CN204371173U - 一种锚定器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种锚定器，是一种依靠地面泵压控制锚定与解卡动作的井下专用工具。所述锚定器包括锚定单元、液压活塞动力单元和变位限位单元；该锚定单元包括锥体(3)、卡瓦(4)，该液压活塞动力单元包括卡瓦座(5)、固定活塞(8)，卡瓦座(5)和固定活塞(8)之间形成蓄能腔体，该变位限位单元包括按压开关，卡瓦座(5)的下端与该按压开关连接，当向该液压活塞动力单元内注入压力液后，该按压开关能够使卡瓦(4)处于锚定状态或解卡状态。该变位限位单元含有类似于圆珠笔顶部的按压开关，所以锚定器的锚定与解卡状态转换非常方便，而且锚定器还具有结构简单、性能可靠等诸多优点，特别适合用于水力喷射定向钻孔。

Description

一种锚定器

技术领域

本实用新型涉及石油开采设备技术领域，特别是一种锚定器。

背景技术

目前，水力喷射定向钻孔技术作为新的油田增产措施越来越多地应用于各个油田领域，如地质勘探、油井增产、注汽、注水等。提高该技术钻孔的成功率不仅直接有利于加快施工进度，也关乎施工措施后的增产及勘探效果。

水力喷射定向钻孔技术其基本原理是将开窗钻具下入井下设计深度，利用高压水作为动力液驱动的螺杆钻或液马达带动金属软钻转向90度钻开套管壁和水泥环，所钻开的套管窗口约27mm，其后将带有喷嘴的高压软管等油层喷射钻具组件通过套管开窗窗口并利用高压水射流破岩原理对岩层实施喷射钻孔，喷射钻孔距离可达50m。所有实施环节，无论是套管开套、开水泥环还是油层喷孔必须经过套管所开的27mm窗口。但施工过程中，受设计井深、井斜及套管数据等井下复杂环境影响，管柱稍有弹性振动就会导致套管开窗钻具的导向仓口与所开套窗口上下或轴向位移，错位位移哪怕只有几毫米,后续的钻水泥环或油层喷孔就无法实施，或者在喷射结束后，整个高压软管无法拔出地层，最终导致整个钻孔工程失败，轻则井下钻具损坏、重则整个施工无法进行，超长的维修和调整时间大大增加了措施投入成本，甚至会影响并掩盖了水力喷射钻孔整体技术的优势，因此一旦当实施套管开窗工序后，就必须保证开窗钻具的导向仓仓口与所开套管壁窗口始终对正，不能有错位位移，后续施工才能正常进行。

为保证开窗钻具在套管壁实施开窗前后的稳定性，井下管柱串增加了弹性扶正器和弹性推靠，在井深1500以内、井斜不超过10度的情况下基本可以保证了安全施工，但实施井受井下温差过大、管柱弹性变化过大、及施工操作不当等因素影响下，仍会出现开窗窗口错位或卡管现像。针对辽河油田现状是，勘探井井深一般超过3000m、井斜达到20度、各别井下温度可达250度,因此，针对施工井深过深、井斜严重、管柱受热温差大等因素的影响，水力喷射钻孔井下作业管柱急需加配管柱锚定器。

现有技术中的Y211上提下放座封解封锚定器可满足施工不断锚定、解卡要求，但施工过程中需反复上提下放管柱，锚定与解卡不易判断，而且易导致定深的开窗窗口与设计开窗深度误差过大，影响钻孔效果。因此，该款锚定器误差过大，操作不便，也不理想。

实用新型内容

为了解决现有锚定器操作不便的问题。本实用新型提供了一种锚定器，该锚定器设有锚定单元、液压活塞动力单元和变位限位单元，该变位限位单元含有类似于圆珠笔顶部的按压开关，所以锚定器的锚定与解卡状态转换非常方便，而且锚定器还具有结构简单、性能可靠等诸多优点。

