一种应用于水平裸眼井的扶正锚定装置.pdf

本发明公开了一种应用于水平裸眼井的扶正锚定装置，包括分别设置于中心管外侧两端的上接头和下接头，在所述上接头和下接头之间分别通过各自的定位环各限定有一个液压缸，所述两个液压缸之间开有用于设置铰链式锚拴的豁口；所述液压缸内设有活塞，活塞内端面与铰链式锚栓相接；所述铰链式锚栓的外周壁上设置有盖板；所述活塞内侧壁设有与中心管上的锯齿形螺纹相配合的单向锁环。在液压作用下，活塞作相对运动，两个活塞中间沿圆周设有多个铰链构成的锚拴组件，它会在活塞相向运动时，受压隆起，锚拴顶端会从接触井壁到嵌入井壁的岩石中，从而对压裂管柱特别是封隔器起到扶正和锚定作用。它可以有效防止压裂过程中封隔器的窜动，对保护封隔器胶筒、防止油管拉断至关重要。

权利要求书

一种应用于水平裸眼井的扶正锚定装置
技术领域
本发明属于石油天然气（包括页岩气）开采水平裸眼井完井的井下工具制作领域，具体涉及一种应用于水平裸眼井封隔分段压裂改造的扶正锚定装置。
背景技术
水平井完井技术是提高单井产量和高效开发低渗油气田的先进技术，针对水平井裸眼段的改造，公开号CN 101560877A，公开日为2009年10月21日的中国专利文献和2011年1月19日授权的专利号为201020246107.1专利文献，水平井封隔器分段压裂工艺管柱和水平井裸眼完井分段压裂酸化工具管柱目前得到广泛应用和认可。
目前对于水平裸眼井分段压裂改造，有多种技术措施和相应的井下工具。权衡利弊，应用最多的是由多个封隔器串接的压裂管柱。在压裂施工中，封隔器在坐封后才能实施分段压裂，在水平裸眼井中，封隔器管柱由于重力，压在井眼下沿，只有将封隔器扶正（接近井眼轴线）封隔器才能有效坐封，可是现有扶正器从套管直井借用过来，不适应水平裸眼井条件，效果不尽人意。
裸眼井壁相对套管井壁来说在高压下易坍塌，对管柱和工具的正常工作造成影响，因此管柱上应用必要的锚定手段，防止施工过程中压力的变化引起管柱伸缩，影响使用寿命。一般是在套管段使用套管锚定器如水力锚等。2004年8月4日授权的专利03264505.8新型油管锚定器和2005年1月19日授权的专利03214346.X小井眼安全锚定器。采用锚爪或卡瓦实现油管顺利下到预定位置后的锚定，可有效防止油管的伸长和缩短，能有效解决套管井井下管柱的固定问题。但均不适用于井壁不规则、井径有变化的裸眼丼段两个封隔器之间的管柱要承受很大拉力的井。
在逐段压裂过程中，以3 1/2”的外加厚油管为例，压裂时伸长率约为2⁰/₀₀以上，已经坐封的胶筒承受巨大的径向力，当油管伸长带动胶筒发生轴向移动时，井壁岩石将破坏胶筒，造成封隔器坐封成功但压裂时胶筒泄露。另外，压裂时管柱由于液压产生的伸长作用的拉力直接作用在油管和丝扣上，可能使油管断裂或丝扣脱扣（已经有几起类似事故的发生）。解决好封隔器以及管柱的锚定，可以避免此类事故的发生。但现有用于套管井的水力锚和卡瓦，不能适应水平裸眼井条件。
发明内容
本发明针对现有水平裸眼井封隔分段压裂管柱在压裂施工中的锚定问题，提出一种使压裂管柱有效扶正和锚定的设计。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种应用于水平裸眼井的扶正锚定装置，包括分别设置于中心管外侧两端的上接头和下接头，在所述上接头和下接头的之间分别通过各自的定位环各限定有一个液压缸，所述两个液压缸之间开有用于设置铰链式锚拴的豁口；所述液压缸内设有活塞，活塞内端面与铰链式锚栓相接；所述铰链式锚栓的外周壁上设置有盖板；所述活塞内侧壁设有与中心管上的锯齿形螺纹相配合的单向锁环。其单向锁环内外都有锯齿形螺纹，留有豁口以便发挥弹性。中心管、锁环和活塞之间通过螺纹构成单向锁紧机构。
