技术领域
本发明涉及石油工业分支井钻井作业中使用的一种斜向器，属井下工具类，具体的说，是一种卡瓦定位可回收斜向器。
背景技术：
目前,石油钻井作业中使用的斜向器主要有以下三种：
一、不可回收的卡瓦式斜向器，该类斜向器只适合开窗侧钻作业，不可回收，不能适应分支井的要求。
二、预置定位短节的可回收斜向器，如专利号为CN200420001963.5的自定位可回收斜向器，主要由定位短节总成、斜向器总成组成；定位短节总成由定位键套、定位短节、密封圈、上接头组成，该总成与主井筒套管串相连接；斜向器总成由导引头、键弹簧、定向键、下本体、双母接头、双公短节、接箍、斜向器上体、斜面、剪切螺钉、铣锥组成，定位短节内设计有凹台阶，其内径大于主井筒套管内径；定位键套为斜开口管，固定在定位短节内；定向键固定在斜向器下部的导引头上，并且在导引头与定向键之间装有弹簧，定向键套加工有内花键，与斜向器总成的定向键的外花键相配合。该技术存在的主要问题在于：需要在下套管时将定位短节连接在套管上，斜向器总成与定位短节在井下对接，完成定向定位，定位短节位置是固定的，斜向器开窗位置无法临时调整，实用性不强。
三、依靠尾管定位的斜向器，如专利号为CN03243553.3的一种可回收式斜向器，底座下端与下部分支井眼完井尾管管柱相连接，下部分支井眼完井作业时将其随尾管同时下入，作为斜向器支撑的底座上端加工有特殊内花键，当需要上部分支井眼侧钻时，可定向插入斜向器部分，斜向器部分的定向插入芯轴下端加工有与底座上端相配套的特殊花键结构，可使斜向器部分定向后顺利插入底座。该技术存在的主要问题在于：周向定位依靠卡瓦锚定，轴向定位依靠下接头插入尾管悬挂器实现，开窗位置通过调长钻杆调节，由于调节钻杆不能过长，开窗位置的调整范围小，应用范围小。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有斜向器存在的上述不足，提供一种卡瓦式斜向器。本发明依靠液压力使卡瓦锚定定位，实现斜向器的轴向、周向定位，不需预置定位座，开窗位置可根据工艺要求调整。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种卡瓦式斜向器，其特征在于：包括送入及丢手单元、胶筒密封单元、卡瓦锚定单元和传力单元；
所述送入及丢手单元包括上接头、送入杆、扶正环、挡环、导斜面和丢手接头，上接头与送入杆固定连接，送入杆穿过扶正环、挡环、导斜面中间的通孔与丢手接头螺纹连接，且送入杆与丢手接头通过第二剪钉固定，扶正环通过第一剪钉固定在导斜面上，挡环固定设置在送入杆上，导斜面与丢手接头螺纹连接；
所述胶筒密封单元包括胶筒、胶筒压盖、承扭筒、连接筒、胶筒锁紧套、胶筒锁紧短节和胶筒卡簧，胶筒和胶筒压盖套设在承扭筒上，胶筒与胶筒压盖固定连接，胶筒压盖与胶筒锁紧套螺纹连接，承扭筒与连接筒螺纹连接，承扭筒上贯通设置有供液体通过推动胶筒压盖运动的第一流通孔，胶筒卡簧设置在胶筒锁紧短节的内，胶筒锁紧套内壁上设置有与胶筒卡簧配合锁紧的锯齿，胶筒锁紧短节与连接筒固定连接；
