CN205172493U - 一种高锚定力水力锚 - Google Patents

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王祖文
张冕
仝少凯
徐迎新
杨红斌
崔会贺
齐加德
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Abstract

本实用新型提供一种高锚定力水力锚,包括锚体,锚体中部径向上设置有多个通孔,每个通孔内均放置有锚爪头,锚体中部外侧固定连接有压板,压板位于锚爪头上设有的凹槽中,锚爪头下端设置有锚爪活塞,锚爪头与锚爪活塞接触连接,锚爪活塞与压板之间通过复位双弹簧连接。锚体与压板通过固定螺钉固定连接。锚爪活塞和锚爪头组成了锚爪;锚爪环向上有一环形密封槽锚爪活塞的密封槽内安装有O形密封圈。每个锚爪上镶嵌4颗硬质合金牙齿。本实用新型具有较高的锚定力和剪切性能,防止了井下管柱蠕动,结构设计简单,应用效果好,有效地解决了现有螺纹齿形锚爪水力锚锚定力不足的难题,提高了试油、压裂及注水管柱施工成功率。

Description

一种高锚定力水力锚
技术领域
本实用新型涉及一种高锚定力水力锚。
背景技术
油气井试油压裂联作过程中通常采用带水力锚的试油封隔器,该封隔器主要由水力锚、胶筒、中心管、扶正器及卡瓦等组成。其中,水力锚是试油封隔器实现定位功能的重要部件之一,其工作过程为:若管内压力大于环空压力,则水力锚活塞启动,将水力锚卡死在套管内壁上,实现管柱的可靠锚定,防止管柱向上轴向窜动。在结构组成上,水力锚一般由锚体、压板、固定螺钉、复位弹簧、锚爪、锚爪活塞等组成,其功用是只能承受管柱一定的轴向上顶力,不能承受管柱轴向压力。
对于水力锚,锚爪是唯一起锚定功能的部件,其结构设计决定着水力锚锚定力的大小。而现有的水力锚锚爪在结构上设计为螺纹齿形锚爪,在现场使用过程中,发现液压活塞力作用下螺纹齿形锚爪与套管内壁接触,虽然液压活塞力足够,但螺纹齿形锚爪与套管内壁间的挤压应力却不足,致使水力锚无法咬入套管一定深度,达到其锚定管柱的功能,发生了数次压裂管柱蠕动、移动的现象,严重影响了封隔器的密封性和井筒的安全性。对此,调研了国内外相关水力锚专利资料和文献,分析认为基本上都是针对螺纹齿形锚爪的水力锚进行了结构设计和参数分析,但对这种水力锚锚定力大小却没有定量的报道,如今现场使用出现的问题表明这种螺纹齿形锚爪的水力锚在结构设计上存在一定的缺陷。
所以,针对上述螺纹齿形水力锚结构缺陷,设计了一种高锚定力水力锚,这种高锚定力水力锚在较小的液压活塞力作用下,与套管内壁接触可以达到百兆帕甚至数千兆帕的挤压应力,从而承受较高的管柱轴向上顶力,以解决现有螺纹齿形水力锚锚定力不足的设计缺陷。
实用新型内容
为了克服现有螺纹齿形锚爪的锚定力不足、水力锚承受井下管柱轴向上顶力能力高的问题,本实用新型提供一种高锚定力水力锚,使其与套管内壁接触区域形成数百兆帕甚至数千兆帕的挤压应力,从而承受较高的管柱轴向上顶力,解决现有螺纹齿形锚爪水力锚锚定力不足的技术难题。
本实用新型采用的技术方案为:
一种高锚定力水力锚,包括锚体,锚体中部径向上设置有多个通孔,每个通孔内均放置有锚爪头,锚体中部外侧固定连接有压板,压板位于锚爪头顶部设有的凹槽中,锚爪头下端设置有锚爪活塞,锚爪头与锚爪活塞接触连接,锚爪活塞与压板之间通过复位双弹簧连接。
锚体与压板通过固定螺钉固定连接。
锚爪活塞和锚爪头组成了锚爪;锚爪环向上有一环形密封槽,锚爪活塞的密封槽内安装有O形密封圈。
每个锚爪头上镶嵌4颗硬质合金牙齿。
锚爪头上镶嵌的硬质合金牙齿爪牙楔角10.5°。
复位双弹簧采用60Si2Mn加工制造,弹簧丝直径2.0mm,节距5.0mm,最大工作负荷32.7kN,弹性模量21000Pa。
本实用新型的有益效果为:
本实用新型在锚爪头上设计了镶硬质合金牙齿,可以在较小的液压活塞力作用下,与接触套管产生较高的挤压应力,实现了承受较高的管柱轴向上顶力,经计算相同工作压差作用下,在外径139.7mm、壁厚7.72mm、9.17mm、10.54mm的P110套管内该水力锚锚定力最高达550kN,可以承受井内压裂管柱550kN的轴向上顶力。
以下将结合附图进行进一步的说明。
附图说明
图1为一种高锚定力水力锚结构示意图;
图2为水力锚承受管柱最大轴向载荷与套管所受挤压应力关系曲线图;
