CN118187743A - 一种液压锚定油管锚及其锚定方法 - Google Patents

Abstract

一种液压锚定油管锚及其锚定方法，包括中心管、上锥体、卡瓦、下锥体、上护套和坐封胶筒；中心管的两端分别连接上接头和下接头，中心管外侧自上接头至下接头依次套装有上锥体、卡瓦、下锥体、坐封胶筒、活塞套和活塞，上锥体和下锥体两者相对的一端均呈锥形，上锥体和下锥体上套装有卡瓦套，卡瓦套、上锥体、下锥体之间形成一个环形空腔，环形空腔内设置有板簧，卡瓦和板簧被限制在该环形空腔内，中心管上位于活塞和下接头之间设置有过流孔，上护套、连接套和下护套自上而下依次套装在坐封胶筒和活塞套外侧。本发明有效避免油管锚密封性能下降问题，在油管泄压后锁环即使发生弹性变性也不影响坐封位置改变，因此坐封更平稳、锚定更可靠。

Description

一种液压锚定油管锚及其锚定方法

技术领域

本发明涉及一种用于油田采油的液压锚定油管锚，属于油田采油举升技术领域。

背景技术

海上油田为疏松砂岩储层，油藏物性渗透率高，但是地层容易出砂，为保证上产管柱长期高效生产，往往采取分层防砂分层完井工艺管柱。以注水井为例，管柱在长期生产过程中，经历注水、洗井等工况，管柱受力显著变化，引起管柱弹性变性、发生管柱蠕动，为避免这种蠕动造成分层封隔器密封性能下降，往往配置油管锚，在管柱工况变化时，实现分层管柱工具串顶部或者底部相对保持不变，进而实现工具串上封隔器发生的位移极其微小，最大限度降低对封隔器的不利影响。

常规油管锚的活塞、卡瓦均为金属材料，依靠井口打压压缩坐封活塞、挤压锥体推动卡瓦张开，实现油管锚锚定在套管壁上，由于都是金属材料，在井口泄压，金属材料在作用力撤销后有弹性变性，锁定机构会出现一定程度的松弛，造成锚定性能发生部分失效，不能达到最佳效果，在管柱长期的高温高压井下环境，仍对封隔器产生不利影响。

中国专利文献CN10445375A公开了一种稠油蒸汽驱解封双向锚定油管锚，包括卡瓦、中心管、下锥体等，油管内打压，高压流体经中心管过流孔推动卡瓦张开锚定、坐封，上提中心管完成卡瓦解封，该封隔器具备双向坐封锚定功能，避免常规稠油井蒸汽驱管柱封隔器不易解封问题。所述油管锚在坐封活塞配套了机械弹簧，但弹簧为金属材料，在井底高温高压环境容易出现腐蚀失效。

CN104594817A公开了一种具有三重功能的油管锚，包括单流阀、中心管、锥体、摩擦块等，油管锚安装在抽油泵下部，旋转油管时，扶正体与螺杆筒定位剪钉剪断，扶正器相对中心管上行，锚牙挤压套管壁，胶筒坐封在套管环空，底部阀球阻止洗井液下流，保护油层，实现了三重功能。但是对于消除金属材料弹性恢复导致的油管锚密封松弛问题没有给出相应的技术措施。

上述油管锚均没有就金属材料弹性恢复对油管锚锚定性能做出相应改进，没有解决现有油管锚在作用力撤销后锁定机构出现松弛，造成锚定性能发生部分失效的问题。

发明内容

本发明针对现有油管锚技术存在的不足，提供一种液压锚定油管锚，以提升油管锚坐封、锚定可靠性，避免泄压回弹导致锚定不可靠的问题。

本发明的液压锚定油管锚，采用以下技术方案：

该油管锚，包括中心管、上锥体、卡瓦、下锥体、上护套和坐封胶筒；中心管的两端分别连接上接头和下接头，中心管外侧自上接头至下接头依次套装有上锥体、卡瓦、下锥体、坐封胶筒、活塞套和活塞，上锥体和下锥体两者相对的一端均呈锥形，上锥体和下锥体上套装有卡瓦套，卡瓦套、上锥体、下锥体之间形成一个环形空腔，环形空腔内设置有板簧，卡瓦和板簧被限制在该环形空腔内，中心管上位于活塞和下接头之间设置有过流孔，上护套、连接套和下护套自上而下依次套装在坐封胶筒和活塞套外侧。