所述卡瓦锚定单元包括锚定筒、上活塞、斜面筒、周向卡瓦、轴向卡瓦、锁定筒、下活塞、卡瓦锁紧套、卡瓦卡簧、卡瓦锁紧短节和尾筒，胶筒锁紧套通过剪钉和锚定筒连接，斜面筒位于锚定筒内，斜面筒上端与上活塞丝扣连接，下端与下活塞丝扣连接，锚定筒上开有周向卡瓦槽和轴向卡瓦槽，周向卡瓦设置在周向卡瓦槽内与斜面筒配合向外伸出，轴向卡瓦设置在轴向卡瓦槽内与斜面筒配合向外伸出，锁定筒上端与锚定筒螺纹连接，下端与尾筒连接，卡瓦卡簧设置在卡瓦锁紧短节内，卡瓦锁紧短节与尾筒固定连接，尾筒内设置有球座；
所述传力单元包括传力筒和承扭接头，传力筒上端与导斜面螺纹连接，内部与丢手接头花键配合，下端与承扭接头啮合且通过第三剪钉固定，承扭接头、承扭筒、连接筒和锚定筒依次螺纹连接。
本发明还包括解封回收单元，所述解封回收单元包括上解封芯杆、下解封芯杆、胶筒卡块和卡瓦卡块，丢手接头、上解封芯杆、下解封芯杆和球座依次螺纹连接，胶筒锁紧短节通过胶筒卡块与连接筒固定，卡瓦锁紧短节通过卡瓦卡块与尾筒固定，上解封芯杆上对应第一流通孔设置有连通孔。
所述斜面筒上设置有两组方向均向下的斜面，上斜面与周向卡瓦配合，下斜面与轴向卡瓦配合，周向卡瓦和轴向卡瓦分别通过剪钉与斜面筒固定。
所述承扭筒上还套设有隔环，所述隔环将胶筒均匀分隔成多段。
所述上解封芯杆上贯通设置有供液体通过用于推动上活塞运动的第二流通孔。
所述下解封芯杆上贯通设置有供液体通过用于推动下活塞运动的第三流通孔，斜面筒上对应第三流通孔设置有连通孔。
所述上解封芯杆外壁上设置有环槽，解封时胶筒卡块位于上解封芯杆上的环槽内；下解封芯杆外壁上设置有环槽，解封时卡瓦卡块位于下解封芯杆的环槽内。
采用本发明的优点在于：
一、采用本发明中的送入及丢手单元，通过上接头连接在钻柱上，由钻柱送入开窗井深，斜向器定向锚定后，地面正转管柱，第二剪钉剪断，送入杆与丢手接头处的左旋螺纹脱开，上提送入杆，挡环挂住扶正环，第一剪钉剪断，将上接头、送入杆、扶正环、挡环等回收至地面，实现送入工具丢手。
二、采用本发明中的胶筒密封单元，当地面打压时，高压液体从第一流通孔进入，推动胶筒压盖、胶筒锁紧套上行，压缩胶筒坐封，同时胶筒卡簧与胶筒锁紧套上的锯齿啮合，使胶筒在泄压后锁定于坐封状态，坐封方便可靠。
三、采用本发明中的卡瓦锚定单元，当地面打压时，高压液体由第二流通孔、第三流通孔进入，上下活塞可以共同推动斜面筒向下移动，再推动周向卡瓦和轴向卡瓦向外伸出，锚定在套管内壁上，同时，卡瓦锁紧套的锯齿和卡瓦卡簧啮合，使卡瓦在泄压后锁定于锚定状态，锚定同样方便可靠。
四、本发明中的解封回收单元，侧钻完成后回收斜向器时，打捞工具钩住导斜面上提，传力筒、丢手接头、上、下解封芯杆上依次上提，胶筒卡块、卡瓦卡块缩回，胶筒锁紧短节、卡瓦锁紧短节解锁，使胶筒和卡瓦失去锁定力，达到解封及回收目的，解封动作可靠。
五、本发明中，所述斜面筒上设置有两组方向均向下的斜面，上斜面与周向卡瓦配合，下斜面与轴向卡瓦配合，周向卡瓦和轴向卡瓦分别通过剪钉与斜面筒固定，通过斜面配合，提高了卡瓦向外伸出的可靠性，并且保证了周向卡瓦和轴向卡瓦向外伸出的同步性。
六、本发明中，所述承扭筒上还套设有隔环，所述隔环将胶筒均匀分隔成多段，采用此结构使胶筒受力更均匀。
七、本发明中，所述上解封芯杆、下解封芯杆上贯通设置有供液体通过用于推动上活塞、下活塞运动的第二流通孔、第三流通孔，保证了上、下活塞运动的一致性，可以显著降低卡瓦锚定所需要的液体压力，从而能够保证周向卡瓦和轴向卡瓦受力均匀地向外伸出。
