水力锚的制作方法

本实用新型涉及油井开采领域，尤其涉及一种水力锚。

背景技术：

为提高油气井产量，通常需要对地层进行压裂改造。近年来随着大排量体积压裂思路的引进，油田取得了较好的增产效果。但由于速钻桥塞技术本身的局限，需要研发一种大排量体积压裂管柱技术。

目前，在进行地层压裂时，通常可采用水力锚进行锚定作业，防止井下工具产生位移。具体的，在作业时，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。

然而，由于“体积压裂”施工排量的提升，管柱和工具中的缩径节流会产生极高的泵注压力。现有的水力锚，其内部通径较小，难以适应较大的节流压力，且内部工具与套管的间隙过小，容易造成压裂砂的堵塞。

技术实现要素：

本实用新型提供一种水力锚，适应较大的节流压力，同时不易堵塞压裂砂。

本实用新型提供一种水力锚，包括中空筒状本体、衬套、内套、锚牙和弹性件，本体和衬套均为中空筒状，且衬套设置在本体的中空腔内，本体开设有多个垂直于本体轴向方向的锚牙孔，内套和锚牙的数量均与锚牙孔数量相等，内套可滑动地设置在锚牙孔内，且内套位于衬套外侧，锚牙可滑动地设置在内套中，内套、锚牙孔和锚牙均一一对应，内套用于当本体的中空腔中压力增大时，带动锚牙从锚牙孔中伸出，以使锚牙锚定在管井内壁；弹性件设置在本体外侧，且压设在锚牙朝向本体外侧的一端，弹性件用于在本体中空腔内压力减小时，将锚牙压回锚牙孔内。这样因为内套和锚牙在本体的 锚牙孔中为两级式伸缩，所以内套和锚牙在伸缩方向上的长度可以较小，所以本体的用于容纳锚牙和内套的空间在该方向上的尺寸也较小，因而可以在相同的水力锚本体外径下，实现较大的中心孔孔径。这样一方面因为水力锚的通径可以较大，所以使节流压力较小，另一方面，能够使套管内部的工具与套管之间的间隙较大，从而避免套管内部被沉积的压裂砂所堵塞。

可选的，每个锚牙孔内均设置有限位台阶，限位台阶用于限制内套在伸出锚牙孔方向的位移。

可选的，内套为中空筒状结构，且锚牙套设在内套的中空内腔中，内套的朝向衬套的一端设置有台阶，以限制锚牙从该端脱出。

可选的，锚牙的朝向本体外侧的一端设置有锚牙限位槽，弹性件为板簧，板簧一端固定在本体外侧，板簧另一端设置在锚牙限位槽中。这样当锚牙从锚牙孔中伸出时，锚牙外侧端部会受到板簧的限制，从而避免继续向外侧滑动，同时，板簧产生一定的弹性形变；而当锚牙失去液体压差的支撑时，板簧通过自身弹力将锚牙压回到锚牙孔内，以避免锚牙外露在锚牙孔外，而造成水力锚无法取出的情况发生。

可选的，内套与锚牙之间，以及锚牙孔与内套之间均设置有密封圈。密封圈可以在锚牙与内套伸缩时，均使锚牙孔保持密封状态，避免水力锚本体内通入的压裂液等液体从锚牙孔中流出，或者水力锚外侧的杂质进入水力锚本体内。

可选的，锚牙的朝向本体外侧的一端设置有锚齿。

可选的，衬套与本体通过丝扣连接。

可选的，多个锚牙孔分为多个锚牙孔组，每个锚牙孔组的内的锚牙孔数量相同，且沿本体轴线方向等间隔排列。这样水力锚与井壁之间的力可以均匀分担给多个锚牙，从而有效保证水力锚对管井井壁的锚挂效果。

