负压解卡防垢水力锚发明专利

专利名称：负压解卡防垢水力锚

专利类型：发明专利

专利申请号：CN201710345383.X

专利申请（专利权）人：中国石油化工股份有限公司,中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术研究院
权利人地址：山东省东营市东营区济南路125号

专利发明（设计）人：马珍福,唐高峰,王宏万,孙金峰,马艳洁,刘晋伟,丁晓芳,张卫卫,李永康,刘海涛

专利摘要：本发明涉及油气开采技术领域，特别涉及一种负压解卡防垢水力锚。本发明公开的负压解卡防垢水力锚，包括中心管、连接在所述中心管上端的上接头、环绕安装在所述中心管下部的锚定机构，在中心管外还环绕设置有自锁机构，自锁机构包括密封接头、与所述密封接头固定连接的连接套、密闭活塞及弹性部件。本发明不仅有效防止了水力锚下井过程中发生中途坐锚的情况，提高了水力锚下井安全可靠性；而且在上提解卡、解锚作业的同时，锚爪内腔产生负压，锚爪受到径向回收力，锚爪强制收回。从而进一步提升水力锚工作性能，提高水力锚安全可靠性及解卡、解锚可靠性。

主权利要求：
1.负压解卡防垢水力锚，包括中心管、连接在所述中心管上端的上接头、环绕安装在所述中心管下部的锚定机构，其特征在于：在所述中心管外还环绕设置有自锁机构，所述自锁机构包括密封接头、与所述密封接头固定连接的连接套、密闭活塞及弹性部件，所述密闭活塞套设在所述连接套、密封接头及中心管所形成的环形空间内，所述密闭活塞上端与密封接头下端相接触，下端与所述弹性部件相连，该弹性部件坐落于连接套中部的端台上，所述密封接头通过解锚剪钉与所述上接头固定在一起，所述中心管上部还设置有径向的进液通道；
在所述中心管外环绕设置有缸套，该缸套两端分别与所述连接套、锚定机构相连，在所述缸套与中心管之间还设置有液缸活塞；
该水力锚还设置有安全控制机构，该安全控制机构位于所述缸套与中心管所形成的环形空间内，该安全控制机构包括锁块、释放环及控制剪钉，所述锁块位于所述连接套与中心管之间，以限制所述连接套与中心管的相对移动，所述连接套与液缸活塞之间通过控制剪钉连接，所述释放环位于锁块外侧，所述释放环与液缸活塞之间为活动连接，并可发生相对移动；
在所述中心管外还环绕设置有负压解卡机构，该负压解卡机构包括负压密封环，所述负压密封环与所述中心管通过螺纹连接；
所述负压解卡机构还包括设置在所述缸套内侧与所述负压密封环相配合的环形凸起，当所述负压密封环上移时，能与该凸起密封贴合；
在所述上接头与密封接头之间还设置有挡帽，所述挡帽环绕在上接头上，并与所述密封接头通过螺纹连接密封；
所述的锚定机构包括锚体、锚爪、压板、复位弹簧及螺钉，所述锚体上设置有锚孔，所述锚爪安装与锚孔内，所述锚爪外侧设置有压板，所述压板通过螺钉固定在锚体上，所述压板上还设置有可供锚爪伸出的孔。
2.如权利要求1所述的负压解卡防垢水力锚，其特征在于：所述的弹性部件为弹簧或板簧。
3.如权利要求1所述的负压解卡防垢水力锚，其特征在于：在所述中心管与锚体之间还设置有密封胶圈。 说明书 : 负压解卡防垢水力锚技术领域[0001] 本发明涉及油气开采技术领域，特别涉及一种负压解卡防垢水力锚。背景技术[0002] 随着油藏精细描述等工作的不断深入，对油藏的认识更细致，加之层间差异大，对分层注水的需求更强、要求更严格。另外，随着高压低渗区块注水开发，也给分层注水提出了更高的要求。注水层启动压力高，管柱蠕动严重，成为制约高压分层注水的重要问题。[0003] 目前在注水井分层施工中，为防止管柱蠕动、封隔器上顶，主要采用水力锚作为防管柱蠕动工具使用。通常使用的水力锚主要有锚体或锚爪构成，主要通过油管内憋压，水力锚锚爪在液体压力的作用下向外伸出，卡紧套管内壁，实现锚定动作。当油套压力平衡后，锚爪在挡板内弹簧的弹力作用下收回，解除锚定作用。油井工作抽油时，液柱负载在油管与抽油杆上随抽油机上下冲程变化而交替转移，使油管蠕动，容易出现抽油泵工作效率低、油管脱扣等问题。使用水力锚固定油管，可以防止油管伸缩，进而提高抽油泵的工作效率，避免油管脱扣。[0004] 中国专利文献CN2177801Y公开了一种水力锚，其特征是在主体上布15个锚爪孔，在垂直主体轴向平面内步3个孔，孔在主体纵向均布6排，长排、短排各3个，相间排列，长排每排3孔，短排每排2孔，孔错开分布。[0005] 中国专利文献CN201865633U公开了一种水力锚，包括锚体和锚爪，所述锚体上设置有九个钻通的锚爪孔，所述锚体上的周向均匀分布有三组锚爪孔组，每组所述锚爪孔由三个在所述锚体的轴向上均匀分布的锚爪孔构成。