综上，本发明不需预先设置专用短节，斜向器开窗位置灵活可调；可密封下部井眼，回收后井内不留任何残余，井眼通径不受影响。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图中标记为：1、上接头；2、送入杆；3、扶正环；4、挡环；5、导斜面；6、传力筒；7、丢手接头；8、上解封芯杆；9、承扭接头；10、胶筒；11、隔环；12、胶筒压盖；13、承扭筒；14、胶筒锁紧套；15、连接筒；16、胶筒卡块；17、胶筒锁紧短节，18、胶筒卡簧；19、锚定筒；20、上活塞；21、斜面筒；22、下解封芯杆；23、周向卡瓦；24、挡板；25、螺钉；26、轴向卡瓦；27、锁定筒；28、下活塞；29、卡瓦锁紧套；30、卡瓦卡簧；31、卡瓦锁紧短节；32、卡瓦卡块；33尾筒；34、钢球；35、球座；a、第一剪钉；b、第二剪钉；c、第三剪钉；A、第一流通孔；B、第二流通孔；C、第三流通孔。
具体实施方式
实施例1
一种卡瓦式斜向器，包括送入及丢手单元、胶筒密封单元、卡瓦锚定单元和传力单元。
所述送入及丢手单元包括上接头1、送入杆2、扶正环3、挡环4、导斜面5和丢手接头7，上接头1与送入杆2固定连接，送入杆2穿过扶正环3、挡环4、导斜面5中间的通孔与丢手接头7螺纹连接，且送入杆2与丢手接头7通过第二剪钉b固定，扶正环3通过第一剪钉a固定在导斜面上，挡环4固定设置在送入杆上，导斜面与丢手接头7螺纹连接；该单元通过上接头连接在钻柱上，由钻柱送入开窗井深，斜向器定向锚定后，地面正转管柱，第二剪钉b剪断，送入杆2与丢手接头7处的左旋螺纹脱开，上提送入杆，挡环4挂住扶正环3，剪钉a剪断，将上接头1、送入杆2、扶正环3、挡环4等回收至地面。
所述胶筒密封单元包括胶筒10、胶筒压盖12、承扭筒13、连接筒15、胶筒锁紧套14、胶筒锁紧短节17和胶筒卡簧18，胶筒10和胶筒压盖12套设在承扭筒13上，胶筒与胶筒压盖固定连接，胶筒压盖12与胶筒锁紧套14螺纹连接，承扭筒13与连接筒15螺纹连接，承扭筒13上贯通设置有供液体通过推动胶筒压盖运动的第一流通孔A，胶筒卡簧18设置在胶筒锁紧短节17的内，胶筒锁紧套内壁上设置有与胶筒卡簧配合锁紧的锯齿，胶筒锁紧短节17与连接筒15固定连接；地面打压，高压液体从A孔进入，推动胶筒压盖12、胶筒锁紧套14上行，压缩胶筒坐封，同时胶筒卡簧18与胶筒锁紧套14上的锯齿啮合，使胶筒在泄压后锁定于坐封状态。
所述卡瓦锚定单元包括锚定筒19、上活塞20、斜面筒21、周向卡瓦23、轴向卡瓦26、锁定筒27、下活塞28、卡瓦锁紧套29、卡瓦卡簧30、卡瓦锁紧短节31和尾筒33，胶筒锁紧套14通过剪钉和锚定筒19连接，斜面筒位于锚定筒19内，斜面筒21上端与上活塞20丝扣连接，下端与下活塞28丝扣连接，锚定筒上开有周向卡瓦槽和轴向卡瓦槽，周向卡瓦设置在周向卡瓦槽内与斜面筒配合向外伸出，轴向卡瓦设置在轴向卡瓦槽内与斜面筒配合向外伸出，锁定筒27上端与锚定筒19螺纹连接，下端与尾筒33连接，卡瓦卡簧30设置在卡瓦锁紧短节31内，卡瓦锁紧短节31与尾筒33固定连接，尾筒33内设置有球座35；地面打压，高压液体由B孔、C孔进入，上下活塞20、28共同推动斜面筒21向下移动，推动周向卡瓦23和轴向卡瓦26向外伸出，锚定在套管内壁上。同时，卡瓦锁紧套29的锯齿和卡瓦卡簧30啮合，使卡瓦在泄压后锁定于锚定状态。