图3为猫爪头的结构示意图。
图中:1、锚体;2、固定螺钉;3、复位双弹簧;4、O形密封圈;5、压板;6、锚爪头;7、锚爪活塞。
具体实施方式
实施例1:
为了克服现有螺纹齿形锚爪的锚定力不足、水力锚承受井下管柱轴向上顶力能力高的问题,本实用新型提供如图1、图3所示的一种高锚定力水力锚,使其与套管内壁接触区域形成数百兆帕甚至数千兆帕的挤压应力,从而承受较高的管柱轴向上顶力,解决现有螺纹齿形锚爪水力锚锚定力不足的技术难题。
一种高锚定力水力锚,包括锚体1,锚体1中部径向上设置有多个通孔,每个通孔内均放置有锚爪头6,锚体1中部外侧固定连接有压板5,压板5位于锚爪头6顶部设有的凹槽中,锚爪头6下端设置有锚爪活塞7,锚爪头6与锚爪活塞7接触连接,锚爪活塞7与压板5之间通过复位双弹簧3连接。
如图1,本实用新型涉及的一种高锚定力水力锚的具体结构为:
包括:锚体1、固定螺钉2、复位双弹簧3、O形密封圈4、压板5、锚爪头6、锚爪活塞7。其中,锚体1采用抗腐蚀材料制造,具有高的持久强度和蠕变强度,变形小,承内压能力高;固定螺钉2用于紧固压板5,防止压板5被复位双弹簧弹3力过大而弹出;复位双弹簧3实现锚爪泄压回收功能,采用双弹簧反推设计,锚定可靠,弹性高;锚爪由镶硬质合金锚爪头6和锚爪活塞7构成,本实施例中共有六个锚爪头6共有24颗硬质合金牙齿,保证其与套管内壁有足够大的锚定力。
锚体1材料采用35CrMo加工制造,抗拉强度为847MPa,抗拉强度接近于屈服极限,径向变形和轴向变形均为10-4m。
本实用新型中的本体连接通过螺纹连接,以便于拆卸和保养。
本实用新型的应用方式为:
1.下试油、压裂及注水管柱前,在地面通过油管连接好高锚定力水力锚按照设计入井到预定位置。
2.从油管内打压,当油管内压力大于环空压力时,压力差推动锚爪活塞7启动,同时压缩装在锚爪活塞7内的复位双弹簧3,复位双弹簧3将弹力传递给压板5,又反弹推动镶硬质合金锚爪头6伸出卡紧在套管壁上,防止管柱位移,实现可靠锚定。
3.油管泄压,水力锚爪在弹簧力作用下收回,解封锚定,检查解封情况,确认锚爪完全收回后,起钻。
4.油管起出井口,将水力锚丝扣卸开,检查锚爪活塞7内的复位双弹簧3是否有砂子卡住,确认复位双弹簧3完好后,保养完成后可再次下井作业。
实施例2:
基于实施例1的基础上,本实施例中,锚体1与压板5通过固定螺钉2固定连接。
锚爪活塞7和锚爪头6组成了锚爪;锚爪环向上有一环形密封槽,锚爪活塞7的密封槽内安装有O形密封圈4。
每个锚爪头6上镶嵌4颗硬质合金牙齿。
锚爪头6上镶嵌的硬质合金牙齿爪牙楔角10.5°。锚爪牙齿采用硬质合金材料经特殊加工镶嵌而成,硬质合金锚爪牙经表面渗碳处理,处理层深度为0.5~1.0mm,其硬度高达69~82HRC,耐磨性高,可咬入P110套管深度达1.45mm。
复位双弹簧3采用60Si2Mn加工制造,弹簧丝直径2.0mm,节距5.0mm,最大工作负荷32.7kN,弹性模量21000Pa。
本实用新型提供的一种高锚定力水力锚长度450mm,最大刚体外径114mm,最小内通径58mm,锚爪直径40mm,最大锚定力550kN,硬质合金牙齿数24个,爪牙楔角10.5°。
实施例3:
基于上述两个实施例的基础上,本实施例中为了定量获得水力锚的高锚定力数值,解决现有螺纹齿形锚爪锚定力不足的技术难题,本实用新型设计了一种镶硬质合金牙齿的高锚定力水力锚。
根据实施方式,一种高锚定力水力锚,应用于高温高压气井XY112井试油-酸压管柱结构中,通过2-7/8″×5.51mm外加厚油管连接入井,坐封于外径139.7mm、壁厚7.72mm、9.17mm、10.54mm的P110套管内,油管内加压50~70MPa成功锚定管柱。
一种高锚定力水力锚承受管柱最大轴向载荷与套管所受挤压应力关系曲线见图2。在镶硬质合金爪牙不被剪断的条件下,本实用新型承受管柱最大轴向载荷550kN,对应与之接触的套管所受最大挤压应力约7645MPa,见图2中A点。这就达到了水力锚承受高锚定力的目的,防止了管柱位移。
在上述实施方式及最大轴向载荷550kN条件下,经计算该锚爪剪切应力511MPa,小于该锚爪材料最小许用应力532MPa,可见本实用新型具有良好的耐剪切性能。
一种高锚定力水力锚,应用效果良好,解决了现有螺纹齿形锚爪水力锚锚定力不足的技术难题。

