一种适用于裸眼段侧钻用的斜向器锚定机构的制作方法

本实用新型属于油气田分支井钻井作业领域，特别涉及一种适用于裸眼段侧钻用的斜向器锚定机构。

背景技术：

在钻井过程中，因钻遇复杂层、偏离目的层、井眼轨迹偏移等原因，需要在裸眼段实施开窗侧钻作业，重新钻出新分支井眼。

常规的分支井套管开窗侧钻作业中，斜向器的固定方式常采用在主井眼中预制定位短节，并利用斜向器底部连接定位接头与其配合的作业方式，首先通过与定位短节相配合的定位接头来测定定位短节的方位，然后通过地面调整斜向器与定位接头之间的方位，使其与套管开窗所需的方位一致，然后将斜向器下入井内，座入预制定位短节的键槽中。利用此种方式，需要多次提下钻，作业环节较多，工序复杂。

在裸眼水平段实施侧钻，较为可靠的方式是采用斜向器悬空侧钻，但目前常规斜向器的锚定卡瓦均适用于套管内锚定，无法在裸眼井段实施有效锚定，这是因为裸眼段岩石相比于套管材料，脆性大且强度低，卡瓦牙易滑脱；另外裸眼段有井眼扩大现象，井眼形状不规则，尺寸超过常规斜向器锚定卡瓦的锚定范围，使斜向器无法有效锚定。

针对以上情况，亟需设计出一种适用于裸眼段侧钻用的斜向器锚定机构，攻克裸眼段斜向器的锚定定位难题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种适用于裸眼井段开窗侧钻的斜向器锚定机构，解决裸眼井段斜向器锚定定位的难题。

为此，本实用新型提供了一种适用于裸眼段侧钻用的斜向器锚定机构，包括连接上部开窗斜向器导斜体的短节，还包括接头、液缸、活塞杆、活塞、上卡瓦座、卡瓦、下卡瓦座、底部接头和紧固套，所述的短节下端连接接头，接头下端外侧连接液缸，接头下端内侧连接活塞杆，液缸下端连接上卡瓦座，活塞杆下端连接活塞，活塞下端为实心芯轴，该实心芯轴依次穿过上卡瓦座、卡瓦、下卡瓦座和底部接头的中心孔洞，活塞下端端部固定套装着紧固套，紧固套上端面紧贴底部接头下端面。

所述的活塞的上下部位分别形成腔室C和腔室B，所述的活塞杆、活塞为中空结构，腔室B与活塞杆、活塞中心孔导通；所述的腔室C与液缸外部的环空连通。

所述的卡瓦两头分别安装在上卡瓦座和下卡瓦座上，且卡瓦随着下卡瓦座的轴向运动而做径向运动。

所述的活塞分为上部的塞体和下部的实心芯轴，塞体上端面与接头、液缸、活塞杆围成腔室C，液缸上开有通孔，腔室C通过该通孔与液缸外部的环空连通；塞体下端面与上卡瓦座之间形成腔室B，活塞上开有通孔，腔室B通过该通孔与活塞中心孔导通。

所述的活塞上部的塞体上端面上还设置有锁紧卡簧，接头位于腔室C内的下端面上设有齿状的卡簧槽。

所述的上卡瓦座下端和下卡瓦座上端均设有沿活塞的实心芯轴轴向向外倾斜的斜导向槽，卡瓦的上下端分别安装在上卡瓦座下端和下卡瓦座上端的斜导向槽内。

所述的所述的上卡瓦座下端开有三道轴向槽，每道轴向槽的内侧面开有斜导向槽；所述的下卡瓦座有三瓣，每一瓣通过内六角头螺栓连接于底部接头上，三瓣下卡瓦座形成和上卡瓦座下端相同的轴向槽结构，每个槽的内侧面也开有斜导向槽；卡瓦沿着活塞的实心芯轴周向分布有三块，每块卡瓦侧面开有斜导向槽，三块卡瓦的斜导向槽与上卡瓦座及下卡瓦座轴向槽内侧面的斜导向槽互相啮合。

