CN115324512B - 一种旋转锚定器及套管倒扣装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋转锚定器及套管倒扣装置，其包括中心管、套在中心管的外管、设于外管外的多个锚瓦、以及套在外管外的扶正器；中心管和外管通过滑动配合结构连接，滑动配合结构包括至少一条螺旋槽和能滑动地设于螺旋槽内的至少一个滑动件，通过滑动配合结构引导外管相对于中心管螺旋运动，外管的外侧壁上具有多个沿外管的周向呈渐开线状延伸的斜凸面，多个锚瓦分别设于多个斜凸面上；扶正器包括套在外管外的扶正套和设于扶正套外的摩擦块，摩擦块通过与井下套管的内侧壁摩擦接触限制扶正套随外管旋转，扶正套上设有与各锚瓦对应的多个开口，各锚瓦的一部分位于对应的开口中。本发明能将震击器产生的震击力转化为震动松扣扭矩，实现套管卸扣。

Description

一种旋转锚定器及套管倒扣装置

技术领域

本发明涉及油田开采技术领域，尤其是一种旋转锚定器及套管倒扣装置。

背景技术

随着稠油油藏的深入开发，套管损坏问题时有发生，在取换套管的施工过程中，通常使用大修设备施工，但大修设备施工成本昂贵，现场施工中尝试使用小修设备进行取换套施工，但由于小修设备没有配备大型设备以及转盘，无法将卸扣扭矩传递到指定套管接箍位置。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋转锚定器及套管倒扣装置，以解决现有技术无法将卸扣扭矩传递到指定套管接箍位置的问题。

为达到上述目的，本发明提出一种旋转锚定器，其包括中心管、套在所述中心管的外管、设于所述外管外的多个锚瓦、以及套在所述外管外的扶正器；所述中心管和所述外管通过滑动配合结构连接，所述滑动配合结构包括至少一条螺旋槽和能滑动地设于所述螺旋槽内的至少一个滑动件，通过所述滑动配合结构引导所述外管相对于所述中心管螺旋运动，所述外管的外侧壁上具有多个沿所述外管的周向呈渐开线状延伸的斜凸面，多个所述锚瓦分别设于多个所述斜凸面上；所述扶正器包括套在所述外管外的扶正套和设于所述扶正套外的摩擦块，所述摩擦块通过与井下套管的内侧壁摩擦接触限制所述扶正套随所述外管旋转，所述扶正套上设有与各所述锚瓦对应的多个开口，各所述锚瓦的一部分位于对应的所述开口中，当所述外管相对于所述中心管螺旋运动时，各所述锚瓦在所述斜凸面的驱使下沿所述外管的径向移动，以经由所述开口伸出所述扶正套外或整体缩回所述扶正套内。

如上所述的旋转锚定器，其中，所述斜凸面具有首端和尾端，所述首端为所述斜凸面上距离所述外管的中心线最近的位置，所述尾端为所述斜凸面上距离所述外管的中心线最远的位置，当所述锚瓦处于所述首端时，所述锚瓦整体位于所述扶正套内，当所述锚瓦处于所述尾端时，所述锚瓦伸出所述扶正套外。

如上所述的旋转锚定器，其中，多个所述斜凸面沿所述外管的周向依次首尾连接。

如上所述的旋转锚定器，其中，所述斜凸面的两端分别设有第一限位台阶和第二限位台阶，当所述外管相对于所述中心管螺旋运动时，所述锚瓦沿着所述斜凸面在所述第一限位台阶和所述第二限位台阶之间滑动。

如上所述的旋转锚定器，其中，所述滑动配合结构包括一一对应设置的多条所述螺旋槽和多个所述滑动件，多个所述滑动件分别设于多个所述螺旋槽内，多条所述螺旋槽设于所述中心管的外侧壁上，多个所述滑动件固定于所述外管的内侧壁上。

如上所述的旋转锚定器，其中，所述扶正套和所述外管在轴向方向上相对固定且在周向方向上能相对转动。

如上所述的旋转锚定器，其中，所述外管的外侧套设有一钢丝环，所述钢丝环依次穿过多个所述锚瓦，所述钢丝环为C形环，所述钢丝环随多个所述锚瓦的径向移动而膨胀或收缩。

如上所述的旋转锚定器，其中，所述摩擦块通过弹性件与所述扶正套连接，所述弹性件的伸缩方向为所述扶正套的径向方向，所述摩擦块在所述弹性件的弹力作用下与所述套管的内侧壁保持紧密接触。