可选的，多个锚牙孔组呈圆周方向排列在本体上。这样不同方向的锚牙孔组可以承担管柱不同方向的锚挂力，保证水力锚对管柱的锚挂效果。

本实用新型的水力锚包括中空筒状本体、衬套、内套、锚牙和弹性件，本体和衬套均为中空筒状，且衬套套设在本体的中空腔内，本体开设有多个垂直于轴向方向的锚牙孔，内套和锚牙的数量均与锚牙孔数量相等，内套可滑动地设置在锚牙孔内，且内套位于衬套外侧，锚牙可滑动地设置在内套中， 且内套、锚牙孔和锚牙均一一对应，内套用于将本体的中空腔中压力增大时，带动锚牙从锚牙孔中伸出，以使锚牙锚定在管井内壁；弹性件设置在本体外侧，且压设在锚牙朝向本体外侧的一端，弹性件用于在本体中空腔内压力减小时，将锚牙压回锚牙孔内。这样因为内套和锚牙在本体的锚牙孔中为两级式伸缩，所以内套和锚牙在伸缩方向上的长度可以较小，所以本体的用于容纳锚牙和内套的空间在该方向上的尺寸也较小，因而可以在相同的水力锚本体外径下，实现较大的中心孔孔径。这样一方面因为水力锚的通径可以较大，所以使节流压力较小，另一方面，能够使套管内部的工具与套管之间的间隙较大，从而避免套管内部被沉积的压裂砂所堵塞。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例一提供的水力锚的结构示意图；

图2是图1中A-A剖面的截面示意图；

图3是本实用新型实施例一提供的水力锚中的锚牙放大示意图。

附图标记说明：

1—本体；

2—弹性件；

3—内套；

4—锚牙；

5—衬套；

6、7—密封圈；

11—锚牙。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本实用新型实施例一提供的水力锚的结构示意图。图2是图1中A-A剖面的截面示意图。图3是本实用新型实施例一提供的水力锚中的锚牙放大示意图。如图1至图3所示，本实施例提供的水力锚包括中空筒状本体1、衬套5、内套3、锚牙4和弹性件2，本体1和衬套5均为中空筒状，且衬套5套设在本体1的中空腔内，本体1开设有多个垂直于轴向方向的锚牙孔11，内套3和锚牙4的数量均与锚牙孔11数量相等，内套3可滑动地设置在锚牙孔11内，且内套3位于衬套5外侧，锚牙4可滑动地设置在内套3中，且内套3、锚牙孔11和锚牙4均一一对应，内套3用于将本体1的中空腔中压力增大时，带动锚牙4从锚牙孔11中伸出，以使锚牙4锚定在管井内壁；弹性件2设置在本体1外侧，且压设在锚牙4朝向本体1外侧的一端，弹性件用于在本体1中空腔内压力减小时，将锚牙4压回锚牙孔11内。

具体的，水力锚的本体1与大排量的压裂管柱对接，并随管柱一起入井。本体1呈中空筒状，因而本体1的中心孔形成了两端开孔的中空腔体，在中空腔体内可通入压裂液或者其它高速流体。衬套5同样为中空筒状，衬套5套设在本体1的圆柱状中空腔中，以对锚牙4和内套3进行支撑，避免锚牙4或内套3落入本体1中心的中空腔中。

本体1的侧壁上开设有多个垂直于本体1轴向方向的锚牙孔11，锚牙4可以设置在锚牙孔11内，且当水力锚的内部压力改变时，锚牙4可从锚牙孔11内伸出，以锚挂在井筒内壁上。

其中，内套3可滑动地设置在锚牙孔11内，且内套3位于衬套5外侧，锚牙4可滑动地设置在内套3中，内套3、锚牙孔11和锚牙4均一一对应。这样每一个锚牙孔11中，均设置有一个内套3，且每个内套3中均设有一个锚牙4。因为锚牙4设置在内套3中，且内套3可相对于锚牙孔11滑动，锚牙4也可相对于内套3滑动，所以内套3与锚牙4共同构成了可伸缩的二级结构，内套3可先带动锚牙4一起从锚牙孔11中伸出，内套3伸长至尽头后，锚牙4再从内套3中伸出。这样因为内套3和锚牙4在本体1的锚牙孔11中为两级式伸缩，所以与现有的水力锚相比，内套3和锚牙4在伸缩方向上的 长度可以较小，所以本体1的用于容纳锚牙4和内套3的空间在该方向上的尺寸也较小，因而可以在相同的水力锚本体1外径下，实现较大的中心孔孔径。这样一方面因为水力锚的通径可以较大，所以使节流压力较小，另一方面，能够使套管内部的工具与套管之间的间隙较大，从而避免套管内部被沉积的压裂砂所堵塞。