[0006] 上述文献对水力锚的布孔方式，锚爪孔在锚体匀分布进行了描述，但在实际应用中，存在如下不足：1)锚定力为水力锚锚爪在内外压差作用下与套管内壁的摩擦力。而水力锚爪的内外压差为井下配水工具的节流压差，仅为1～2MPa，因此水力锚提供的锚定力不足以抵抗管柱的蠕动力；2)停注时，锚爪回收，锚定状态解除，注水管柱因温度效应引起的蠕动得不到解决，封隔器因管柱蠕动易密封失效，极大影响了注水管柱有效工作寿命；3)锚定管柱时，锚爪与锚体之间的空腔易结垢，导致锚爪难以回收；4)在下井过程中，受水力冲击影响，锚爪撑开，易导致中途坐锚、锚爪磨损或下井过程中管柱遇卡。[0007] 中国专利文献CN204716166U公开了一种密闭自锁水力锚，包括锚定机构，密闭机构、解锚机构、自锁机构、中心管，锚定机构、密闭机构、自锁机构、解锚机构自下而上依次设置在中心管外侧，密闭机构连接在锚定机构的上端，自锁机构下端连接密闭机构，自锁机构上端连接解锚机构，中心管上开设通往解锚机构的上进液孔，所述中心管上还开设有通往自锁机构的下进液孔。然而该工具在使用过程中，存在如下技术问题：1)在下井过程中，受水力冲击影响，锚爪撑开，易导致中途坐锚、锚爪磨损或下井过程中管柱遇卡；2)坐锚过程中还存在锁块释放困难，易导致坐锚失败；3)解锚、解卡方式单一，可靠性差。[0008] 因此，现有技术中的水力锚均无法有效地进行锚定、解除锚定作业，其稳定性、可靠性均不能令人满意。发明内容[0009] 针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种负压解卡防垢水力锚，其有效防止了中途坐锚、坐锚失败及解锚困难等情况的发生，在锚定、解除锚定及解卡方面性能更稳定、更可靠。[0010] 根据本发明提供了一种负压解卡防垢水力锚，包括中心管、连接在所述中心管上端的上接头、环绕安装在所述中心管下部的锚定机构，在所述中心管外还环绕设置有自锁机构，所述自锁机构包括密封接头、与所述密封接头固定连接的连接套、密闭活塞及弹性部件，所述密闭活塞套设在所述连接套、密封接头及中心管所形成的环形空间内，所述密闭活塞上端与密封接头下端相接触，下端与所述弹性部件相连，该弹性部件坐落于连接套中部的端台上，所述密封接头通过解锚剪钉与所述上接头固定在一起，所述中心管上部还设置有径向的进液通道。[0011] 在所述中心管外环绕设置有缸套，该缸套两端分别与所述连接套、锚定机构相连，在所述缸套与中心管之间还设置有液缸活塞。[0012] 作为本发明的一种改进，该水力锚还设置有安全控制机构，该安全控制机构位于所述缸套与中心管所形成的环形空间内，该安全控制包括锁块、释放环及控制剪钉，所述锁块位于所述连接套与中心管之间，以限制所述连接套与中心管的相对移动，所述连接套与液缸活塞之间通过控制剪钉连接，所述释放环位于锁块外侧，所述释放环与液缸活塞之间为活动连接，并可发生相对移动。[0013] 在所述上接头与密封接头之间还设置有挡帽，所述挡帽环绕在上接头上，并与所述密封接头通过螺纹连接密封。[0014] 作为本发明的又一改进，在所述中心管外还环绕设置有负压解卡机构，该负压解卡机构包括负压密封环，所述负压密封环与所述中心管通过螺纹连接。[0015] 所述负压解卡机构还包括设置在所述缸套内侧与所述负压密封环相配合的环形凸起，当所述负压密封环上移时，能与该凸起密封贴合。[0016] 所述的弹性部件为弹簧或板簧。[0017] 作为本发明的再一种改进，所述的锚定机构包括锚体、锚爪、压板、复位弹簧及螺钉，所述锚体上设置有锚孔，所述锚爪安装与锚孔内，所述锚爪外侧设置有压板，所述压板通过螺钉固定在锚体上，所述压板上还设置有可供锚爪伸出的孔。[0018] 在所述中心管与锚体之间还设置有密封胶圈。[0019] 与现有技术相比，本发明的优点在于，通过设置安全控制机构，有效防止了水力锚下井过程中发生中途坐锚情况，提高了水力锚下井安全可靠性；同时，安全控制机构采用分步释放方式，实现先剪断剪钉后释放锁块，避免出现剪钉剪切和释放锁块同步进行存在的锁块释放困难的问题，提高了锁块释放成功率，提高了水力锚工作可靠性；此外，还设置有负压解卡机构，在上提解卡、解锚作业的同时，锚爪内腔产生负压，锚爪受到径向回收力，锚爪强制收回。从而进一步提升水力锚工作性能，提高水力锚安全可靠性及解卡、解锚可靠性。附图说明[0020] 图1为本发明的负压解卡防垢水力锚的结构示意图。