本发明还提出一种套管倒扣装置，其包括震击器和上述的旋转锚定器，所述震击器的上端与所述外管的下端连接，通过所述震击器向所述外管施加轴向冲击力，以驱动所述外管相对于所述中心管螺旋运动。

如上所述的套管倒扣装置，其中，所述震击器为超级震击器，且/或，所述套管倒扣装置还包括连接在所述震击器下方的钻铤、以及连接在所述钻铤下方的滑块捞矛。

本发明的旋转锚定器及套管倒扣装置的特点和优点是：

本发明通过设置滑动配合结构来引导外管相对于中心管螺旋运动，通过设置震击器来向外管施加轴向冲击力，以使外管相对于中心管螺旋运动，外管受到的轴向冲击力经由滑动配合结构转化为对锚瓦的旋转冲击力，与锚瓦锚定的套管自然也受到该旋转冲击力，该旋转冲击力作为倒扣扭矩对套管震动松扣，从而实现套管倒扣，通过向外管多次施加轴向冲击力，可对套管产生间歇式冲击振动倒扣扭矩，直至套管接箍处的螺纹松动，完成套管卸扣。本发明解决了现有技术无法将卸扣扭矩传递到指定套管接箍位置的问题。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明的旋转锚定器的结构示意图；

图2是图1中沿A-A线的剖视图；

图3是本发明中中心管的展开结构示意图；

图4是本发明中超级震击器的结构示意图。

主要元件标号说明：

100、旋转锚定器；1、中心管；11、环形滑槽；2、外管；21、斜凸面；

211、首端；212、尾端；213、第一限位台阶；214、第二限位台阶；

22、环形凹槽；23、环形凸台；3、锚瓦；4、扶正器；41、扶正套；

411、开口；412、环形凸部；413、安装槽；42、摩擦块；421、锯齿面；

43、弹性件；5、滑动配合结构；51、螺旋槽；52、滑动件；6、钢丝环；

7、球座；8、压环；9、油管接头；10、推力轴承；

200、超级震击器；201、上接头；202、下接头。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，形容词性或副词性修饰语“上”和“下”、“顶”和“底”、“内”和“外”的使用仅是为了便于多组术语之间的相对参考，且并非描述对经修饰术语的任何特定的方向限制。另外，术语“第一”、“第二”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，由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，除非另有说明，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，可以是可拆卸连接，可以是直接连接，可以是通过中间媒介间接连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。除非单独定义指出的方向以外，本文中涉及到的上、下等方向均是以本发明所示的图1中的上、下等方向为准，在此一并说明。

实施方式一

参见图1，本发明提供一种旋转锚定器100，其包括中心管1、套在中心管1的外管2、设于外管2外的多个锚瓦3、以及套在外管2外的扶正器4，中心管1和外管2通过滑动配合结构5连接，滑动配合结构5包括至少一条螺旋槽51和能滑动地设于螺旋槽51内的至少一个滑动件52，通过滑动配合结构5引导外管2相对于中心管1螺旋运动，外管2的外侧壁上具有多个沿外管2的周向呈渐开线状延伸的斜坡状的斜凸面21，即斜凸面21沿外管2的周向朝逐渐远离外管2的中心线的方向延伸，多个锚瓦3分别设于多个斜凸面21上，即每个斜凸面21上放置一个锚瓦3；

扶正器4包括套在外管2外的扶正套41和设于扶正套41外的摩擦块42，摩擦块42通过与井下套管的内侧壁摩擦接触限制(防止)扶正套41随外管2旋转，扶正套41上设有与各锚瓦3对应的多个开口411，各锚瓦3的一部分位于对应的各开口411中，因此在扶正套41的各开口411的限制下，各锚瓦3也不能随外管2转动，当外管2相对于中心管1螺旋运动时，外管2的斜凸面21绕外管2的中心线旋转，与各斜凸面21接触的各锚瓦3随斜凸面21的轮廓而移动，即各锚瓦3在斜凸面21的驱使下，沿外管2的径向移动，以经由开口411伸出扶正套41外或缩回扶正套41内，当各锚瓦3经由开口411伸出扶正套41外时，锚瓦3与套管的内侧壁锚定，当锚瓦3缩回扶正套41内时，锚瓦3不与套管的内侧壁接触，本文提到的锚瓦3整体缩回扶正套41内，指的是锚瓦3不凸出于扶正套41的外侧壁，或稍凸出于扶正套41的外侧壁而不会与套管的内侧壁接触。