具体的，当井筒内加入压裂液等液体时，使水力锚本体1的中空腔中压力增大，从而让水力锚本体1内部的中空腔与水力锚外部之间形成压力差，内套3可在压力差的作用下被定向水力锚本体1的外侧，并可带动锚牙4从锚牙孔11中伸出，并在内套3伸长至尽头后，锚牙4继续相对内套3滑动并伸出，最后使锚牙4顶端咬合在管井的井筒内壁上，实现水力锚的锚定。具体的，锚牙4的朝向本体1外侧的一端设置有锚齿，锚齿可以增加锚牙4与井壁之间的摩擦力，保证水力锚进行锚挂时的牢固性。

此外，在水力锚本体1的外侧设置有弹性件2，弹性件2压设在锚牙4朝向本体1外侧的一端，这样当水力锚本体1的中空腔内压力增大，锚牙4从锚牙孔11中伸出时，会接触并压迫设置在水力锚本体1外侧的弹性件2，使弹性件2张开成形变状态。而当水力锚本体1的空腔内压力减小时，弹性件2可以凭借自身弹力将锚牙4压回锚牙孔11内，从而让水力锚解除锚定状态。

具体的，水力锚的本体1上的多个锚牙孔11可分为多个锚牙孔组，为了使单个锚牙的受力较小，保证锚定效果，在每个锚牙孔组中的锚牙孔数量相同，且沿本体轴线方向等间隔排列。这样处于锚牙孔内的锚牙也随锚牙孔而均匀分布在与管井方向相同的同一条直线上，水力锚与井壁之间的力可以均匀分担给多个锚牙，从而有效保证水力锚对管井井壁的锚挂效果。

同时，为了让水力锚在各个方向上保持受力均衡，所述多个锚牙孔组呈圆周方向排列在所述本体上。这样不同方向的锚牙孔组可以承担管柱不同方向的锚挂力，保证水力锚对管柱的锚挂效果。在本实施例中，锚牙孔组共有三组，且每个锚牙控组中有四个锚牙孔。

为了实现每个锚牙孔11中内套3和锚牙4的滑动与限位，在每个锚牙孔11内均设置有限位台阶，限位台阶用于限制内套3在伸出锚牙孔11方向的位移。通常的，可以使锚牙孔11在靠近水力锚本体1外侧的部位孔径较小， 而靠近本体1中心的部位孔径较大，且较小的孔径小于内套3在该方向上的最大外部尺寸，从而在较小孔径内壁与较大孔径内壁处形成限位台阶。如内套3在继续向锚牙孔11外侧滑动时，限位台阶即可挡住内套3，以阻挡内套3朝向该侧继续滑动的趋势，避免内套3从锚牙孔11中滑出。

此外，具体的，为了使锚牙4可在内套3中自由滑动，可以使内套3的内部为中空筒状结构，且锚牙4套设在内套3的中空内腔中，内套3的朝向衬套5的一端设置有台阶，以限制锚牙4从该端脱出。这样锚牙4即可实现在内套3中自由滑动，且内侧被内套3所阻挡，外侧被弹性件2所阻挡，以避免锚牙4从内套3中滑出。因为锚牙4是套设在内套3的内腔之中，与内套3的腔体内壁之间为滑动连接，所以当进行锚挂作业，当内套3在锚牙孔11内运动至极限位置时，锚牙4可在水力锚内部的液体压力差作用下继续向锚牙孔11外方向滑动，直至锚牙4外端抵设并咬合在井筒管壁上。

当压裂作业完毕，需要解除水力锚的锚挂状态时，水力锚本体1的中空腔中液体压力减小，锚牙4失去压力支撑，从而可与井壁脱离接触，此时，为了向锚牙4施加作用力，使锚牙4向水力锚本体1中心滑动，可利用设置在本体1外侧的弹性件2，将锚牙4压回至锚牙孔内。具体的，弹性件2可以为贴设在水力锚外侧的板簧，板簧即为钢板弹簧，是由不少于多片弹簧钢叠加组合而成的板状弹簧。能够起到压紧和缓冲的效果。板簧平放在水力锚的本体1外侧，且板簧一端与通过螺钉，如十字槽螺钉等与水力锚本体连接，在锚牙4的朝向本体1外侧的一端对应设置有用于放置板簧的锚牙限位槽，板簧另一端即可设置在锚牙限位槽中。这样当锚牙4从锚牙孔11中伸出时，锚牙4外侧端部会受到板簧的限制，从而避免继续向外侧滑动，同时，板簧产生一定的弹性形变；而当锚牙4失去液体压差的支撑时，板簧通过自身弹力将锚牙4压回到锚牙孔11内，以避免锚牙4外露在锚牙孔11外，而造成水力锚无法取出的情况发生。

