固井地锚装置的制作方法

本实用新型实施例涉及固井技术，尤其涉及一种固井地锚装置。

背景技术：

套管地锚作为防治稠油热采井套管损坏的主要技术措施之一，具有操作简单、使用方便的特点，近年来已在油田中得到广泛应用。

目前，套管地锚均采用单一固定锚爪进行固井。据统计，采用套管地锚的预应力固井成功率只有5％左右，甚至在某些区块基本上失败。导致预应力固井失败的原因是多方面的，其中，最主要原因为套管地锚的结构设计的不合理，采用单一固定锚爪无法适应如扩孔、缩径等不规则井眼，也无法适应较软地层和较硬地层，导致固井成功率很低。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种固井地锚装置，采用双极预应力固井地锚结构，能更好适应各种类型井眼，提高了预应力固井的成功率。

本实用新型实施例提供一种固井地锚装置，包括：

下锚爪、下锚爪连杆、上锚爪、上锚爪连杆、上主体、下主体和连接管装置；

所述下锚爪通过所述下主体与所述下锚爪连杆的一端连接；

所述下锚爪连杆的另一端与所述上锚爪的一端连接，所述上锚爪的另一端与所述上锚爪连杆连接；

所述上主体分别与所述下主体和所述连接管装置连接。

在本实用新型一实施例中，所述固井地锚装置还包括下单流阀和与所述下单流阀连接的上单流阀；

所述下单流阀和所述上单流阀分别与所述连接管装置连接。

在本实用新型一实施例中，所述连接管装置连接包括外管和套设于所述外管内的内管；

所述内管与所述上单流阀连接；

所述外管分别与所述下单流阀和所述上主体连接；

所述上单流阀和所述下单流阀均位于所述外管内侧。

在本实用新型一实施例中，所述固井地锚装置还包括第一短节和第二短节；

所述内管通过所述第一短节与所述上单流阀连接；

所述上单流阀通过所述第二短节与所述下单流阀连接。

在本实用新型一实施例中，所述固井地锚装置还包括上推塞；

所述上推塞与所述上锚爪连杆连接。

在本实用新型一实施例中，所述固井地锚装置还包括顶杆；

所述顶杆与所述上推塞连接。

在本实用新型一实施例中，所述固井地锚装置还包括下推塞；

所述下推塞与所述下锚爪连杆连接。

在本实用新型一实施例中，所述固井地锚装置还包括设置于所述上锚爪和所述上锚爪连杆之间的剪切销钉。

在本实用新型一实施例中，所述固井地锚装置还包括接箍；

所述上主体通过所述接箍与所述下主体连接。

本实用新型提供的固井地锚装置包括下锚爪、下锚爪连杆、上锚爪、上锚爪连杆、上主体、下主体和连接管装置，当该固井地锚装置接收到一级压力时，上锚爪连杆向上锚爪提供压力使得上锚爪张开，锚爪吃入地层或嵌入井壁，使得地锚与地层或井壁锚定，当固井地锚装置受到的压力进一步增大，达到二级压力值时，该压力通过上锚爪传递给下锚爪连杆，下锚爪连杆将该压力施加给下锚爪，使得下锚爪张开，锚爪吃入地层或嵌入井壁，使得地锚与地层或井壁锚定，达到再一次固井的目的，在保持压力的情况下，用钻机大钩提拉套管到预设的预应力值，然后固定井口套管。该固井地锚装置采用双极预应力固井地锚结构，当一个锚爪力量不足时，二级锚爪自动张开锚爪嵌入井壁或底层，能更好适应各种类型井眼，提高了预应力固井的成功率。