将本发明的旋转锚定器100用于套管倒扣施工作业时，向外管2施加轴向冲击力，此时中心管1因上部管柱悬重保持固定不动，而外管2在滑动配合结构5的引导下相对于中心管1螺旋运动，各锚瓦3在斜凸面21的驱使下经由开口411伸出扶正套41外并锚定套管，因此外管2受到的轴向冲击力经由滑动配合结构5转化为对锚瓦3的旋转冲击力，与锚瓦3锚定的套管自然也受到该旋转冲击力，该旋转冲击力作为倒扣扭矩对套管震动松扣，从而实现套管倒扣，通过向外管2多次施加轴向冲击力，可对套管产生间歇式冲击振动倒扣扭矩，直至套管接箍处的螺纹松动，完成套管卸扣。

在一实施例中，如图1、图2所示，斜凸面21具有首端211和尾端212，首端211为斜凸面21上距离外管2的中心线最近(径向距离最近)的位置，尾端212为斜凸面21上距离外管2的中心线最远(径向距离最远)的位置，当外管2相对于中心管1螺旋运动时，锚瓦3沿着斜凸面21在其首端211和尾端212之间滑动，当锚瓦3处于斜凸面21的首端211时，锚瓦3整体位于扶正套41内侧，当锚瓦3处于斜凸面21的尾端212时，锚瓦3伸出扶正套41外，以锚定套管。

进一步，如图2所示，多个斜凸面21沿外管2的周向依次首尾连接。例如斜凸面21的数量为三个，三个斜凸面21的首端211沿外管2的周向间隔120°，三个斜凸面21的尾端212沿外管2的周向间隔120°，锚瓦3的数量为三个，扶正套41上开口411的数量也为三个，三个开口411沿扶正套41的圆周方向等间隔设置。

在一实施例中，如图2所示，斜凸面21的两端分别设有第一限位台阶213和第二限位台阶214，当外管2相对于中心管1螺旋运动时，锚瓦3沿着斜凸面21在第一限位台阶213和第二限位台阶214之间滑动，以防止锚瓦3从斜凸面21脱出。

比如，如图2所示，第一限位台阶213设于斜凸面21的首端211，第二限位台阶214设于斜凸面21的尾端212，当锚瓦3伸出扶正套41外并锚定套管时，锚瓦3顶住第二限位台阶214，第二限位台阶214能将外管2的旋转冲击力传递给锚瓦3。

在一实施例中，如图2所示，外管2的外侧套设有一钢丝环6，钢丝环6依次穿过多个锚瓦3，钢丝环6为C形环，钢丝环6随多个锚瓦3的径向移动而膨胀或收缩，钢丝环6能固定锚瓦3在外管2轴向方向上的位置，防止锚瓦3在外管2的轴向方向上随意移动。为防止钢丝环6因膨胀而从锚瓦3脱出，将钢丝环6的一端与第一个锚瓦3固定连接，例如将钢丝环6的一端弯折后与锚瓦3卡接固定，将钢丝环6的另一端从最后一个锚瓦3伸出一定长度。

进一步，外管2的外侧壁上设有一环形槽，该环形槽沿外管2的周向延伸并依次穿过多个斜凸面21，钢丝环6位于该环形槽内。

在一实施例中，如图1、图3所示，滑动配合结构5包括一一对应设置的多条螺旋槽51和多个滑动件52，多个滑动件52分别设于多个螺旋槽51内，多条螺旋槽51设于中心管1的外侧壁上，多个滑动件52固定于外管2的内侧壁上，通过设置多条螺旋槽51和多个滑动件52，能引导外管2平稳运动，并提高外管2和中心管1的连接强度。但本发明并不以此为限，在其它实施例中，也可以将螺旋槽51设于外管2的内侧壁上，将滑动件52固定在中心管1的外侧壁上。

在一实施例中，扶正套41和外管2在轴向方向上相对固定且在周向方向上能相对转动，即外管2能带动扶正套41轴向移动，但不能带动扶正套41旋转。

例如，如图1所示，外管2的外侧壁上具有一环形凹槽22，扶正套41的上端内侧壁上具有一环形凸部412，环形凸部412设于环形凹槽22内，以使扶正套41和外管2在轴向方向上的相对固定且在周向方向上能相对转动。当外管2相对于中心管1螺旋运动时，外管2通过其外壁上的环形凹槽22带动扶正套41轴向移动，由于扶正器4的摩擦块42与套管的内壁之间的摩擦力较大，外管2的环形凹槽22无法带动扶正套41转动。