进一步的，本发明装置中：
所述沿两个活塞内端面之间、中心管的圆周向设置有多个铰链式锚栓；所述铰链式锚栓由销钉连接一对对称结构的剪刀齿构成，多个铰链式锚栓的剪刀齿齿尖沿中心管圆周壁方向布置。
所述单向锁环为双面齿结构，其一端面齿与中心管相接，另一端面齿与活塞内侧壁单向啮合。
所述液压缸内、液压缸与中心管相接处分别设置有密封圈。
所述铰链式锚栓采取铸钢材料制备。
在液压作用下，活塞作相对运动，两个活塞中间沿圆周设有多个铰链构成的锚拴组件，它会在活塞相向运动时，受压隆起，锚拴齿尖会从接触井壁到嵌入井壁的岩石中，并且通过活塞内侧壁与中心管上的锯齿形螺纹相配合的单向锁环锁定，从而对压裂管柱特别是封隔器起到扶正和锚定作用。它可以有效防止压裂过程中封隔器的窜动，对保护封隔器胶筒、防止油管拉断至关重要。
本装置由于应用了液压力（而不是弹性力），活塞可以获得12至28吨的推力，随着锚拴的隆起，锚拴夹角会越来越小，锚拴向井壁的正压力会越来越大，甚至超过活塞推力。另外，由于采用了双液缸设计，两根锚拴受力相等，这就保障了铰链支点的合力始终在井壁的法线方向，这对于扶正管柱以及锚拴嵌入井壁，实现锚定都是有利的。还可以根据井壁岩性，调整锚拴长度，达到最佳扶正锚定效果。
附图说明
附图1是扶正锚定装置装配图。
附图2是单向锁紧机构放大图。
图中，1、上接头，2、中心管，3、定位环，4、密封圈，5、盖板，6、铰链式锚拴，7、活塞（阴影部分表示锁紧螺纹），8、液压缸，9、单向锁环，10、下接头。
具体实施方式
如图1所示，一种应用于水平裸眼井的扶正锚定装置，包括分别设置于中心管2外侧两端的上接头1和下接头10，在上接头1和下接头10的之间分别通过各自的定位环3各限定有一个液压缸8，两个液压缸8之间开有用于设置铰链式锚拴6的豁口；液压缸8内设有活塞7，活塞7内端面与铰链式锚栓6相接；铰链式锚栓6的外周壁上设置有盖板5；活塞7内侧壁设有与中心管2上的锯齿形螺纹相配合的单向锁环9。铰链式锚栓6的外周壁上设置有盖板5。液压缸8内、液压缸8与中心管2相接处设置有密封圈4。
该装置中，沿两个活塞7内端面之间、中心管2的圆周向设置有4‑12个铰链式锚栓6。其中，铰链式锚栓6由销钉连接一对对称结构的剪刀齿构成，4‑12个铰链式锚栓6的剪刀齿齿尖沿中心管2圆周壁方向布置。
如图2所示，单向锁环9为双面齿结构，其一端面齿与中心管2相接，另一端面齿与活塞7内侧壁单向啮合，从而起到锁定作用。
本发明在中心管2的两端分别设有一个上接头和下接头10，靠近接头的定位环3，限定了液压缸8的位置，液压缸8内设有两个可作相向运动的活塞7，活塞7的外端由液压缸8的台阶限定，以便通过中心管2上的传压孔接受管内的液压，活塞7两端内侧有锯齿形螺纹与单向锁紧环9配合，以便与中心管2上的锯齿形螺纹实现单向锁紧功能。活塞7内端接触铰链式锚拴6，液压缸2相应位置开有豁口，以便铰链式锚拴6由此隆起突向井壁，安装时豁口上设有盖板5，防止铰链式锚拴6在非工作时掉落，而在工作时，盖板5被隆起的铰链式锚拴6撑破。
将单向锁紧环和活塞安装在中心管上图示位置，在固定活塞内端面距离的情况下，套入液压缸，使两液压缸豁口对齐，向豁口内装入锚拴，盖好盖板，分别在中心管两端旋入定位环和上下接头，完成装配。
抽检时，封住任意一端接头，在另一端接头处打压，可以观察到锚拴隆起过程，在锚拴完全并拢后，泄压。用力推锚拴突出在缸体外的部分，验证单向锁紧功能。
铰链式锚栓组件采用铸钢材料ZG34Cr‑NiMo制备，以保证具备足够的硬度和强度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。