本实用新型为解决其技术问题采用的技术方案是：一种锚定器，包括中心管，中心管外自上向下依次套设有锚定单元、液压活塞动力单元和变位限位单元；该锚定单元包括锥体、卡瓦，该液压活塞动力单元包括卡瓦座、固定活塞，卡瓦座和固定活塞之间形成蓄能腔体，该变位限位单元包括按压开关，卡瓦座的下端与该按压开关连接，当向该蓄能腔体内注入动力液时，该蓄能腔体膨胀，推动卡瓦座沿中心管的轴线方向向上移动并驱动卡瓦沿锥体伸出锚定，该按压开关能够使卡瓦保持该锚定的状态。

该按压开关包括套在中心管外的开关外筒，开关外筒和中心管之间套设有开关压盖和开关齿轮，开关压盖的下端与开关齿轮抵接，开关齿轮能够以中心管的轴线为轴转动，开关外筒与卡瓦座的下端固定连接。

开关外筒设有沿开关外筒轴线方向设置的多个内凹槽，开关外筒的下端内含有间隔设置的长斜面和短斜面。

开关压盖的下端的周向设有锯齿形的驱动齿，开关压盖的外周壁上设有多个压盖花键，压盖花键对应插接于内凹槽中，开关压盖能够沿中心管的轴线方向向上移动。

开关齿轮的外周壁上设有多个突出的齿轮花键，该齿轮花键的上端面为斜面，开关齿轮只能沿一个方向在中心管外转动。

该按压开关包括用于使开关外筒复位的弹簧，弹簧设置在开关压盖的上方，开关外筒的上端通过弹簧压盖与弹簧的下端抵接，弹簧的上端相对于中心管固定。

该锚定单元还包括筒形的锥体，锥体套设在中心管外，并且锥体与中心管固定连接，锥体设在卡瓦的上方。

中心管上设有连通蓄能腔体和中心管的内部的通孔。

卡瓦座与中心管之间设有密封圈，卡瓦座与固定活塞之间设有密封圈。

中心管的下端设有下接头，该变位限位单元通过固定环与下接头抵接。

本实用新型的有益效果是：该锚定器首先依据施工要求满足井下反复锚定与解卡；其次，避免了与陀螺测方位时地面所需旋转管柱的误动作；第三，通过泵入压力设定值来控制锚定器的锚定与解卡，确定锚定后，可停止泵入液压，空出油管通道实施水力喷射定向钻孔的各工序；第四，不需反复上提下放管柱实施锚定，而通过计算好油管伸长量，提前计算好油管排管长度，使钻孔的深度校定误差大大减小；第四，实现钻孔时导向仓口与套管开窗窗口的锚定对正，保证了后续施工的准确性、安全性、可靠性，提高施工效率，降低施工成本、作业成本。第五，该锚定器可应用范围广，可扩展至抽油泵管柱锚定、注水管柱锚定等领域。

附图说明

下面结合附图对本实用新型所述的锚定器作进一步详细的描述。

图1是锚定器的结构示意图。

图2是锚定器的上半部分的结构示意图。

图3是锚定器的下半部分的结构示意图。

图4是解卡时开关外筒、开关压盖和开关齿轮之间的配合示意图。

图5是由解卡自由状态向锚定控制状态的转变过程中打压至最大压力时开关外筒、开关压盖和开关齿轮之间的配合示意图。

图6是在锚定控制状态时开关外筒、开关压盖和开关齿轮之间的配合示意图。

其中1.中心管，2.固定钉，3.锥体，4.卡瓦；5.卡瓦座，6.密封圈，7.密封圈，8.固定活塞，9.弹簧，10.弹簧压盖，11.开关外筒，12.开关压盖，13.开关齿轮，14.固定环，15.下接头，16.蓄能腔体，17.通孔；