所述的卡瓦的外壁上设有牙端部，该牙端部为圆锥尖头，底部为圆柱形。

本实用新型提供的这种适用于裸眼段侧钻用的斜向器锚定机构，具有以下有益效果：

一是采用特制锚定卡瓦：针对地层岩石的特点，将卡瓦牙设计为圆锥尖头，有助于扎入岩石；另外，加大了卡瓦的锚定面积，增加有效锚定力，防止锚定松动。

二是设计了芯轴拖拉的卡瓦推动机构，运动活塞设置在卡瓦上部，芯轴为实心结构，外径较小，可有效扩大卡瓦锚定的尺寸范围，以应对不规则井眼及井眼尺寸扩大的问题。

附图说明

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

图1是本实用新型的机构示意图。

图2是图1的Ⅰ部示意图。

图3是图1的Ⅱ部示意图。

图4是图1的A-A剖面示意图。

附图标记说明：1、短节；2、接头；3、液缸；4、活塞杆；5、锁紧卡簧；6、活塞；7、上卡瓦座；8、卡瓦；9、下卡瓦座；10、底部接头；11、紧固套；12、内六角头螺栓。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供一种适用于裸眼段侧钻用的斜向器锚定机构，如图1所示，包括连接上部开窗斜向器导斜体的短节1，还包括接头2、液缸3、活塞杆4、活塞6、上卡瓦座7、卡瓦8、下卡瓦座9、底部接头10和紧固套11，所述的短节1下端连接接头2，接头2下端外侧连接液缸3，接头2下端内侧连接活塞杆4，液缸3下端连接上卡瓦座7，活塞杆4下端连接活塞6，活塞6下端为实心芯轴，该实心芯轴依次穿过上卡瓦座7、卡瓦8、下卡瓦座9和底部接头10的中心孔洞，活塞6下端端部固定套装着紧固套11，紧固套11上端面紧贴底部接头10下端面，上述的连接均为丝扣连接，并且在丝扣端带有密封圈。

活塞6的上下部位分别形成腔室C和腔室B，所述的活塞杆4、活塞6为中空结构，腔室B与活塞6中心孔导通；所述的腔室C与液缸3外部的环空连通。

卡瓦8两头分别安装在上卡瓦座7和下卡瓦座9上，且卡瓦8随着下卡瓦座9的轴向运动而做径向运动。

本实施例中这种结构，其工作原理如下：斜向器导斜体及该机构通过钻具送至需要锚定的裸眼井段后，来自钻具中心的高压液体，从上部进入活塞杆4、活塞6的中心孔后，进入腔室B，推动活塞向上运动。同时，活塞6后部的实心芯轴拉动紧固套11，紧固套11再推动底部接头10、下卡瓦座9向上运动，下卡瓦座9迫使卡瓦8随着下卡瓦座9的轴向运动而做径向运动，最终使得卡瓦8张开卡住井壁岩石实现坐封，坐封完成后，地面泄压，进行下一步施工。

开窗过程的轴向压力和扭矩通过短节1、接头2、液缸3、上卡瓦座7传递至卡瓦8。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上对斜向器锚定机构的液体压力作用进一步进行说明。本实施例中，活塞6分为上部的塞体和下部的实心芯轴，塞体上端面与接头2、液缸3、活塞杆4围成腔室C，液缸3上开有通孔，腔室C通过该通孔与液缸3外部的环空连通；塞体下端面与上卡瓦座7之间形成腔室B，活塞6上开有通孔，腔室B通过该通孔与活塞6中心孔导通。

