孔同轴设置的第二螺纹孔，所述子锚定组件还包括用于穿过所述第二螺纹孔与所述第一螺纹孔以固定连接所述坐封推杆与所述连接部的螺栓。

进一步地，所述推动件还包括自所述锥部的两侧向外延伸出的凸部，所述凸部的一端与所述锥部的尖端平齐，另一端抵接在所述坐封推杆的端面上。

进一步地，止动件与止动套筒的连接方式和推动件与坐封推杆的连接方式相同。

进一步地，锚定组件还包括套接在坐封推杆与止动套筒的外表面的保持套筒，保持套筒具有多个周向间隔设置的用于分别容纳限位各子锚定组件的凸窗，推动件、卡瓦组件以及止动件依次容纳在相应的凸窗内，卡瓦组件还包括固定在卡瓦部件的朝向中心轴的一面上的弹性件，弹性件弹性抵接在保持套筒的内壁上。

进一步地，凸窗包括用于限制推动件的径向位移的第一开口段和用于限制止动件的径向位移的第二开口段，以及位于第一开口段与第二开口段之间的用于限制卡瓦部件的轴向位移的第三开口段，其中，第一开口段与第二开口段相同，且第一开口段与第二开口段的凸出高度大于第三开口段的凸出高度。

进一步地，卡瓦部件的靠近中心轴的一面上形成有用于固定弹性件的第一凹槽，弹性件包括与第一凹槽贴合固定的板部和对称形成在板部的两端的钩部，钩部的自由端弹性抵接在保持套筒的位于凸窗的两侧的内壁上，钩部的底端与中心轴之间形成有间隙。

进一步地，卡瓦部件的远离中心轴的一面的长度方向上形成有锚定齿，位于卡瓦部件的远离中心轴的一面的长度方向上的两侧的锚定齿的齿向相对布置。

进一步地，锚定齿的沿卡瓦部件的长度方向上设置有沟槽。

与现有技术相比，本发明的井下工具锚定结构具有以下优点：

1)卡瓦组件与保持套筒的组合结构极大增加了线缆的穿越空间和走线数量；

2)卡瓦部件的齿向相对布置的锚定齿的设置，使得井下工具锚定结构可承受轴向双向载荷，承载能力强；

3)弹性件设置于保持套筒的内壁与中心轴之间，使得卡瓦部件的锚定行程增大，可适用多种磅级套管；

4)推动件与止动件内置于保持套筒内，坐封过程中不会从保持套筒中脱出；

5)推动件与坐封推杆之间，以及止动件与止动套筒之间采用槽与凸肩及螺栓的固定连接方式，使其能承受较大的轴向载荷。

附图说明

图1为根据本发明实施例的井下工具锚定结构的主视剖面示意图；

图2为图1所示的推动件的立体结构示意图；

图3为图1所示的推动件的结构的主视剖面示意图；

图4为图1所示的坐封推杆的结构的主视剖面示意图；

图5为图1所示的保持套筒的结构示意图；

图6为图1所示的保持套筒的结构的横截面示意图；

图7为图1所示的卡瓦部件的结构的立体示意图；

图8为图1所示的卡瓦部件的结构的主视剖面示意图；

图9为图1所示的弹性件的结构的立体示意图；

图10为图9所示的弹性件的结构的安装示意图；

图11为根据本发明实施例的井下工具锚定结构的使用示意图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明做进一步详细的描述。

图1示出了根据本发明实施例的井下工具锚定结构100的结构。该井下工具锚定结构100包括：中心轴1，中心轴1为内部中空的轴类零部件，内部具有用于井下流体介质流通或井下工具起下的通道13；套设在中心轴1上的坐封推杆2和止动套筒3，以及连接在坐封推杆2与止动套筒3之间的锚定组件。其中，坐封推杆2与中心轴1滑动连接，止动套筒3与中心轴1固定连接，锚定组件包括沿中心轴1的周向设置的至少两个子锚定组件，子锚定组件包括与坐封推杆1固定连接的推动件41和与止动套筒3固定连接的止动件42，以及位于推动件41与止动件42之间的卡瓦组件43，坐封推杆2沿中心轴1轴向滑动以推动推动件41挤压卡瓦组件43，从而使得卡瓦组件在止动件42的止挡下径向向外伸出。