在一具体实施例中，如图1、图3所示，滑动件52为钢球，例如钢球为超强合金钢球，钢球能旋转地设于外管2的内壁上，具体是，外管2的侧壁中设有多个安装孔，安装孔沿外管2的径向贯穿外管2的侧壁，各安装孔内分别设有一球座7，各钢球能旋转地设于各球座7上，各钢球凸出于外管2的内侧壁并伸入各螺旋槽51内。

如图1所示，为了防止球座7从安装孔脱落，在外管2的外侧套设一压环8，压环8与外管2螺纹连接，压环8封堵多个安装孔，以将球座7限制在安装孔内；压环8的下端面与外管2的外侧壁之间形成环形凹槽22。

在图1的示例中，压环8与外管2的上端螺纹连接，压环8的下端与外管2的外侧壁之间形成环形凹槽22，扶正器4位于压环8的下方，扶正套41的上端设有环形凸部412，扶正套41的开口411位于环形凸部412下方，摩擦块42设于扶正套41下端的外侧壁上，外管2的下端位于扶正器4下方，用以连接震击器；中心管1的上端位于外管2上方，中心管1的上端连接油管接头9，油管接头9用以连接上部管柱。

进一步，如图1所示，油管接头9的下端面与中心管1的外壁之间具有环形滑槽11，外管2的上端具有环形凸台23，环形凸台23能滑动地设于环形滑槽11内，当外管2相对于中心管1螺旋运动时，环形凸台23在环形滑槽11内螺旋运动。

更进一步，如图1所示，环形滑槽11内设有推力轴承10，推力轴承10安装在环形滑槽11的下端端部，推力轴承10用以在外管2运动的起始位置支撑环形凸台23旋转。

在一实施例中，如图1所示，摩擦块42通过弹性件43与扶正套41连接，弹性件43的伸缩方向为扶正套41的径向方向，摩擦块42在弹性件43的弹力作用下与套管的内侧壁保持紧密接触，以使摩擦块42与套管的内侧壁之间产生摩擦力。

具体是，如图1所示，扶正器4包括多个摩擦块42，扶正套41的外侧壁上设有多个安装槽413，多个安装槽413沿扶正套41的周向间隔设置，多个摩擦块42分别设于多个安装槽413内，每个安装槽413内设有至少一个弹性件43。例如，弹性件43为弹簧，弹簧的一端与扶正套41的外侧壁连接，弹簧的另一端与摩擦块42连接，为了增大摩擦块42和套管之间的摩擦力，在每个摩擦块42和扶正套41的外侧壁之间设置至少两个弹簧，在旋转锚定器100下入井下后，弹簧处于压缩状态，各摩擦块42在弹簧的弹力作用下与套管的内侧壁保持紧密接触。为了防止弹簧弯折，在摩擦块42的内侧面上设置供弹簧插入的扶正槽。

如图1所示，其中摩擦块42的与套管接触的外侧面为锯齿面421，以通过锯齿面421进一步增大摩擦块42和套管之间的摩擦力。

实施方式二

参见图1至图4，本发明还提供一种套管倒扣装置，其包括实施方式一的旋转锚定器100和震击器，震击器的上端与外管2的下端连接，通过震击器向外管2施加向上的轴向冲击力，以驱动外管2相对于中心管1螺旋运动。

采用本发明的套管倒扣装置对套管卸扣时，将套管倒扣装置下入井下，直至旋转锚定器100的锚瓦3到达指定套管接箍位置，通过震击器向外管2多次施加轴向冲击力，以对套管产生间歇式冲击振动倒扣扭矩，直至将套管卸扣。本发明的旋转锚定器100能将震击器产生的震击力转化为震动松扣扭矩，实现对指定套管接箍的卸扣，解决了现有技术无法将卸扣扭矩传递到指定套管接箍位置的问题。

本发明采用的震击器为现有的震击器，对于其结构和工作原理，本发明不再赘述。

进一步，如图4所示，震击器为超级震击器200，超级震击器200是应用液压工作原理，通过锥形活塞在液缸内的运动和钻具被提拉贮能来实现上击动作。本发明采用的超级震击器200为现有的超级震击器，对于其结构和工作原理，本发明不再赘述。

进一步，套管倒扣装置还包括连接在震击器下方的钻铤、以及连接在钻铤下方的滑块捞矛，滑块捞矛用于为震击器提供下部锚定，钻铤用于增大震击器的质量，根据动量守恒定律，质量越大，动量越大，可转化的冲击力就越大，震动松扣的效果就越好。本发明采用的钻铤和滑块捞矛均为现有装置，对于其结构和工作原理，本发明不再赘述。