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为本实用新型实施例一提供的固井地锚装置的结构图；

图2为本实用新型实施例二提供的固井地锚装置的结构图；

图3为本实用新型实施例三提供的固井地锚装置的结构图。

附图标记说明：

1：下锚爪；

2：下主体；

3：下锚爪连杆；

4：上锚爪；

5：上锚爪连杆；

6：上主体；

7：连接管装置；

8：下单流阀；

9：上单流阀；

10：外管；

11：内管；

12：第一短节；

13：第二短节；

14：上推塞。

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。

套管地锚是防治稠油热采井套管损坏的主要技术措施之一，稠油又称重油，由于其粘度高、流动性能差，甚至在油层条件下也不能流动，因而采用一般的常规开采方法很难奏效。注蒸汽开采是当前最有效、最广泛的稠油开采方法。注蒸汽开采稠油时，由于热采井在生产期间处在高温条件下，套管将受到一下严峻的考验：

首先，套管受热伸长，内部产生压应力。当压应力超过套管材料的屈服极限时，套管将有可能发生断裂和损坏；其次，注蒸汽时，正常载荷从拉伸向压缩变化。注蒸汽停止后，温度大幅度降低，拉伸力开始起作用。如此反复变化，将导致接箍漏失和螺纹滑脱破坏；最后，较高的温度要对水泥石强度产生影响。当温度升高时，达到临界温度时，水泥石将发生崩解，丧失对套管的支撑密封作用。

于是，出现了一种预应力固井技术：就是在固井注水泥前或注水泥后对井内套管柱施加一定的预拉力，减少或抵消注蒸汽时由热应力造成的套管伸长，以防止油井损坏；同时增加对套管的封固长度，甚至达到全井套管封固。

为了能对套管柱施加预拉力，就必须将套管柱下端固牢在井壁上。这样，就需要一个固牢套管柱的工具，称之为“地锚”。目前，常用的套管地锚的结构设计的不合理，采用单一固定锚爪无法适应如扩孔、缩径等不规则井眼，也无法适应较软地层和较硬地层，导致固井成功率很低。为此，本实用新型提出了一种双级预应力固井地锚，该地锚具双级锚定机构，在一级锚爪力量不足时，二级锚爪自动张开锚固，能更好适应各种类型井眼，是预应力完井专用工具。经试验，预应力固井成功率可以达到100％，促进了预应力固井技术的进一步发展与推广。

下面结合附图，通过多个实施例来详细论述本实用新型提供的固井地锚装置。

图1为本实用新型实施例一提供的固井地锚装置的结构图，如图1所示，该固井地锚装置包括：下锚爪1、下锚爪连杆3、上锚爪4、上锚爪连杆5、上主体6、下主体2和连接管装置7；下锚爪1通过下主体2与下锚爪连杆3的一端连接；下锚爪连杆3的另一端与上锚爪4的一端连接，上锚爪4的另一端与上锚爪连杆5连接；上主体6分别与下主体2和连接管装置7连接。

在本实施例中，连接管装置7与套管的管柱连接，下锚爪1和上锚爪4分别用于进行固井，下锚爪连杆3和上锚爪连杆5分别用于为下锚爪1和上锚爪4提供作用力，上主体6和下主体2是整个固井地锚装置的本体，也是其他各个部件的载体。

该固井地锚装置的工作原理如下：将该固井地锚装置连接在套管的管柱下端，下入到涉及井深位置，开始注入水泥等物料时，随着物料的增多，会给固井地锚装置施加一定的压力，当该压力达到一级压力值时，例如，压力达到15～20Mpa时，会对上锚爪连杆5造成一定的推动力，上锚爪连杆5向上锚爪4提供压力使得上锚爪4张开，锚爪吃入地层或嵌入井壁，使得地锚与地层或井壁锚定，当固井地锚装置受到的压力进一步增大，达到二级压力值，该压力通过上锚爪4传递给下锚爪连杆3，下锚爪连杆3将该压力施加给下锚爪1，使得下锚爪1张开，锚爪吃入地层或嵌入井壁，使得地锚与地层或井壁锚定，达到再一次固井的目的，在保持压力的情况下，用钻机大钩提拉套管到预设的预应力值，然后固定井口套管。在本实施例中，一级压力值和二级压力值可以根据实际情况来确定，本实用新型中不加以限制。