结合图11所示，以本发明实施例的井下工具锚定结构100垂直下入井筒200为例，当本发明实施例的井下工具锚定结构100在启动锚定时，此时止动件42、止动套筒3与中心轴1之间无相对移动，可视为固定件。坐封推杆2在液压或机械式轴向载荷的作用下产生轴向力，并推动推动件41向下移动，推动件41进一步推动卡瓦组件43，卡瓦组件43在止动件42的止挡下径向伸出，并最终嵌入至套管200的内壁，从而实现了井下工具锚定结构100的锚定。而当本发明实施例的井下工具锚定结构100在解除锚定时，可使止动套筒3与中心轴1之间产生相对移动，即解除止动套筒3与中心轴1之间的固定关系，此时止动套筒3相对于中心轴1的向下移动可带动止动件42向下移动，卡瓦组件43在失去止动件42的止挡作用下复位至初始状态，从而实现了井下井下工具锚定结构100的锚定解除。

在本发明实施例的井下工具锚定结构100中，通过设置至少两个沿周向设置的子锚定组件，由于各子锚定组件的卡瓦组件43均能够在锚定时径向伸出并嵌入套筒200的内壁，从而使得相邻的两个子锚定组件的卡瓦组件43之间可形成用于线缆300穿越的穿越空间，通过具体设置卡瓦组件43在径向上的伸出高度，即可使井下工具锚定结构100能够匹配相应的线缆300穿越需要，其可应用于各种类型的封隔器、油管锚、桥塞等需要锚定的井下工具，通过调高卡瓦组件43在径向上的伸出高度，可使相邻卡瓦组件43之间存在更大的线缆300穿越空间，尤其对于注水井中存在液控管线、控制线缆等穿越的井下工具，具有非常明显的技术优势。

在如图1和图11所示的优选的实施例中，锚定组件可包括沿中心轴的周向间隔设置的三个子锚定组件。三个子锚定组件的设置可使井下工具锚定结构100在锚定时对套筒200在整个周向上的施力更均衡平稳，从而有助于提高锚定强度。另外，相邻的子锚定组件的卡瓦组件43之间可形成三条线缆300的穿越空间，足够满足线缆300的穿越需要。

结合图1-3所示，推动件41可包括用于与坐封推杆2相连的连接部411和与连接部411相连的锥部412，止动件42可与推动件41的结构相同，如图7和图8所示，卡瓦组件43可包括卡瓦部件43’，卡瓦部件43’的朝向中心轴1的一面的两端均构造为斜面431，推动件41的锥部412的锥面与一端的斜面431滑动配合，止动件42的锥部的锥面与另一端的斜面431滑动配合。通过该设置，卡瓦部件43’在推动件41的挤压下，可沿推动件41的斜面431与止动件42的斜面431滑动并径向向外伸出，锥面与斜面431之间形成面-面接触，可使卡瓦部件43’更平稳地径向向外滑出。

如图2和图3所示，推动件41的朝向中心轴1的一面可以为圆柱面，用于与中心轴1更好地贴合接触，推动件41的远离中心轴1的一面的连接部411的表面可以为平面，锥部412的表面为上述锥面。

进一步地，结合图1至4所示，坐封推杆2与连接部411二者中的一者上形成有至少一个凸肩，另一者上形成有与凸肩配合的凹槽。在如图3和图4所示的实施例中，坐封推杆2上形成有至少一个凸肩11，连接部411上形成有与凸肩11配合的凹槽413，其中凸肩11上形成有第一螺纹孔12，第一连接部411上形成有与第一螺纹孔12同轴设置的第二螺纹孔415，子锚定组件还包括用于穿过第二螺纹孔12与第一螺纹孔415以固定连接坐封推杆2与连接部411的螺栓47。通过采用凸肩11与凹槽413的配合定位的基础上进一步使用螺栓47进行连接，不仅可方便推动件41与坐封推杆2的安装固定，还可提高推动件41与坐封推杆2的固定强度。

优选地，为了进一步增加推动件41与坐封推杆2的固定强度，可在坐封推杆2上形成有多个凸肩11，连接部411上形成有与各凸肩11配合的凹槽413。具体地，在如图3和图4所示的实施例中，坐封推杆2上形成有三个凸肩11，连接部411上形成有与各凸肩11配合的凹槽413。

