稠油蒸汽驱解封双向锚定油管锚 |
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| 申请号 | CN201410654948.9 | 申请日 | 2014-11-17 | 公开(公告)号 | CN104453757A | 公开(公告)日 | 2015-03-25 |
| 申请人 | 中国石油天然气股份有限公司; | 发明人 | 关仲; 刘玉文; 高春阳; 张洪宝; 赵旭亮; 陈鹏; 韩永梅; 寇微; 王丽莉; 王文钢; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种稠油 蒸汽 驱解封双向锚定油管锚，包括卡瓦、中心管、下锥体、液缸筒和固定 活塞 ，卡瓦套设于中心管的上端外部，下锥体滑动套设于中心管外且下锥体的上部顶抵卡瓦，卡瓦能随着下锥体沿着中心管的轴向上行或下行而实现锚定或解封；固定活塞固定套设于中心管的中部，且液缸筒滑动套设于固定活塞外，液缸筒的上端与下锥体的下端密封固定连接，中心管、下锥体、液缸筒和固定活塞合围形成液压腔，中心管在对应液压腔的 位置 设置有通孔；固定活塞的下端连接有弹性件，弹性件的下方设置有滑动套设于中心管外的连接体，连接体的上端与液缸筒的下端固定连接，弹性件能被连接体压缩。本发明坐封牢靠，且具备可靠的解封性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种稠油蒸汽驱解封双向锚定油管锚，其特征在于，所述稠油蒸汽驱解封双向锚定油管锚包括卡瓦(3)、中心管(4)、下锥体(6)、液缸筒(8)和固定活塞(9)，卡瓦(3)套设于中心管(4)的上端外部，下锥体(6)滑动套设于中心管(4)外且下锥体(6)的上部顶抵卡瓦(3)，卡瓦(3)能随着下锥体(6)沿着中心管(4)的轴向上行或下行而实现锚定或解封； |
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| 说明书全文 | 稠油蒸汽驱解封双向锚定油管锚技术领域[0001] 本发明涉及油气田开发稠油热采锚定装置，特别是一种稠油蒸汽驱解封双向锚定油管锚。 背景技术[0002] 目前油气田开发用的油管锚都是应用于稀油开采管柱，稀油开采用油管锚多用于抽油泵生产管柱，锚定油管防止管柱伸长，增加泵效。对于稠油蒸汽驱、蒸汽吞吐等热采工艺，稠油热采工艺通常由于井下工况差、井温高且生产周期长，在生产调整时会造成管柱频繁上下蠕动，因此稀油生产用的油管锚根本无法满足稠油热采工艺的要求。辽河油田传统蒸汽驱工艺管柱用于防止管柱蠕动的工具是采用带卡瓦式耐高温封隔器，这种封隔器可以有效的防止管柱蠕动，保护上层套管，但长期注汽后起管柱封隔器不易解封，时常有卡井现象出现，给施工带来困难，增加成本，降低了生产效率。 发明内容[0003] 为了克服现有技术防止管柱蠕动的封隔器不易解封的问题，本发明提供一种稠油蒸汽驱解封双向锚定油管锚，坐封牢靠，且能够采用三重解封机构对油管锚进行解封，具备可靠的解封性能。 [0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述稠油蒸汽驱解封双向锚定油管锚包括卡瓦、中心管、下锥体、液缸筒和固定活塞，卡瓦套设于中心管的上端外部，下锥体滑动套设于中心管外且下锥体的上部顶抵卡瓦，卡瓦能随着下锥体沿着中心管的轴向上行或下行而实现锚定或解封；固定活塞固定套设于中心管的中部，且液缸筒滑动套设于固定活塞外，液缸筒的上端与下锥体的下端密封固定连接，中心管、下锥体、液缸筒和固定活塞合围形成液压腔，中心管在对应所述液压腔的位置设置有通孔；固定活塞的下端连接有弹性件，所述弹性件的下方设置有滑动套设于中心管外的连接体，连接体的上端与液缸筒的下端固定连接，所述弹性件能随着连接体沿着中心管上行而被压缩。 [0005] 中心管上端通过外螺纹连接有上锥体，上锥体的下部设有半径由上至下逐渐减少的第一外锥面；下锥体的上部设有半径由上至下逐渐增大的第二外锥面；卡瓦的上部设有与所述第一外锥面的形状相匹配的第一内锥面，卡瓦的下部设有与所述第二外锥面的形状相匹配的第二内锥面。 [0006] 卡瓦中部的外壁面设有凹槽，卡瓦外套设有护套，护套的上部和下部分别设有上通孔和下通孔，卡瓦的上部和卡瓦的下部能对应穿过所述上通孔和所述下通孔；护套的下端与下锥体固定连接。 [0007] 凹槽内设置有弓形弹簧；当卡瓦的所述上部和所述下部穿出护套时，弓形弹簧能被凹槽和护套压缩。 [0008] 护套的下端与下椎体之间设置有护套帽，护套帽与护套螺纹连接，护套帽与下椎体滑动连接。 [0009] 所述弹性件为弹簧，弹簧的上端顶抵固定活塞的底端，弹簧的下端顶抵连接体。 [0010] 中心管的下端从内向外依次套设有下中心管、锁紧管和锁紧套，中心管、下中心管和锁紧管能够固定连接，锁紧套的上端与连接体的下端固定连接，锁紧套和锁紧管之间还设有能够使锁紧套和锁紧管连接固定的锁环套，锁环套为设有缺口的开口环，锁环套的内表面设有内螺纹，锁环套的外表面设有外螺纹。 [0011] 下中心管的下端通过解封销钉连接锁紧管，当解封销钉被剪断后，锁紧管能够相对于下中心管滑动。 [0012] 下中心管的侧壁内设有贯穿孔，所述贯穿孔内设置有跳跃锁块；中心管的外壁上设置有能嵌入部分跳跃锁块的外凹槽，锁紧管的内壁上设置有能嵌入部分跳跃锁块的内凹槽，跳跃锁块能够设置于所述外凹槽和所述贯穿孔内或所述内凹槽和所述贯穿孔内。 [0013] 跳跃锁块的底面为斜面，所述斜面为沿中心管轴向由内而外向下倾斜；当跳跃锁块位于所述外凹槽和所述贯穿孔内时，下中心管和锁紧管之间能够相对滑动，当跳跃锁块位于所述内凹槽和所述贯穿孔内时，中心管和下中心管之间能够相对滑动。 [0014] 所述斜面、所述外凹槽的底面和所述内凹槽的底面相互平行。 [0015] 锁环套和锁紧管之间还套设有锁环，锁环的内表面与锁紧管的外表面螺纹连接，锁环的外表面与锁环套的内表面螺纹连接，锁环套的外表面与锁紧套的下端的内表面螺纹连接，锁环的外螺纹为粗牙螺纹，锁环的内螺纹为细牙螺纹，锁环的外螺纹的螺距大于锁环套的内螺纹的螺距，锁紧套的下端螺纹连接有下连接体，下连接体的下端固定连接有坐封环，下中心管的中部设置有台阶，当下中心管相对于坐封环下行时，坐封环的中部能阻挡所述台阶。 [0016] 锁紧管的外螺纹、锁环的内螺纹、锁环的外螺纹和锁环套的内螺纹为锯齿形螺纹。 [0017] 下中心管外还螺纹套设有护环，坐封环的下端通过坐封销钉与护环连接固定。 [0018] 本发明的稠油蒸汽驱解封双向锚定油管锚的有益效果是，坐封结构简单，动作灵活，锚定可靠，能够有效地降低由于蒸汽驱井井温变化而产生管柱蠕动造成的影响，满足蒸汽驱热采工艺要求，且具有三重解封方式，能够在恶劣的井况条件下，完成可靠解封动作，具备较高的施工成功率。附图说明 [0019] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。 [0020] 图1是本发明的稠油蒸汽驱解封双向锚定油管锚的结构示意图； [0021] 图2是本发明的锁环套的结构示意图； [0022] 图3是本发明的锁环的结构示意图。 [0023] 附图标记说明： [0024] 1.上锥体，2.护套，201.固定环，3.卡瓦，301.凹槽，4.中心管，5.弓形弹簧，6.下锥体，7.护套帽，8.