所述中心管的两端通过螺纹分别连接上接头和下接头。所述上接头下端设置有台肩，上锥体的上端通过上接头的台肩限位。

所述卡瓦上的卡瓦牙(卡瓦牙是卡瓦外侧“牙”状凸起结构)从卡瓦套外侧凹槽伸出。

所述卡瓦套与上锥体之间设置有上锥体剪钉。

所述卡瓦套与下锥体之间设置有下锥体剪钉。

所述上护套与活塞套之间设置有活塞套剪钉。

所述下护套与下接头之间设置有解封剪钉。

所述坐封活塞与中心管和下护套之间均设置有密封圈，实现动密封。

所述下护套与下接头之间设置有密封圈，中心管与上接头和下接头之间均设置有密封圈，实现静密封。

所述连接套与活塞套下端螺纹连接。

所述活塞套下端设置有锯齿形螺纹，活塞套与连接套之间设置有锁环。锯齿形螺纹与锁环配合，保持锁紧。所述锁环设置在连接套内壁上的凹槽内。

所述下护套与连接套通过螺纹连接。

上述液压锚定油管锚的工作时，高压流体进入中心管，随着压力上升，高压流体通过中心管上的过流孔推动活塞挤压坐封胶筒和下锥体，坐封胶筒密封在中心管和上护套之间，并且下锥体推动卡瓦张开锚定在套管(本发明的液压锚定油管锚通过油管下入井下，井下有套管，该液压锚定油管锚在套管内部)内壁，同时锁环锁定在活塞套下端(锯齿状螺纹)，这样，即使坐封管柱井口泄压，油管锚仍保持锚定和坐封；

当需要解封油管锚时，向上提起坐封管柱，当上提载荷超过解封强度时，使下锥体、上护套和下护套等退回，卡瓦复位，实现坐封管柱的解封。

本发明的油管锚设置的坐封胶筒采用非金属橡胶材料，为非金属弹性密封机构，比常规油管锚推动卡瓦的结构相比，有效避免金属材料弹性恢复带来的锁环松弛导致的油管锚密封性能下降问题，在油管泄压后锁环即使发生弹性变性也不影响坐封位置改变，因此坐封更平稳、锚定更可靠，提升了油管锚锚定可靠性，延长工艺管柱工作寿命。

附图说明

图1是本发明液压锚定油管锚的结构示意图。

图2是本发明液压锚定油管锚的使用状态示意图。

图中：1.上接头，2.密封圈，3.中心管，4.上锥体，5.上锥体剪钉，6.卡瓦，7.板簧，8.卡瓦套，9.下锥体剪钉，10.下锥体，11.上护套，12.胶筒，13.活塞套剪钉，14.活塞套，15.锁环，16.连接套，17.下护套，18.密封圈，19.活塞，20.密封圈，21.解封剪钉，22.下接头；

23.油管锚，24.上卡封封隔器，25.节流器，26.下卡封封隔器，27.套管。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

实施例1

如图1所示，本发明的液压锚定油管锚，包括上接头1、中心管3、下接头22、上锥体4、卡瓦6、下锥体10、上护套11和坐封胶筒12。常规油管锚均采用金属材料，当管柱泄压后，金属材料弹性变形恢复影响卡瓦坐封效果，本发明的坐封胶筒12采用橡胶材料，管柱泄压，金属材料产生的弹性变形不会传递到卡瓦上，也就避免降低坐封效果。

中心管3的两端通过螺纹分别连接上接头1和下接头22，上接头1下端设置有台肩。上锥体4的上端与上接头1通过螺纹连接，并通过上接头1的台肩限位。中心管3外侧自上接头1至下接头22依次套装有上锥体4、卡瓦6、下锥体10、坐封胶筒12、活塞套14和活塞19。上锥体4和下锥体10两者相对的一端均呈锥形，上锥体4和下锥体10上套装有卡瓦套8，卡瓦套8与上锥体4之间设置有上锥体剪钉5，卡瓦套8与下锥体10之间设置有下锥体剪钉9。卡瓦套8、上锥体4、下锥体10之间形成一个环形空腔，环形空腔内设置有板簧7，卡瓦6和板簧7被限制在该环形空腔内。卡瓦6上的卡瓦牙(卡瓦牙是卡瓦外侧“牙”状凸起结构)从卡瓦套8外侧凹槽伸出。