进一步地，推动件41还可包括自锥部412的两侧向外延伸出的凸部414，凸部414的一端与锥部412的尖端平齐，另一端抵接在坐封推杆2的端面上。该凸部414的设置可限制推动件41的锥部412在周向方向上的运动。

如图1所示，优选地，止动件42与止动套筒3的连接方式可与上述推动件41与坐封推杆2的连接方式相同，这里不再赘述。

根据本发明，结合图1、图5及图6所示，锚定组件还可包括套接在坐封推杆2与止动套筒3的外表面的保持套筒44，保持套筒44具有多个周向间隔设置的用于分别容纳限位各子锚定组件的凸窗444，推动件41、卡瓦组件43以及止动件42依次容纳在相应的凸窗444内，卡瓦组件43还可包括固定在卡瓦部件43’的朝向中心轴1的一面上的弹性件45，弹性件45弹性抵接在保持套筒44的内壁上。保持套筒44的设置一方面可实现同时对各子锚定组件进行限位，使得推动件41只能在凸窗444内沿周向运动而不发生周向和径向的运动，同时卡瓦组件43只能在凸窗444内径向向外伸出而不发生周向和轴向的运动，另一方面更重要的是其相邻的凸窗444之间可预先形成线缆300的走线空间，在此基础上，卡瓦组件43的径向向外伸出可进一步提升线缆300的走线空间。弹性件45的设置用于在解除锚定时使卡瓦部件43’复位。

进一步地，如图5所示，凸窗444可包括用于限制推动件41的径向位移的第一开口段441和用于限制止动件42的径向位移的第二开口段443，以及位于第一开口段441与第二开口段443之间的用于限制卡瓦部件43’的轴向位移的第三开口段442，其中，第一开口段441与第二开口段443相同，且第一开口段441与第二开口段443的凸出高度大于第三开口段442的凸出高度，该设置一方面使得第一开口段441与第二开口段443可分别限制推动件41和止动件42的周向运动及径向运动，还可使第三开口段442实现对卡瓦部件43’的限位，且便于卡瓦部件43’的安装。此外，第一开口段441的朝向中心轴1的一面可压接在推动件41的第一锥部412的凸部414上，以进一步限制推动件41的周向运动。第二开口段443可做相同的设置，这里不再赘述。

在如图7和如图8所示实施例中，卡瓦部件43’的靠近中心轴1的一面上形成有用于固定弹性件45的第一凹槽432，弹性件45可通过固定件46穿过卡瓦部件43’的固定孔436来实现与卡瓦部件43’的固定。如图9和图10所示，弹性件45可包括与第一凹槽432贴合固定的板部451和对称形成在板部451的两端的钩部452，钩部452的自由端弹性抵接在保持套筒44的位于凸窗444的两侧的内壁上，钩部452的底端与中心轴1之间形成有间隙。该间隙为弹性件45提供了形变的空间，以此可实现卡瓦部件43’的径向向外伸出及复位。

具体地，弹性件45可以为如图9所示的W形结构。在其安装状态下，如图10所示，弹性件45产生向内的预紧力，使卡瓦部件43’紧紧地贴合在推动件41和止动件42的锥面上。同时解除锚定后，在其弹力的作用下，卡瓦部件43’将被复位为初始安装状态。

如图7和图8所示，卡瓦部件43’的远离中心轴1的一面的长度方向上形成有锚定齿434，位于卡瓦部件43’的远离中心轴1的一面的长度方向上的两侧的锚定齿434的齿向相对布置。齿向相对布置可使卡瓦部件43’双向承受轴向载荷，有助于提高锚定力。