111.内凹槽，112.长斜面，113.短斜面，121.驱动齿，122.压盖花键，131.齿轮花键。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型所述的锚定器作进一步详细的说明。一种锚定器，包括中心管1，中心管1外自上向下依次套设有锚定单元、液压活塞动力单元和变位限位单元；该锚定单元包括能够伸出和缩回的多个卡瓦4，该液压活塞动力单元包括筒形的卡瓦座5，卡瓦座5的上端与卡瓦4连接，卡瓦座5能够沿中心管1的轴线方向移动并驱动卡瓦4沿中心管1的径向移动；该变位限位单元包括按压开关，卡瓦座5的下端与该按压开关连接，当向该液压活塞动力单元内注入压力液后，该按压开关能够使卡瓦4处于锚定状态或解卡状态，如图1、图2和图3所示。

该锚定单元的作用是实现锚定器的锚定或解卡，液压活塞动力单元的作用是为实现锚定或解卡提供动力，该变位限位单元的作用是实现锚定和解卡的状态转换和状态保持。该按压开关类似于现有普通圆珠笔顶部的按压开关，该按压开关与普通圆珠笔顶部的按压开关的作用原理和效果相同，普通圆珠笔顶部的按压开关能够使笔芯处于伸出时的低位或处于缩回时的高位，而本实用新型所述的按压开关能够使卡瓦座5处于高位或低位，当卡瓦座5处于高位时，卡瓦座5使卡瓦4伸出，此时卡瓦4位于锚定状态；当卡瓦座5处于低位时，卡瓦座5使卡瓦4缩回，此时卡瓦4位于解卡状态。该按压开关的结构简单性能可靠依据施工要求可以满足井下反复锚定与解卡；其次，避免了与陀螺测方位时地面所需旋转管柱的误动作；第三，通过泵入压力设定值来控制锚定器的锚定与解卡，确定锚定后，可停止泵入液压，空出油管通道实施水力喷射定向钻孔的各工序；第四，不需反复上提下放管柱实施锚定，而通过计算好油管伸长量，提前计算好油管排管长度，使钻孔的深度校定误差大大减小；第四，实现钻孔时导向仓口与套管开窗窗口的锚定对正，保证了后续施工的准确性、安全性、可靠性，提高施工效率，降低施工成本、作业成本。第五，该锚定器可应用范围广，可扩展至抽油泵管柱锚定、注水管柱锚定等领域。

该按压开关包括套在中心管1外的开关外筒11，开关外筒11和中心管1之间套设有开关压盖12和开关齿轮13，开关压盖12的下端与开关齿轮13抵接，开关齿轮13的上端插接于开关压盖12内，开关齿轮13能够以中心管1的轴线为轴转动，开关外筒11与卡瓦座5的下端固定连接。

现有普通圆珠笔顶部的按压开关的有效部件包括：笔筒、按压头和转子，按压头和转子套设在笔筒内，按压头和转子上下设置，转子与笔芯抵接。笔筒内含有供按压头上下滑动的滑槽，转子能够以笔筒的轴线为轴转动还能上下移动。在本实用新型中，开关外筒11相当于普通圆珠笔顶部的按压开关中的所述笔筒，开关压盖12相当于普通圆珠笔顶部的按压开关中的所述按压头，开关齿轮13相当于普通圆珠笔顶部的按压开关中的所述转子。只不过，在本实用新型中，在解卡状态向锚定状态转变时，开关外筒11上下移动，在锚定状态向解卡状态转变时，开关压盖12和开关齿轮13上下移动而开关外筒11不动。

具体的，开关外筒11设有沿开关外筒11轴线方向设置的多个内凹槽111，开关外筒11的下端内含有间隔设置的长斜面112和短斜面113。开关压盖12的下端设有锯齿形的驱动齿121，开关压盖12的外周壁上设有多个压盖花键122，压盖花键122对应插接于内凹槽111中，开关压盖12能够沿中心管1的轴线方向向上移动，但是开关压盖12不能转动。开关齿轮13的外周壁上设有多个突出的条形的齿轮花键131，该齿轮花键131的上端面为斜面，开关齿轮13只能沿一个方向在中心管1外转动，开关齿轮13的转动轴线与中心管1的轴线重合。