具体是，如图4所示，超级震击器200具有上接头201和下接头202，下接头202与钻铤(图未示出)连接，上接头201与旋转锚定器100的外管2的下端螺纹连接，当外管2相对于中心管1螺旋运动以对套管施加卸扣扭矩时，外管2与上接头201之间越来越紧扣，且中心管1与油管接头9越来越紧扣，不会出现脱扣问题。

在具体实施时，可以根据实际情况，选择外管2与上接头201之间的螺纹连接方式、中心管1与油管接头9之间的螺纹连接方式、以及螺旋槽51的旋向，只要保证不脱扣即可。比如，中心管1与油管接头9的连接螺纹为正扣，外管2与上接头201的连接螺纹为反扣，螺旋槽51的旋向为左旋。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (10)

1.一种旋转锚定器，其特征在于，所述旋转锚定器包括中心管、套在所述中心管的外管、设于所述外管外的多个锚瓦、以及套在所述外管外的扶正器；

所述中心管和所述外管通过滑动配合结构连接，所述滑动配合结构包括至少一条螺旋槽和能滑动地设于所述螺旋槽内的至少一个滑动件，通过所述滑动配合结构引导所述外管相对于所述中心管螺旋运动，所述外管的外侧壁上具有多个沿所述外管的周向呈渐开线状延伸的斜凸面，多个所述锚瓦分别设于多个所述斜凸面上；

所述扶正器包括套在所述外管外的扶正套和设于所述扶正套外的摩擦块，所述摩擦块通过与井下套管的内侧壁摩擦接触限制所述扶正套随所述外管旋转，所述扶正套上设有与各所述锚瓦对应的多个开口，各所述锚瓦的一部分位于对应的所述开口中，当所述外管相对于所述中心管螺旋运动时，各所述锚瓦在所述斜凸面的驱使下沿所述外管的径向移动，以经由所述开口伸出所述扶正套外或整体缩回所述扶正套内。

2.如权利要求1所述的旋转锚定器，其特征在于，所述斜凸面具有首端和尾端，所述首端为所述斜凸面上距离所述外管的中心线最近的位置，所述尾端为所述斜凸面上距离所述外管的中心线最远的位置，当所述锚瓦处于所述首端时，所述锚瓦整体位于所述扶正套内，当所述锚瓦处于所述尾端时，所述锚瓦伸出所述扶正套外。

3.如权利要求2所述的旋转锚定器，其特征在于，多个所述斜凸面沿所述外管的周向依次首尾连接。

4.如权利要求1至3任一项所述的旋转锚定器，其特征在于，所述斜凸面的两端分别设有第一限位台阶和第二限位台阶，当所述外管相对于所述中心管螺旋运动时，所述锚瓦沿着所述斜凸面在所述第一限位台阶和所述第二限位台阶之间滑动。

5.如权利要求1至3任一项所述的旋转锚定器，其特征在于，所述滑动配合结构包括一一对应设置的多条所述螺旋槽和多个所述滑动件，多个所述滑动件分别设于多个所述螺旋槽内，多条所述螺旋槽设于所述中心管的外侧壁上，多个所述滑动件固定于所述外管的内侧壁上。

6.如权利要求1至3任一项所述的旋转锚定器，其特征在于，所述扶正套和所述外管在轴向方向上相对固定且在周向方向上能相对转动。

7.如权利要求1至3任一项所述的旋转锚定器，其特征在于，所述外管的外侧套设有一钢丝环，所述钢丝环依次穿过多个所述锚瓦，所述钢丝环为C形环，所述钢丝环随多个所述锚瓦的径向移动而膨胀或收缩。

8.如权利要求1至3任一项所述的旋转锚定器，其特征在于，所述摩擦块通过弹性件与所述扶正套连接，所述弹性件的伸缩方向为所述扶正套的径向方向，所述摩擦块在所述弹性件的弹力作用下与所述套管的内侧壁保持紧密接触。

9.一种套管倒扣装置，其特征在于，所述套管倒扣装置包括震击器和权利要求1至8任一项所述的旋转锚定器，所述震击器的上端与所述外管的下端连接，通过所述震击器向所述外管施加轴向冲击力，以驱动所述外管相对于所述中心管螺旋运动。

10.如权利要求9所述的套管倒扣装置，其特征在于，所述震击器为超级震击器，且/或，

所述套管倒扣装置还包括连接在所述震击器下方的钻铤、以及连接在所述钻铤下方的滑块捞矛。