所述传力单元传力筒6和承扭接头9，传力筒6上端与导斜面5螺纹连接，内部与丢手接头7花键配合，下端与承扭接头9啮合且通过第三剪钉c固定，承扭接头9、承扭筒13、连接筒15和锚定筒19依次螺纹连接；将导斜面5承受的压力和扭力传递到周向卡瓦23和轴向卡瓦26上。
本发明还包括解封回收单元，所述解封回收单元包括上解封芯杆8、下解封芯杆22、胶筒卡块16和卡瓦卡块32，丢手接头7、上解封芯杆8、下解封芯杆22和球座35依次螺纹连接，胶筒锁紧短节17通过胶筒卡块16与连接筒15固定，卡瓦锁紧短节31通过卡瓦卡块32与尾筒33固定，上解封芯杆8上对应第一流通孔设置有连通孔。侧钻完成后回收斜向器时，打捞工具钩住导斜面上提，传力筒6、丢手接头7、上、下解封芯杆8、22上依次上提，胶筒卡块8、卡瓦卡块22缩回，胶筒锁紧短节17、卡瓦锁紧短节31解锁，使胶筒和卡瓦失去锁定力，达到解封及回收目的。
本发明中，所述斜面筒上设置有两组方向均向下的斜面，上斜面与周向卡瓦配合，下斜面与轴向卡瓦配合，周向卡瓦和轴向卡瓦分别通过剪钉与斜面筒固定。
本发明中，所述承扭筒13上还套设有隔环11，所述隔环11将胶筒10均匀分隔成多段。
本发明中，所述上解封芯杆8上贯通设置有供液体通过用于推动上活塞20运动的第二流通孔B，下解封芯杆22上贯通设置有供液体通过用于推动下活塞运动的第三流通孔C，斜面筒21上对应第三流通孔C设置有连通孔。
本发明中，所述上解封芯杆8外壁上设置有环槽，解封时胶筒卡块16位于上解封芯杆8上的环槽内；下解封芯杆22外壁上设置有环槽，解封时卡瓦卡块32位于下解封芯杆22的环槽内；使胶筒锁紧短节17、卡瓦锁紧短节31失去连接，进而使胶筒、卡瓦失去锁紧力而达到解封目的。
实施例2
一种卡瓦定位可回收斜向器，主要包括上接头1、送入杆2、扶正环3、挡环4、导斜面5、传力筒6、丢手接头7、上解封芯杆8、承扭接头9、胶筒10、隔环11、胶筒压盖12、承扭筒13、胶筒锁紧套14、连接筒15、胶筒卡块16、胶筒锁紧短节17、胶筒卡簧18、锚定筒19、上活塞20、斜面筒21、下解封芯杆22、周向卡瓦23、挡板24、螺钉25、轴向卡瓦26、锁定筒27、下活塞28、卡瓦锁紧套29、卡瓦卡簧30、卡瓦锁紧短节31、卡瓦卡块32、尾筒33、钢球34、球座35。
连接关系为：送入杆2穿过扶正环3、导斜面5中的孔与丢手接头7通过左旋螺纹相连，并用剪钉b固定，扶正环3通过第一剪钉a与导斜面5连接，送入杆2上焊接有挡环4。丢手接头7与上解封芯杆8、下解封芯杆22和球座35依次通过螺纹连接。传力筒6上端与导斜面5通过螺纹连接，内部与丢手接头7采用花键配合，下端与承扭接头9以剪钉、凸缘凹槽结构啮合，承扭接头9与承扭筒13、连接筒15锚定筒19依次通过螺纹相连，将导斜面5承受的压力和扭力传递到周向卡瓦23和轴向卡瓦26上。承扭筒13外部设置有胶筒10、隔环11及胶筒压盖12，胶筒压盖12与胶筒锁紧套14螺纹连接。