其中，上锚爪4和下锚爪1可采用相同大小、长短、型号、材质的锚爪，也可以根据实际需求采用不同大小、长短、型号、材质的锚爪，例如，上锚爪4用于正常和缩径井眼，下锚爪1用于软底层和大井眼，两级锚爪的几何形状及张开最大外径可以不同，在连接管装置7的径向上互为90°，但本实用新型中并不一次为限。

在实际应用中，现有的锚定装置在井下温度保持在400℃以内的情况下，对套管的锚定有一定的优势，但是在超高温热采井中，温度大约为550℃时，锚定装置会出现因为温度过高、产生热应力，进而使锚定装置失效，导致套管尾部成自由状态，无法达到固井的目的。本实用新型中，固井地锚装置可以采用特殊耐高温、抗腐蚀的金属材料，在井下加热到550℃的复杂环境中，该固井地锚装置仍然可以保证其稳定的性能，具有使用寿命长、锚定准确、耐高温及二氧化碳、等酸性气体腐蚀等优点，大大提高了热采井的开采效率及工具可靠率，体现出了其超高的使用价值。

本实用新型提供的固井地锚装置包括下锚爪1、下锚爪连杆3、上锚爪4、上锚爪连杆5、上主体6、下主体2和连接管装置7，当该固井地锚装置接收到一级压力时，上锚爪连杆5向上锚爪4提供压力使得上锚爪4张开，锚爪吃入地层或嵌入井壁，使得地锚与地层或井壁锚定，当固井地锚装置受到的压力进一步增大，达到二级压力值时，该压力通过上锚爪4传递给下锚爪连杆3，下锚爪连杆3将该压力施加给下锚爪1，使得下锚爪1张开，锚爪吃入地层或嵌入井壁，使得地锚与地层或井壁锚定，达到再一次固井的目的，在保持压力的情况下，用钻机大钩提拉套管到预设的预应力值，然后固定井口套管。该固井地锚装置采用双极预应力固井地锚结构，当一个锚爪力量不足时，二级锚爪自动张开锚爪嵌入井壁或底层，能更好适应各种类型井眼，提高了预应力固井的成功率。

图2为本实用新型实施例二提供的固井地锚装置的结构图，在图1所示实施例的基础上，如图2所示，该固井地锚装置还包括下单流阀8和与下单流阀8连接的上单流阀9；下单流阀8和上单流阀9分别与连接管装置7连接。

在本实施例中，下单流阀8的上端与套管的管柱连接，下单流阀8用于防止固井地锚装置中的水泥等物料进入套管，上单流阀9用于防止套管中的水、杂物等进入固井地锚装置。开始注入水泥等物料时，物料可能进入套管对套管造成一定的损伤，同样，套管中的水、杂质等也可能进入固井地锚装置中影响其性能，因此，本实用新型中设计了下单流阀8和上单流阀9，防止物料可能进入套管和水、杂质等进入固井地锚装置，更好地保护套管和固井地锚装置。并且，该固井地锚装置结构的双级单流阀，还可以防止出现地层反吐，造成固井水泥成分发生变化，从而导致固井质量不合格的现象，提高了固井质量和可靠性。

进一步地，如图2所示，连接管装置7连接包括外管10和套设于外管10内的内管11；内管11与上单流阀9连接；外管10分别与下单流阀8和上主体6连接；上单流阀9和下单流阀8均位于外管10内侧。

在本实施例中，连接管装置7包括外管10和内管11，外管10与套管的管柱连接，可以更有效地保护固井地锚装置，内管11的一端与上单流阀9连接，内管11的另一端与上主体6连接；外管10的一端设置有下单流阀8，外管10的另一端与上主体6连接，从图上可以看出，上单流阀9和下单流阀8均设置于外管10的内侧，不仅可以起到保护上单流阀9和下单流阀8的目的，还可以缩减固井地锚装置的体积。