类似于普通圆珠笔中的复位弹簧，该按压开关包括用于使开关外筒11复位的弹簧9，弹簧9设置在开关压盖12的上方，开关外筒11的上端通过弹簧压盖10与弹簧9的下端抵接，弹簧9的上端相对于中心管1固定。在本实施例中，弹簧9的上端与固定活塞8的下端抵接。

该锚定单元还包括筒形的锥体3，锥体3套设在中心管1外，锥体3的下端为锥面，锥体3的所述锥面可以便于卡瓦4伸出和缩回，锥体3与中心管1通过固定钉2固定连接，锥体3设在卡瓦4的上方。

该液压活塞动力单元还包括固定活塞8，固定活塞8套设在中心管1和卡瓦座5之间，固定活塞8与中心管1通过螺纹固定连接，固定活塞8的上方设有蓄能腔体16，中心管1上设有连通蓄能腔体16和中心管1的内部的通孔17，当依次通过中心管1的内部、通孔17向蓄能腔体16中打压时，卡瓦座5能够沿中心管1的轴线方向相上移动。

另外，卡瓦座5与中心管1之间设有密封圈6，卡瓦座5与固定活塞8之间设有密封圈7。中心管1的下端通过螺纹固定有下接头15，该变位限位单元通过固定环14与下接头15抵接。具体的，该变位限位单元的开关齿轮13的下端通过固定环14与下接头15抵接。

下面介绍本实用新型所述的锚定器的使用过程：

该锚定器为水力喷射定向钻孔专用的锚定器，在实施水力喷射定向钻施工作业时，该锚定器初始状态如图1所示，可连接在作业油管柱的底部或中间位置均可，需要锚定时，首先应将开窗钻具下入导向仓内，使作业油管柱底部形成堵头状态，此时，地面可用泵车泵入高压水达到锚定设定值。

管柱内的高压液体顺中心管1的内部经过通孔17进入蓄能腔体16，当作业管柱内压强增大时，蓄能腔体16受压膨胀，驱使卡瓦座5向上运移。此时，卡瓦座5的顶端带动3个卡瓦4沿锥体3伸出并作用在套管内壁上实现锚定，同时卡瓦座5的底端带动开关外筒11也向上运移，实现解卡自由状态向锚定控制状态的转变。

该解卡自由状态向锚定控制状态的转变过程是：开关外筒11向上运移，使驱动齿121顶住齿轮花键131，此时如图4所示(图4中开关外筒11为侧面展开状态，开关压盖12和开关齿轮13仅表示出了一个有效的部分)，齿轮花键131的上端面运动跨过开关外筒11的长斜面112时，齿轮花键131受驱动齿121的斜面推力作用，向开关外筒11的长斜面112转动，此时如图5所示(图5中开关外筒11为侧面展开状态，开关压盖12和开关齿轮13仅表示出了一个有效的部分)。当地面泵压达到或超过锚定设定值时，地面停泵。此时开关外筒11受弹簧9的复位作用向下移动，齿轮花键131转动滑行，齿轮花键131的上端面滑行至开关外筒11的长斜面112的最上端，此时如图6所示(图6中开关外筒11为侧面展开状态，开关压盖12和开关齿轮13仅表示出了一个有效的部分)，齿轮花键131达到锚定控制点(相当于普通圆珠笔从笔尖缩回转为笔尖伸出的状态)。