上护套11、连接套16和下护套17自上而下依次套装在坐封胶筒12和活塞套14外侧，上护套11与活塞套14之间设置有活塞套剪钉13。下护套17与下接头22之间设置有解封剪钉21。定位剪钉起到轴向和径向定位作用。下护套17通过其上端内螺纹和连接套16下端的外螺纹连接。

坐封活塞19与中心管3和之间以及与下护套17之间均设置有两道密封圈18，实现动密封。下护套17与下接头22之间设置有两道密封圈20，上接头1与中心管3之间设置有密封圈2，下接头22与中心管3之间也设置有密封圈，实现静密封。中心管3靠近活塞19和下接头22处设置有过流孔，过流孔在活塞19下端对应的中心管环状位置，一般为均布的通孔。

活塞套14下端设置有锯齿形螺纹，活塞套14与连接套16之间还设置有锁环15，锁环15与活塞套14通过锯齿形螺纹连接。锁环15初始位置位于上护套11和连接套16的环形空间内(由于连接套16上端与上护套11下端以螺纹连接，并且连接套16上端台肩面与上护套11下端台肩接触限位，由于上护套11下端台肩长度小于连接套16上台肩长度，在两个台肩面处形成一个环形空间，此处正好可以放置锁环)，锁环15限位在连接套16内壁上设置的凹槽内。连接套16与活塞套14下端螺纹连接，锁环15限位在连接套16的凹槽内，下护套17上端内螺纹和连接套16下端的外螺纹连接。

锯齿形螺纹及锁环结构，是机械领域常用的锁紧结构，初始位置锁环在一端，带有锯齿形螺纹结构的零件动作后，零件螺纹尾端和锁环配合，保持锁紧，但是此过程及零件状态无法可逆，保持相对固定。

锁环15是一种开有开槽的环状机构，其内壁加工有和活塞套14配合的锯齿螺纹结构。本发明中，初始位置锁环15在活塞套14锯齿螺纹左端(顶部)，当后期打压下推动活塞套14上行(左移)，锁环15始终卡在上护套11和连接套16的环形空间内，最终活塞套14的锯齿螺纹右端(尾部)与锁环15相配合，保持活塞套14锁紧固定，后期即使管柱泄压，活塞套14不会反向后退(不会回到初始状态)。

上护管11下端带有外螺纹，连接管16上端有内螺纹，上护套11和连接套16以螺纹连接，并形成一定环形空间，正好保持锁环15在此环状空间不动、实现限位，并且，锁环15和活塞套14下端锯齿螺纹配合，锁环15紧固在活塞套14下端。

实施例2

本实施例结合图2对所述液压锚定油管锚的锚定过程如下所述。

按现有工艺将坐封管柱和分层防砂管柱一同下入。坐封管柱配套有上下两个坐封封隔器和节流器，两套卡封封隔器和一套节流器为一组卡封工具串，实现外管封隔器等工具的坐封。参见图2，上卡封封隔器24和下卡封封隔器26之间是节流器25，两个坐封封隔器设置在节流器上下两端，使节流器25正对本发明中的油管锚23，油管锚23与上卡封封隔器24和下卡封封隔器26形成密闭空间。

对于本发明油管锚23的使用，与现有油管锚使用过程一样。分层防砂管柱是海上注水常见工艺，本发明旨在针对现有油管锚结构不足开展的改进，其配套坐封工艺为石油工程技术人员所公知，在此不再赘述。

井口打压，坐封封隔器先坐封，高压流体通过节流器25进入油管锚23与坐封管柱的上卡封封隔器24和下卡封封隔器26形成的密闭空间。

井口持续打压，压力继续上升，高压流体通过中心管上的过流孔推动活塞19挤压坐封胶筒12和下锥体10，剪断下锥体剪钉9和活塞套剪钉13，坐封胶筒12密封在中心管3和上护套11之间，并且下锥体10推动卡瓦6张开锚定在套管内壁(本发明的液压锚定油管锚通过油管下入井下，井下有套管，该液压锚定油管锚在套管内部，工作后，固定在套管内壁上)，同时锁环15锁定在活塞套14下端的锯齿状螺纹处，这样，即使坐封管柱井口泄压，油管锚仍保持锚定和坐封。