图3为本实用新型实施例三提供的固井地锚装置的结构图，如图3所示，该固井地锚装置还包括第一短节12和第二短节13；内管11通过第一短节12与上单流阀9连接；上单流阀9通过第二短节13与下单流阀8连接。

在本实施例中，第一短节12用于连接内管11与上单流阀9，第二短节13用于连接上单流阀9和下单流阀8，短节是工业管道连接中常用的一种配件，采用这种连接方式简便，易于安装，并且成本较低。

其中，常见的短节有螺纹短节，分为双头外丝、单头外丝、平头外丝几种，另外还有以法兰连接的短节等。短节还可以分为油管短节和套管短节，还有一种翻边短节，管件连接中也经常使用翻边短节，通俗说就是和法兰配套使用得短节，具体是短节套在法兰内空里，然后尾部和钢管焊接，法兰是可以动的，只要是一个规格的法兰，无论什么时候连接都可以连接上。油管短节就是一段短油管，和油管相比，只是油管短节的长度不同，其它的都有一样，常见的油管短节的长度有：0.25m，0.5m，1m，1.5m等，常用于组配下井管柱。本领域技术人员可以根据实际情况采用合适的短节，本实用新型中不加以限制。

可选地，如图3所示，该固井地锚装置还包括上推塞14；上推塞14与上锚爪连杆5连接。

在本实施例中，在上锚爪连杆5背向上锚爪4的一端设置一个上推塞14，压力首先施加在上推塞14上，再通过上推塞14施加给上锚爪连杆5，上推塞14具有一定的形变性，可以使得施加在上锚爪连杆5上压力得到一定的缓冲，从而防止压力突然增加时损坏上锚爪连杆5。

可选地，固井地锚装置还包括顶杆(图中未示出)；顶杆与上推塞14连接。

在本实施例中，还可以在上推塞14的顶部再设置一个顶杆，压力通过顶杆施加到上推塞14，同样起到保护上锚爪连杆5的目的。

可选地，固井地锚装置还包括下推塞(图中未示出)；下推塞与下锚爪连杆3连接。

在本实施例中，也可以在下锚爪连杆3背向下锚爪1的一端设置一个下推塞，从而保护下锚爪连杆3。

可选地，固井地锚装置还包括设置于上锚爪4和上锚爪连杆5之间的剪切销钉。

在本实施例中，当上锚爪连杆5受到的压力达到一定程度时，会将剪切销钉剪切掉，从而将压力传递给上锚爪4，使得上锚爪4张开，嵌入井壁。

可选地，固井地锚装置还包括接箍(图中未示出)；上主体6通过接箍与下主体2连接。

其中，接箍是油田钻井工具的一种，主要用于油管的连接，而采用接箍可以解决因应力集中轻易产生疲惫断裂的问题。接箍结构是：油管端头与接箍体内壁以锥形螺纹方式连接，接箍体的端头与油管以同螺纹同螺距平型螺纹方式连接。具有缓解单一锥螺纹连接油管外螺纹根部应力集中的特点，不易产生疲惫断裂，连接效果好，有效防止油井管柱断脱事故发生。接箍分为油管接箍和套管接箍。

本实用新型提供的固井地锚装置主要和套管配套使用，套管的管柱与固井地锚装置上端连接，如图1所示，套管的管柱与连接管装置7连接，或者，如图2和3所示，套管的管柱与外管10连接。该固井地锚装置采用双极预应力固井地锚结构，当压力达到一级压力值时，一级锚爪张开嵌入井壁，若一个锚爪力量不足时，当压力达到二级压力值时，二级锚爪自动张开锚爪嵌入井壁，达到再一次固井的目的，在保持压力的情况下，用钻机大钩提拉套管到预设的预应力值，然后固定井口套管。该固井地锚装置能更好适应各种类型井眼，提高了预应力固井的成功率。

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。