优选地，卡瓦部件43’的远离中心轴1的一面的中心区域可形成环形槽433，固定孔436可形成在环形槽433中，位于环形槽433的两侧的锚定齿434的齿向相对布置。

进一步地，锚定齿434的外径尺寸需小于套筒200的内径尺寸，以便在井下工具锚定结构100未启动锚定时，井下工具锚定结构100能够顺利下入套管200内。

更进一步地，锚定齿434的沿卡瓦部件43’的长度方向上可设置有沟槽435。该沟槽435优选位于卡瓦部件43’的宽度方向上中间位置，其可以为V形沟槽、U形槽或其他形状，该沟槽435设置的优点在于锚定齿434嵌入套筒200的内壁时，锚定齿434轴向靠近中间位置的沟槽两侧齿尖先于远端接触到套筒200的内壁，因接触面积小(与锚定齿外径和套筒200的内径相同的情形相比较)，锚定齿434更容易嵌入套筒200的内壁，因此锚定更牢固可靠。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“高度”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种井下工具锚定结构，其特征在于，包括：中心轴，套设在所述中心轴上的坐封推杆和止动套筒，以及连接在所述坐封推杆与所述止动套筒之间的锚定组件，其中，所述坐封推杆与所述中心轴滑动连接，所述止动套筒与所述中心轴固定连接，所述锚定组件包括沿所述中心轴的周向设置的至少两个子锚定组件，所述子锚定组件包括与所述坐封推杆固定连接的推动件和与所述止动套筒固定连接的止动件，以及位于所述推动件与所述止动件之间的卡瓦组件，所述坐封推杆沿所述中心轴的轴向滑动以推动所述推动件挤压所述卡瓦组件，从而使得所述卡瓦组件在所述止动件的止挡下径向向外伸出。

2.根据权利要求1所述的井下工具锚定结构，其特征在于，所述推动件包括用于与所述坐封推杆相连的连接部和与所述连接部相连的锥部，所述止动件与所述推动件的结构相同，所述卡瓦组件包括卡瓦部件，所述卡瓦部件的朝向所述中心轴的一面的两端均构造为斜面，所述推动件的锥部的锥面与一端的所述斜面滑动配合，所述止动件的锥部的锥面与另一端的所述斜面滑动配合。

3.根据权利要求2所述的井下工具锚定结构，其特征在于，所述坐封推杆与所述连接部二者中的一者上形成有至少一个凸肩，另一者上形成有与所述凸肩配合的凹槽，所述凸肩上形成有第一螺纹孔，所述连接部上形成有与所述第一螺纹孔同轴设置的第二螺纹孔，所述子锚定组件还包括用于穿过所述第二螺纹孔与所述第一螺纹孔以固定连接所述坐封推杆与所述连接部的螺栓。

4.根据权利要求3所述的井下工具锚定结构，其特征在于，所述推动件还包括自所述锥部的两侧向外延伸出的凸部，所述凸部的一端与所述锥部的尖端平齐，另一端抵接在所述坐封推杆的端面上。

5.根据权利要求4所述的井下工具锚定结构，其特征在于，所述止动件与所述止动套筒的连接方式和所述推动件与所述坐封推杆的连接方式相同。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的井下工具锚定结构，其特征在于，所述锚定组件还包括套接在所述坐封推杆与所述止动套筒的外表面的保持套筒，所述保持套筒具有多个周向间隔设置的用于分别容纳限位各所述子锚定组件的凸窗，所述推动件、所述卡瓦组件以及所述止动件依次容纳在相应的所述凸窗内，所述卡瓦组件还包括固定在所述卡瓦部件的朝向所述中心轴的一面上的弹性件，所述弹性件弹性抵接在所述保持套筒的内壁上。

7.根据权利要求6所述的井下工具锚定结构，其特征在于，所述凸窗包括用于限制所述推动件的径向位移的第一开口段和用于限制所述止动件的径向位移的第二开口段，以及位于所述第一开口段与所述第二开口段之间的用于限制所述卡瓦部件的轴向位移的第三开口段，其中，所述第一开口段与所述第二开口段相同，且所述第一开口段与所述第二开口段的凸出高度大于所述第三开口段的凸出高度。

8.根据权利要求6所述的井下工具锚定结构，其特征在于，所述卡瓦部件的靠近所述中心轴的一面上形成有用于固定所述弹性件的第一凹槽，所述弹性件包括与所述第一凹槽贴合固定的板部和对称形成在所述板部的两端的钩部，所述钩部的自由端弹性抵接在所述保持套筒的位于所述凸窗的两侧的内壁上，所述钩部的底端与所述中心轴之间形成有间隙。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的井下工具锚定结构，其特征在于，所述卡瓦部件的远离所述中心轴的一面的长度方向上形成有锚定齿，位于所述卡瓦部件的远离所述中心轴的一面的长度方向上的两侧的所述锚定齿的齿向相对布置。

10.根据权利要求9所述的井下工具锚定结构，其特征在于，所述锚定齿的沿所述卡瓦部件的长度方向上设置有沟槽。

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