Claims (6)

1.一种高锚定力水力锚,其特征在于:包括锚体(1),锚体(1)中部径向上设置有多个通孔,每个通孔内均放置有锚爪头(6),锚体(1)中部外侧固定连接有压板(5),压板(5)位于锚爪头(6)顶部设有的凹槽中,锚爪头(6)下端设置有锚爪活塞(7),锚爪头(6)与锚爪活塞(7)接触连接,锚爪活塞(7)与压板(5)之间通过复位双弹簧(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种高锚定力水力锚,其特征在于:锚体(1)与压板(5)通过固定螺钉(2)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种高锚定力水力锚,其特征在于:锚爪活塞(7)和锚爪头(6)组成了锚爪;锚爪下端环向上有一环形密封槽,锚爪活塞(7)的密封槽内安装有O形密封圈(4)。
4.根据权利要求1所述的一种高锚定力水力锚,其特征在于:每个锚爪头(6)上镶嵌4颗硬质合金牙齿。
5.根据权利要求4所述的一种高锚定力水力锚,其特征在于:锚爪头(6)上镶嵌的硬质合金牙齿爪牙楔角10.5°。
6.根据权利要求1所述的一种高锚定力水力锚,其特征在于:复位双弹簧(3)采用60Si2Mn加工制造,弹簧丝直径2.0mm,节距5.0mm,最大工作负荷32.7kN,弹性模量21000Pa。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106246134A (zh) * 2016-08-30 2016-12-21 中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司 一种高温高压可取式试油封隔器
CN106437555A (zh) * 2016-09-27 2017-02-22 中国石油天然气股份有限公司 扶正装置及井下作业工艺管柱
CN110424914A (zh) * 2019-06-28 2019-11-08 中国石油集团长城钻探工程有限公司 用于套管井的液压支撑装置

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