卡瓦套8是油管锚的结构，套管27是井筒结构；锁环15和活塞套14是以锯齿螺纹连接，坐封后，井口泄压，活塞套14不会回到初始位置。

当需要解封油管锚时，向上提起坐封管柱，当上提载荷超过解封剪钉21强度时，解封剪钉21剪断，下锥体10、上护套11和下护套17等退回，卡瓦6复位，实现坐封管柱的解封。

与现有技术相比，本发明的油管锚设置得坐封胶筒12为非金属弹性密封机构，比常规油管锚推动卡瓦的结构相比，在油管泄压后锁环即使发生弹性变性也不影响坐封位置改变，因此坐封更平稳、锚定更可靠。

Claims (15)

1.一种液压锚定油管锚，其特征是：包括中心管、上锥体、卡瓦、下锥体、上护套和坐封胶筒；中心管的两端分别连接上接头和下接头，中心管外侧自上接头至下接头依次套装有上锥体、卡瓦、下锥体、坐封胶筒、活塞套和活塞，上锥体和下锥体两者相对的一端均呈锥形，上锥体和下锥体上套装有卡瓦套，卡瓦套、上锥体和下锥体之间形成一个环形空腔，环形空腔内设置有板簧，卡瓦和板簧被限制在该环形空腔内，中心管上位于活塞和下接头之间设置有过流孔，上护套、连接套和下护套自上而下依次套装在坐封胶筒和活塞套外侧。

2.根据权利要求1所述的液压锚定油管锚，其特征是：所述中心管的两端通过螺纹分别连接上接头和下接头。

3.根据权利要求2所述的液压锚定油管锚，其特征是：所述上接头下端设置有台肩，上锥体的上端通过上接头的台肩限位。

4.根据权利要求1所述的液压锚定油管锚，其特征是：所述卡瓦上的卡瓦牙从卡瓦套外侧凹槽伸出。

5.根据权利要求1所述的液压锚定油管锚，其特征是：所述卡瓦套与上锥体之间设置有上锥体剪钉。

6.根据权利要求1所述的液压锚定油管锚，其特征是：所述卡瓦套与下锥体之间设置有下锥体剪钉。

7.根据权利要求1所述的液压锚定油管锚，其特征是：所述上护套与活塞套之间设置有活塞套剪钉。

8.根据权利要求1所述的液压锚定油管锚，其特征是：所述下护套与下接头之间设置有解封剪钉。

9.根据权利要求1所述的液压锚定油管锚，其特征是：所述坐封活塞与中心管和下护套之间均设置有密封圈，实现动密封。

10.根据权利要求1所述的液压锚定油管锚，其特征是：所述下护套与下接头之间设置有密封圈，中心管与上接头和下接头之间均设置有密封圈。

11.根据权利要求1所述的液压锚定油管锚，其特征是：所述连接套与活塞套下端螺纹连接。

12.根据权利要求1所述的液压锚定油管锚，其特征是：所述活塞套下端设置有锯齿形螺纹，活塞套与连接套之间设置有锁环。

13.根据权利要求12所述的液压锚定油管锚，其特征是：所述锁环设置在连接套内壁上的凹槽内。

14.根据权利要求1所述的液压锚定油管锚，其特征是：所述下护套与连接套通过螺纹连接。

15.一种权利要求1-14任一项所述的液压锚定油管锚的锚定方法，其特征是：高压流体进入中心管，随着压力上升，高压流体通过中心管上的过流孔推动活塞挤压坐封胶筒和下锥体，坐封胶筒密封在中心管和上护套之间，并且下锥体推动卡瓦张开锚定在套管内壁，同时锁环锁定在活塞套，这样，即使坐封管柱井口泄压，油管锚仍保持锚定和坐封；

当需要解封油管锚时，向上提起坐封管柱，当上提载荷超过解封强度时，使下锥体、上护套和下护套等退回，卡瓦复位，实现坐封管柱的解封。