腔室B通过孔和锚定机构中心孔连通，承受来自钻具中心的压力，腔室C通过孔和环空连通，承受环空压力，两个腔室通过密封件实现压力封隔。

结合图1、图2和图3所示，活塞6上部的塞体上端面上还设置有锁紧卡簧5，接头2位于腔室C内的下端面上设有齿状的卡簧槽。

来自钻具中心的高压液体，从上部进入活塞杆4、活塞6的中心孔后，由活塞6上的通孔进入腔室B，在液体压力作用下，推动活塞6向上运动，将腔室C内液体由液缸3上的通孔压出腔室C，同时活塞6后部的实心芯轴拉动紧固套11，紧固套11再推动底部接头10、下卡瓦座9向上运动，下卡瓦座9迫使卡瓦8随着下卡瓦座9的轴向运动而做径向运动，使得卡瓦8张开卡住井壁岩石，在卡瓦8张开的后期，锁紧卡簧5进入接头2内孔的锯齿形卡簧槽内，锁死活塞6，保持卡瓦8坐封力的锁定，坐封完成后，地面泄压，进行下一步施工。

实施例3：

本实施例在上述两个实施例的基础上进一步进行说明。本实施例中，上卡瓦座7下端和下卡瓦座9上端均设有沿活塞6的实心芯轴轴向向外倾斜的斜导向槽，卡瓦8的上下端分别安装在上卡瓦座7下端和下卡瓦座9上端的斜导向槽内。

在卡瓦坐封过程中，随着活塞6后部的实心芯轴拉动紧固套11，紧固套11再推动底部接头10、下卡瓦座9向上运动，下卡瓦座9迫使卡瓦8沿着上卡瓦座7和下卡瓦座9的斜导向槽运动，卡瓦沿径向张开，直至卡瓦卡在井壁岩石上。

更具体地，结合图1和图4所示，上卡瓦座7下端开有三道轴向槽，每道轴向槽的内侧面开有斜导向槽；所述的下卡瓦座9有三瓣，每一瓣通过内六角头螺栓12连接于底部接头10上，三瓣下卡瓦座9形成和上卡瓦座7下端相同的轴向槽结构，每个槽的内侧面也开有斜导向槽；卡瓦8沿着活塞6的实心芯轴周向分布有三块，每块卡瓦侧面开有斜导向槽，三块卡瓦的斜导向槽与上卡瓦座7及下卡瓦座9轴向槽内侧面的斜导向槽互相啮合。在卡瓦坐封过程中，随着活塞6后部的实心芯轴拉动紧固套11，紧固套11再推动底部接头10、下卡瓦座9向上运动，下卡瓦座9迫使卡瓦8沿着上卡瓦座7和下卡瓦座9轴向槽内侧面的斜导向槽运动，三瓣卡瓦同时沿径向张开，直至卡瓦卡在井壁岩石上。

实施例4：

本实施例在上述三个实施例的基础上进一步进行改进，在本实施例中，卡瓦8的外壁上设有牙端部，该牙端部为圆锥尖头，底部为圆柱形，且卡瓦的轴向长度显著大于常规斜向器卡瓦的长度。

圆柱底、圆锥头状的牙端部，为卡瓦的坐封提供了更加便利的条件，随着卡瓦8沿径向张开，其外壁上的牙端部会像刺头一样扎进岩石中，使得坐封更加稳固。因为裸眼段岩石相比于套管材料，脆性大且强度低，卡瓦牙易滑脱；另外裸眼段有井眼扩大现象，井眼形状不规则，尺寸超过常规斜向器锚定卡瓦的锚定范围，使斜向器无法有效锚定，而本实施例中的这种卡瓦锚定结构，则解决裸眼井段斜向器锚定的难题，针对地层岩石的特点，将卡瓦牙设计为圆锥尖头，有助于扎入岩石；另外，加大了卡瓦的锚定面积，增加有效锚定力，防止锚定松动。

本实用新型中的结构，活塞6右端为实心圆轴，中心无水眼，外径较小。该结构允许将卡瓦径向厚度加大，增加卡瓦径向张开后的最大锚定尺寸。

综上所述，本实用新型的这种适用于裸眼段侧钻用的斜向器锚定机构，采用圆锥尖头卡瓦牙，有助于扎入岩石锚定，且卡瓦的锚定面积大，可增加有效锚定力；设计了芯轴拖拉的卡瓦推动机构，运动活塞设置在卡瓦上部，芯轴为实心结构，外径较小，可有效扩大卡瓦锚定的尺寸范围，以应对不规则井眼及井眼尺寸扩大的问题

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。