液缸筒，9.固定活塞，10.弹簧，11.连接体，12.锁紧套，13.锁紧管，14.下中心管，15.跳跃锁块，16.锁环套，17.锁环，18.下连接体，19.解封销钉，20.坐封环，21.坐封销钉，22.护环。 具体实施方式[0025] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。 [0026] 如图1至图3所示，本发明提出了一种稠油蒸汽驱解封双向锚定油管锚，包括卡瓦3、中心管4、下锥体6、液缸筒8和固定活塞9，卡瓦3套设于中心管4的上端外部，下锥体6滑动套设于中心管4外且下锥体6的上部顶抵卡瓦3，卡瓦3能随着下锥体6沿着中心管4的轴向上行或下行而实现锚定或解封；固定活塞9固定套设于中心管4的中部，且液缸筒8滑动套设于固定活塞9外，液缸筒8的上端与下锥体6的下端密封固定连接，中心管4、下锥体6、液缸筒8和固定活塞9合围形成液压腔，中心管4在对应所述液压腔的位置设置有通孔；固定活塞9的下端连接有弹性件，所述弹性件的下方设置有滑动套设于中心管4外的连接体11，连接体11的上端与液缸筒8的下端固定连接，所述弹性件能随着连接体11沿着中心管4上行而被压缩。 [0027] 本发明的稠油蒸汽驱解封双向锚定油管锚结构简单，坐封时依靠辅助坐封球杆封堵下部油管内腔，即可实现打压坐封，上提中心管4即可实现解封，动作灵活。坐封过程中，液体通过中心管4上的所述通孔进入所述液压腔，下锥体6在液压的作用下沿着中心管4轴向上行推动卡瓦3沿着径向向外张开锚定，本发明的油管锚完成坐封。与此同时，下锥体6带动液压缸8、连接体11沿着中心管4的轴向向上，连接体11压缩设置于固定活塞9和连接体11之间的所述弹性件。当上提中心管4解锚卡瓦3时，固定活塞9随着中心管4上行，所述弹性件的弹力协助固定活塞9上行，下锥体6相对于中心管4下行，卡瓦3随之解锚。 [0028] 所述液压腔由中心管4的外壁面、下锥体6的底面、液缸筒8的内壁面和固定活塞9的顶面合围形成，为了简化本发明的油管锚的结构，在下锥体6的底面设置为内小外大的内锥面，所述内锥面与中心管4、固定活塞9形成纵断面为三角形的液压腔。下锥体6的底面也可以其他能形成液压腔的形状。 [0029] 考虑到卡瓦3的锚定和解锚对下椎体的依赖性，优选采用锥面结构的设计，以使卡瓦3易于坐封和解封。在中心管4的上端通过外螺纹连接上锥体1，上锥体1的下部设有半径由上至下逐渐减少的第一外锥面；下锥体6的上部设有半径由上至下逐渐增大的第二外锥面；卡瓦3的上部设有与所述第一外锥面的形状相匹配的第一内锥面，卡瓦3的下部设有与所述第二外锥面的形状相匹配的第二内锥面。当所述下锥体6向上顶抵卡瓦3时，下锥体6的第二外锥面与卡瓦3的第二内锥面相配合，使卡瓦3能够较容易地被下锥体6顶抵上行；与此同时，卡瓦3的第一内锥面与上锥体1的第二外锥面相配合，卡瓦3上行爬上上锥体1的第二外锥面，卡瓦3沿着径向抵靠至套管壁上，完成锚定。 [0030] 在下椎体6推动卡瓦3径向向外张开的过程中，增设一个径向的限制，以利于卡瓦3的轴向移动，在卡瓦3中部的外壁面设置凹槽301，卡瓦3外套设有护套2，护套2的上部和下部分别设有上通孔和下通孔，护套2在所述上通孔和所述下通孔之间形成对应于凹槽 301的固定环201，卡瓦3的上部和卡瓦3的下部能对应穿过所述上通孔和所述下通孔；护套2的下端与下锥体6固定连接。在卡瓦3径向张开的过程中，卡瓦3的上部和卡瓦3的下部只能对应穿过护套2的所述上通孔和所述下通孔进行锚定，护套2的设计不仅向卡瓦 3提供了一个径向的限制力，更能减少卡瓦3的磨损，延长卡瓦3的使用寿命。 [0031] 为了协助卡瓦3的径向退回，在凹槽301内设置有弓形弹簧5；当卡瓦3的所述上部和所述下部穿出护套2时，弓形弹簧5能被凹槽301和护套2压缩。压缩后的弓形弹簧5能推动卡瓦3沿着中心管4径向向内运动，在卡瓦3收缩的过程中，弓形弹簧5能帮助卡瓦3自护套2径向向内退回。 [0032] 另外，在护套2的下端与下椎体6之间还设置有用以保护护套2的护套帽7，护套帽7与护套2螺纹连接，护套帽7与下椎体6滑动连接。 [0033] 在一个具体的实施方式中，所述弹性件为弹簧10，弹簧10的上端顶抵固定活塞9的底端，弹簧10的下端顶抵连接体11。 [0034] 在卡瓦3锚定后卸掉液压，为了确保在卸掉液压后，液压缸8等部件不会在重力的作用下沿中心管4的轴向下落，在中心管4的下端从内向外依次套设下中心管14、锁紧管13和锁紧套12，中心管4、下中心管14和锁紧管13能够固定连接，锁紧套12的上端与连接体11的下端固定连接，锁紧套12和锁紧管13之间还设有能够使锁紧套12和锁紧管13连接固定的锁环套16，锁环套16为设有缺口的开口环，锁环套16的内表面设有内螺纹，锁环套16的外表面设有外螺纹。液压进入所述液压缸时，下椎体6能够带动连接体11、锁环套 12上行，由于锁环套16的开口环结构，锁紧管13能撑开锁环套16，卡瓦3顺利锚定；在卸掉液压后，锁紧管13能通过锁环套16的内螺纹与锁环套16啮合，本发明的油管锚被锁紧，液压缸8等部件不会下落。 [0035] 使用了锁环套16的本发明的油管锚，在解封时，需要较大的解封力。为了确保解封时提供给卡瓦3的解封力足以打开卡瓦3的锚定，在下中心管14的下端通过解封销钉19连接锁紧管13，当解封销钉19被剪断后，锁紧管13能够相对于下中心管14滑动。需要解封时，上提中心管4带动下中心管14上行，解封销钉19被剪断，锁紧管13以及与锁紧管13固定连接的锁环套16、锁紧套12、连接体11、液压缸8的重力，向下椎体6提供卡瓦3解锚的第一重解封力。 [0036] 在下中心管14的下端设置能与管柱螺接的外螺纹，使管柱连接于下中心管14上。为了利用管柱的重量成为卡瓦3解封的解封力，在一个优选的实施方式中，下中心管14的侧壁内设有贯穿孔，所述贯穿孔内设置有跳跃锁块15；中心管4的外壁上设置有能嵌入部分跳跃锁块15的外凹槽，下中心管14的下端设有能与管柱螺接的外螺纹，锁紧管13的内壁上设置有能嵌入部分跳跃锁块15的内凹槽，跳跃锁块15能够设置于所述外凹槽和所述贯穿孔内或所述内凹槽和所述贯穿孔内。当跳跃锁块15设置于所述外凹槽和所述贯穿孔内时，中心管4通过跳跃锁块15与下中心管14固定连接，下中心管14能随着中心管4的上行而上行；跳跃锁块15设置于所述贯穿孔和所述内凹槽内时，锁紧管13能通过跳跃锁块 15与下中心管14固定连接，与下中心管14螺接的管柱通过下中心管14和锁紧管13与连接体11固定连接，形成卡瓦3解封的第二重解封力，使卡瓦3能够更容易被解封，实现本发明的油管锚的解锁。 [0037] 为了使跳跃锁块15能顺利地从中心管4的外凹槽滑落至锁紧管13的内凹槽，跳跃锁块15的底面设置为斜面，所述斜面为沿中心管4轴向由内而外向下倾斜；当跳跃锁块15位于所述外凹槽和所述贯穿孔内时，下中心管14和锁紧管13之间能够相对滑动，当跳跃锁块15位于所述内凹槽和所述贯穿孔内时，中心管4和下中心管14之间能够相对滑动。 当下中心管14能随着中心管4的轴向上行而轴向上行，由于重力的作用，跳跃锁块15能够从所述外凹槽和所述贯穿孔内滑落至所述贯穿孔和所述内凹槽内。进一步的，所述斜面、所述外凹槽的底面和所述内凹槽的底面相互平行，下中心管14能随着中心管4的轴向上行至某一位置时，所述斜面、所述内凹槽的底面、所述外凹槽的底面能够位于同一平面。 [0038] 在锁环套16和锁紧管13之间还套设有锁环17，使锁环17的内表面与锁紧管13的外表面螺纹连接，锁环17的外表面与锁环套16的内表面螺纹连接，锁环套16的外表面与锁紧套12的下端的内表面螺纹连接，同时，锁环17的外螺纹为粗牙螺纹，锁环17的内螺纹为细牙螺纹，锁环17的外螺纹的螺距大于锁环套16的内螺纹的螺距，锁紧套12的下端螺纹连接有下连接体18，下连接体18的下端固定连接有坐封环20，下中心管14的中部设置有台阶，当下中心管14相对于坐封环20下行时，坐封环20的中部能阻挡所述台阶。在坐封过程中，锁环17的外螺纹代替前述中锁紧管13的外螺纹，撑开锁环套16，使卡瓦3能够顺利锚定，本发明的油管锚坐封。在解封过程中，中心管4带动下中心管14上行直至跳跃锁块15滑落至所述贯穿孔与所述内凹槽内，下中心管14通过跳跃锁块15与锁紧管13固定连接，锁紧管13带动锁环17相对于锁环套16上行，由于锁环17与锁环套16啮合的螺纹的螺距大于锁环17与锁紧管13啮合的螺纹的螺距，当解封负荷在一定范围内时，锁环17无法撑开锁环套16，下中心管14仍然与连接体11固定连接。若在解封过程中，解封负荷过大，锁环17与锁环套16之间的啮合脱离时，本发明的油管锚的下端管柱会带着下中心管14、锁紧管13及锁环17同时沿中心管4下行，中心管14的台阶会受到坐封环20的阻挡而撞击坐封环20，并冲击与坐封环20相连接的液缸筒8、下椎体6等部件，形成第三重解封力。 [0039] 锁紧管13的外螺纹、锁环17的内螺纹、锁环17的外螺纹和锁环套16的内螺纹优选设置为锯齿形螺纹，有利于锁环套16相对于锁环17上行时，锁环17能顺利撑开锁环套16，以及锁环套16停止上行时，锁环17与锁环套16啮合锁紧，同时也有利于锁环17与锁紧管13的锁紧啮合。 [0040] 在下中心管14外还螺纹套设有护环22，坐封环20的下端通过坐封销钉21与护环22连接固定。 [0042] 下面举例说明本发明的稠油蒸汽驱解封双向锚定油管锚的工作过程。 [0043] 坐封时，在中心管4内注入高压液体，液体通过中心管4上的所述通孔进入所述液压腔，下椎体6在液压的作用下沿着中心管4轴向上行，向上推动卡瓦3沿着径向向外张开，在护套2的限制下，卡瓦3爬上上椎体1的锥面，沿径向抵至套管壁上，实现卡瓦3的锚定，在此过程中，下椎体6带动液压缸8、连接体11、锁紧套12、下连接体18、坐封环20上行，剪断坐封销钉21，锁紧套12带动锁环套16上行，锁环17与锁紧管13产生相对位移，本发明的油管锚被锁紧。 [0044] 解封时，上提油管，油管带动上椎体1、中心管4上行，由于跳跃锁块15的作用，下中心管14一起向上受力，卡瓦3与套管锚定，会产生向下的反作用力，促使下椎体6及相连其他部件受向下作用力，解封销钉19被剪断，这时弹簧10储备弹性能释放，推动连接体11等部件向下受力，下椎体6会从卡瓦3中被抽出，倘若此机构由于长时间井下注汽失效，或者正常工作，继续上提上椎体1和中心管4，下中心管14与锁紧管13会产生相对位移，跳跃锁块15把下中心管14所连接的管柱的重量施加到锁紧管13及与其相连的等部件上，靠下端管柱重量实现二重解封，如果解封负荷非常大，锁环17与锁环套16脱开，油管锚下端管柱会带着下中心管14、锁紧管13、锁环17向下运动，下中心管14的台阶撞击坐封环20，冲击与之相连的液缸8、下椎体6等部件，实现三重解封。 [0045] 由上述可知，本发明的油管锚通过设置锁环套16和锁环17使坐封十分牢靠，且设置了三重解封机构对油管锚进行解封，具备可靠的解封性能。 |
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