胶筒卡簧18安装在胶筒锁紧短节17的矩形槽内，胶筒锁紧短节17通过胶筒卡块16与连接筒15固定，胶筒锁紧套14通过剪钉和锚定筒19连接。锚定筒19内部的斜面筒21上端与上活塞20丝扣相连，下端与下活塞8丝扣相接，斜面筒21的两组斜面分别与一组周向卡瓦23和一组轴向卡瓦26以斜面相配合，卡瓦以剪钉和斜面筒21固定，挡板24通过螺钉25固定在锚定筒19外表面。锁定筒27上端通过螺纹与锚定筒19相连，下端通过与尾筒33相连，下活塞28与卡瓦锁紧套29通过螺纹相连，卡瓦卡簧30安装在卡瓦锁紧短节31的矩形槽内，卡瓦锁紧短节31通过卡瓦卡块32与尾筒33固定。
本发明中，胶筒10位于卡瓦的上部，既可以起到密封下部井眼的作用，还可以防止上部钻屑沉积到卡瓦部位。
解封芯杆（上解封芯杆8、下解封芯杆22）上提时，定位卡块（胶筒卡块16）、卡瓦卡块32退回到解封芯杆（上解封芯杆8、下解封芯杆22）的环槽，使胶筒锁紧短节17、卡瓦锁紧短节31失去连接，进而使胶筒、卡瓦失去锁紧力而达到解封目的。胶筒锁紧套14、卡瓦锁紧套29、胶筒卡簧18、卡瓦卡簧30、胶筒锁紧短节17、卡瓦锁紧短节31、胶筒卡块16、卡瓦卡块32等可以组成锁紧机构。
本发明中的卡瓦包括周向卡瓦23和轴向卡瓦26，周向卡瓦23起到周向锚定作用，轴向卡瓦26起到轴向锚定作用。
卡瓦坐封推动活塞采用两级结构（上活塞20、下活塞28），其有益之处在于可以显著降低卡瓦锚定所需要的液体压力。
本发明的工作原理如下：
1、斜向器的锚定
用钻柱将斜向器下放到井内设计开窗位置，定向，投入钢球34，地面打压，高压液体通过上接头1、送入杆2、丢手接头7进入上、下解封芯杆8、22，再从从上解封芯杆8的A孔进入胶筒压盖12下的环空间，推动胶筒压盖12上行，同时带动胶筒锁紧套14上行，压缩胶筒10，胶筒10膨胀坐封。与此同时胶筒锁紧套14上行，内部的锯齿与胶筒卡簧18啮合（该啮合机构属于单向运动机构，即只可以进，不能退，可确保泄压后，胶筒被锁定于坐封状态）。胶筒坐封的同时，高压液体分别通过上解封芯杆8、下解封芯杆22的孔B、C进入上活塞20、下活塞28的上部环空，推动活塞下行，带动斜面筒21下行，斜面筒21再推动周向卡瓦23和轴向卡瓦26向外伸出，进而锚定套管内壁上。下活塞28下行时，带动卡瓦锁紧套29下行，其内部的锯齿和卡瓦卡簧30啮合，保证泄压后将卡瓦锁定于锚定状态。斜向器定位锚定结束。
2、送入管柱丢手
锚定完成后，地面正转管柱，剪钉b被剪断，送入杆2的丝扣与丢手接头7的左旋螺纹脱开。上提管柱，挡环4带动扶正环3向上移动，扶正环3与导斜面5连接的剪钉a被拉断，上接头1、送入杆2、扶正环3、挡环4丢手，起出井口。
3、开窗侧钻
下入开窗钻具，完成开窗侧钻作业。
4、斜向器回收
侧钻完成后，下入打捞工具上提导斜面5、带动传力筒6上行，剪钉c被剪断，带动丢手接头7、上解封芯杆8、下解封芯杆22同时上行，这时胶筒卡块16、卡瓦卡块32滑入解封芯杆的沟槽内，胶筒锁紧短节17和卡瓦锁紧短节31分别脱开胶筒卡块16和卡瓦卡块32，使胶筒10、周向卡瓦23、轴向卡瓦26失去锁紧力，胶筒10回缩，继续上提管柱，卡瓦也缩回，将整套斜向器起出井口。