[0021] 图中：1‑上接头；2‑挡帽；3‑密封接头；4‑解锚剪钉；5‑连接套；6‑密闭活塞；7‑弹性部件；8‑中心管；9‑锁块；10‑释放环；11‑控制剪钉；12‑液缸活塞；13‑缸套；14‑负压密封环；15‑锚体；16‑螺钉；17‑锚爪；18‑复位弹簧；19‑压板。具体实施方式[0022] 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。[0023] 图1是本发明的负压解卡防垢水力锚的结构示意图。一种负压解卡防垢水力锚，包括中心管8、连接在所述中心管8上端的上接头1、环绕安装在中心管8下部的锚定机构，在中心管8外还环绕设置有自锁机构，自锁机构包括密封接头3、与密封接头3固定连接的连接套5、密闭活塞6及弹性部件7，密闭活塞6套设在连接套5、密封接头3及中心管8所形成的环形空间内，密闭活塞6上端与密封接头3下端相接触，下端与弹性部件7相连，该弹性部件7坐落于连接套5中部的端台上，密封接头3通过解锚剪钉4与上接头1固定在一起，中心管8上部还设置有径向的进液通道。在一具体实施例中，弹性部件7可以为弹簧或板簧。[0024] 在中心管8外环绕设置有缸套13，该缸套13两端分别与所述连接套5、锚定机构相连，在所述缸套13与中心管8之间还设置有液缸活塞12。[0025] 锚定机构包括锚体15、锚爪17、压板19、复位弹簧18及螺钉16，锚体15上设置有锚孔，锚爪17安装与锚孔内，锚爪17外侧设置有压板19，压板19通过螺钉固定在锚体上，压板19上还设置有可供锚爪17伸出的孔。[0026] 根据本发明，该水力锚还设置有安全控制机构，该安全控制机构位于所述缸套13与中心管8所形成的环形空间内，该安全控制包括锁块9、释放环10及控制剪钉11，锁块9位于连接套5与中心管8之间，以限制所述连接套5与中心管8的相对移动，连接套5与液缸活塞12之间通过控制剪钉11连接，释放环10位于锁块9外侧，释放环10与液缸活塞12之间为活动连接，并可发生相对移动。[0027] 在另一实施例中，在上接头1与密封接头3之间还设置有挡帽2，挡帽2环绕在上接头1上，并与密封接头3通过螺纹连接密封。[0028] 根据本发明，在所述中心管8外还环绕设置有负压解卡机构，该负压解卡机构包括负压密封环14，负压密封环14与中心管8可以通过螺纹连接。负压解卡机构还包括设置在缸套13内侧与负压密封环14相配合的环形凸起，当所述负压密封环14上移时，能与该凸起密封贴合。[0029] 在又一个实施例中，环形凸起的内径应等于或略小于负压密封环的外径，在中心管8与锚体15之间还设置有密封胶圈。[0030] 在现场进行锚定作业时：首先向油管内泵入液体增加液压，液压通过中心管8上部的进液孔推动密闭活塞6克服弹性部件7的弹性力下移进一步压缩弹性部件7，直至进液通道打开，液缸活塞12在液压的作用下持续增压直至剪断控制剪钉11并下移，在液缸活塞12移动一小段距离，使得液缸活塞12与释放环10达到最大间距时，液缸活塞12拖动释放环10下移，然后锁块9被释放，中心管8与连接套5不再相连且可发生相对移动，同时液缸活塞12下移时会挤压缸套13内的液压油，液压油经由中心管8与锚体15之间的空隙进入锚爪17所在空腔，锚爪17在液压油的压力推动下克服复位弹簧18的弹性力，伸出锚孔，从而锚定管柱。油管泄压后，密闭活塞6在弹性部件7的弹性力推动下上移，与密封接头3接触并密封，进液通道关闭，此时，液压油压力高于套管内的压力，锚爪17在液压油的压力推动下仍然保持锚定状态。[0031] 在解锚作业时：上提管柱，上接头1与密封接头3之间的解锚剪钉4剪断；上接头1带动中心管8、负压密封环14上移，直至负压密封环14与设置在缸套13内侧的环形凸起相接触密封时，继续上提管柱，锚体15内产生负压，套管压力高于锚体15内液压油的压力，锚爪18在压力及复位弹簧18联合作用下回收，当中心管8下端与锚体15上的胶圈脱离后，卸压，锚爪完全收回，从而解除锚定状态。[0032] 虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。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。

专利地区：山东

专利申请日期：2017-05-16

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN108868674B