此时地面操作人员停泵并下放管柱，通过观察悬重下降台阶判断井下锚定器是否锚定，若锚定，可继续套管开窗工序；若没有锚定，可重新打压重复上述锚定过程。

当水力喷射钻孔需要上提管柱解卡锚定器时，同样先将导向仓口封堵，使作业油管柱底部形成堵头状态，此时，地面仍用泵车泵入高压水达到解卡设定值。

锚定控制状态向解卡自由状态的转变过程是：蓄能腔体16受压膨胀，驱使卡瓦座5向上移动，带动开关外筒11向上运移，当驱动齿121运动跨过开关外筒11的长斜面112时，齿轮花键131受驱动齿121斜面推力作用，向开关外筒11的短斜面113转动；当地面泵压达到或超过解卡设定值时，地面停泵；开关外筒11受复位弹簧9的复位向下运移，齿轮花键131的上端面与开关外筒11的短斜面113相接触并在短斜面113的作用下滑回至内凹槽111，实现解卡(相当于普通圆珠笔从笔尖伸出转为笔尖缩回的状态)。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种锚定器，其特征在于，所述锚定器包括中心管(1)，中心管(1)外自上向下依次套设有锚定单元、液压活塞动力单元和变位限位单元；

该锚定单元包括锥体(3)、卡瓦(4)，该液压活塞动力单元包括卡瓦座(5)、固定活塞(8)，卡瓦座(5)和固定活塞(8)之间形成蓄能腔体，该变位限位单元包括按压开关，卡瓦座(5)的下端与该按压开关连接，当向该蓄能腔体内注入动力液时，该蓄能腔体膨胀，推动卡瓦座(5)沿中心管(1)的轴线方向向上移动并驱动卡瓦(4)沿锥体(3)伸出锚定，该按压开关能够使卡瓦(4)保持该锚定的状态。

2.根据权利要求1所述的锚定器，其特征在于：该按压开关包括套在中心管(1)外的开关外筒(11)，开关外筒(11)和中心管(1)之间套设有开关压盖(12)和开关齿轮(13)，开关压盖(12)的下端与开关齿轮(13)抵接，开关齿轮(13)能够以中心管(1)的轴线为轴转动，开关外筒(11)与卡瓦座(5)的下端固定连接。

3.根据权利要求2所述的锚定器，其特征在于：开关外筒(11)设有沿开关外筒(11)轴线方向设置的多个内凹槽(111)，开关外筒(11)的下端内含有间隔设置的长斜面(112)和短斜面(113)。

4.根据权利要求3所述的锚定器，其特征在于：开关压盖(12)的下端的周向设有锯齿形的驱动齿(121)，开关压盖(12)的外周壁上设有多个压盖花键(122)，压盖花键(122)对应插接于内凹槽(111)中，开关压盖(12)能够沿中心管(1)的轴线方向向上移动。

5.根据权利要求3所述的锚定器，其特征在于：开关齿轮(13)的外周壁上设有多个突出的齿轮花键(131)，该齿轮花键(131)的上端面为斜面，开关齿轮(13)只能沿一个方向在中心管(1)外转动。

6.根据权利要求2所述的锚定器，其特征在于：该按压开关包括用于使开关外筒(11)复位的弹簧(9)，弹簧(9)设置在开关压盖(12)的上方，开关外筒(11)的上端通过弹簧压盖(10)与弹簧(9)的下端抵接，弹簧(9)的上端相对于中心管(1)固定。

7.根据权利要求1所述的锚定器，其特征在于：该锚定单元还包括筒形的锥体(3)，锥体(3)套设在中心管(1)外，并且锥体(3)与中心管(1)固定连接，锥体(3)设在卡瓦(4)的上方。

8.根据权利要求1所述的锚定器，其特征在于：中心管(1)上设有连通蓄能腔体(16)和中心管(1)的内部的通孔(17)。

9.根据权利要求8所述的锚定器，其特征在于：卡瓦座(5)与中心管(1)之间设有密封圈(6)，卡瓦座(5)与固定活塞(8)之间设有密封圈(7)。

10.根据权利要求1所述的锚定器，其特征在于：中心管(1)的下端设有下接头(15)，该变位限位单元通过固定环(14)与下接头(15)抵接。