在进行压裂作业时，水力锚本体内通入的压裂液应避免流入水力锚外侧，以造成水力锚内外压力差减小，或者对井下作业造成其它不利影响。所以，应使水力锚本体内的空腔与水力锚外侧保持密封隔离。具体的，可以在内套3的内侧边缘与锚牙4外侧边缘之间设置密封圈6，同时在锚牙孔11的内壁与内套3外缘之间也设置有密封圈7。密封圈6和7可以在锚牙4与内套3 伸缩时，均使锚牙孔11保持密封状态，避免水力锚本体1内通入的压裂液等液体从锚牙孔11中流出，或者水力锚外侧的杂质进入水力锚本体1内。密封圈6和密封圈7为O型圈。密封圈6和7的材质具体可以为硅胶圈或者橡胶圈，且可以选用现成的的O型密封圈规格以及形状尺寸，以降低水力锚的整体成本。

此外，可选的，为了保证衬套5能够与本体1之间相对固定，避免衬套5从水力锚本体1中的中心孔中滑出，衬套5与本体1之间可以通过丝扣连接。具体的，衬套5外壁与水力锚本体1的中心孔内壁上均设置有螺纹，衬套5套设入水力锚本体1中后，两者之间可通过螺纹进行旋合，从而固定连接在一起。本体1的中心孔的靠近下端的内壁设置有台阶，该台阶可以限制衬套在水力锚本体1中的位置，避免衬套5从水力锚的本体1内滑出。

具有上述结构的水力锚在工作时，其具体工作过程如下：

将水力锚连接在大排量压裂管柱上，并送入井中。开始压裂施工后，将封隔器坐封，油管内外形成压力差，水力锚的内套3连同锚牙4会在压力作用下呈两级式伸出锚牙孔11，并锚定在套管壁上。油管内外的压差越大，锚定力越强。而水力锚因为采用两级式伸出，所以水力锚本体1在锚牙孔11部分的厚度较小，使得本体11的中心孔内径，即水力锚的通径可以较大，节流压力较小，且能够使套管内部的工具与套管之间的间隙较大。压裂结束后，锚牙4在外侧弹性件2的弹力作用下自动缩回，解除锚定状态。

以压裂排量(10m³/min)为例，常规的水力锚(内径50mm，外径115mm)能够产生的节流压力为5.3MPa，而本实施例中的水力锚(内径72mm，外径108mm)可以产生节流压力1.3MPa，从而降低施工压力4MPa，并且间隙能够增加至单边6.67mm，使压裂砂不易沉积，降低砂卡风险。

本实施例中，水力锚包括中空筒状本体、衬套、内套、锚牙和弹性件，本体和衬套均为中空筒状，且衬套套设在本体的中空腔内，本体开设有多个垂直于轴向方向的锚牙孔，内套和锚牙的数量均与锚牙孔数量相等，内套可滑动地设置在锚牙孔内，且内套位于衬套外侧，锚牙可滑动地设置在内套中，且内套、锚牙孔和锚牙均一一对应，内套用于将本体的中空腔中压力增大时，带动锚牙从锚牙孔中伸出，以使锚牙锚定在管井内壁；弹性件设置在本体外侧，且压设在锚牙朝向本体外侧的一端，弹性件用于在本 体中空腔内压力减小时，将锚牙压回锚牙孔内。这样因为内套和锚牙在本体的锚牙孔中为两级式伸缩，所以内套和锚牙在伸缩方向上的长度可以较小，所以本体的用于容纳锚牙和内套的空间在该方向上的尺寸也较小，因而可以在相同的水力锚本体外径下，实现较大的中心孔孔径。这样一方面因为水力锚的通径可以较大，所以使节流压力较小，另一方面，能够使套管内部的工具与套管之间的间隙较大，从而避免套管内部被沉积的压裂砂所堵塞。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。