一种液压锚定密封装置的制作方法

本发明涉及油气钻井技术领域，尤其涉及一种液压锚定密封装置。

背景技术：

随着钻井技术与油气田开发技术的发展，大量的老旧油气井需要通过开窗侧钻出新井眼与油藏连接，部分出现复杂事故的油气井需要侧钻一个新的井眼避开复杂地层或事故井段。侧钻是通过造斜器引导铣鞋磨铣套管形成窗口，更换钻头后通过套管钻出一个分支井眼的钻井工艺。侧钻造斜器可使用一体式或分体式锚定密封装置，一体式造斜器将造斜面与锚定密封装置设计为一个整体，同时下放到油气井筒中；分体式造斜器分造斜器和锚定密封装置两部分组成，锚定密封装置预先下入井筒中固定，然后下入造斜器安装在锚定密封装置上端。锚定密封装置的牢固性和稳定性是保证窗口质量及后续施工顺利进行的重要保障。

目前，国内开窗侧钻普遍使用的锚定装置大多为单排单向卡瓦结构或两排单向卡瓦结构，单向单排卡瓦结构只能承受单向作用力；双排单向卡瓦结构由于结构复杂，导致锚定机构同步性较差，现场应用时锚定效果不佳。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种结构简单、锚定效果好的液压锚定密封装置。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种液压锚定密封装置，包括锚定机构、胶筒座封机构、丢手机构以及活塞机构，所述活塞机构用于驱动所述锚定机构实现与套管的锚定、驱动所述胶筒座封机构膨胀封隔所述套管以及驱动所述丢手机构实现液压锚定密封装置的丢手动作，所述锚定机构包括锥体、卡瓦组件及卡瓦锁环组件，所述卡瓦锁环组件固定于所述中心管，所述锥体套设于中心管外并与所述活塞机构连接，所述卡瓦组件包括与所述锥体下端的锥形端部连接的卡瓦，所述锥体在所述活塞机构的驱动下将所述卡瓦的卡齿嵌入所述套管内，所述卡瓦锁环组件用于锁定所述卡瓦相对所述套管的运动方向。

其中，所述卡瓦组件还包括卡瓦座，所述卡瓦座与所述活塞机构连接，所述卡瓦位于所述锥体下端的锥形端部与所述卡瓦座之间。

其中，所述卡瓦锁环组件包括设置于所述锥体与所述中心管之间的卡瓦锁环以及卡瓦锁环座，所述卡瓦锁环座固定于所述中心管，所述卡瓦锁环套设于所述卡瓦锁环座外，所述卡瓦锁环和所述卡瓦锁环座具有相互配合的倒齿，所述卡瓦锁环座的倒齿沿所述中心管的轴线方向向下倾斜设置。

其中，所述活塞机构包括下活塞组件，所述下活塞组件包括下活塞和下活塞缸，所述下活塞套设于所述中心管外，所述下活塞缸套设于所述下活塞外并与所述卡瓦座固定，所述中心管的上端设置有第一传压孔，所述第一传压孔依次贯穿所述中心管和所述下活塞，并与所述下活塞和所述下活塞缸之间的第一腔体连通，所述中心管与所述下活塞通过下活塞剪钉固定。

其中，所述下活塞缸的下端设置有第一泄压孔。

其中，所述胶筒座封机构包括与所述锥体的上端固定的衬管，所述衬管外由下至上套设有多个胶筒和防转筒，相邻的所述胶筒之间设置有隔环，所述胶筒与所述锥体之间、所述胶筒与所述防转筒之间均设置有压环，所述防转筒与所述衬管通过平键连接，所述防转筒与所述活塞机构连接。

其中，所述活塞机构还包括上活塞组件和丢手活塞组件，所述上活塞组件包括上活塞、上活塞缸及定向筒，所述上活塞缸套设于所述上活塞外并与所述丢手活塞组件固定，所述上活塞缸和所述上活塞通过上活塞剪钉固定，所述上活塞的下端与所述定向筒固定，所述定向筒与所述防转筒固定，所述上活塞的上端与所述丢手活塞组件围成第二腔体，所述第二腔体与第二传压孔连通。

其中，所述衬管与所述防转筒之间设置有胶筒锁环及胶筒锁环座，所述胶筒锁环座固定于所述衬管，所述胶筒锁环套设于所述胶筒锁环座外，所述胶筒锁环和所述胶筒锁环座具有相互配合的倒齿，所述胶筒锁环座的倒齿沿所述衬管的轴线方向向下倾斜设置。

其中，所述丢手活塞组件包括丢手活塞和丢手活塞缸，所述丢手活塞缸套设于所述丢手活塞外并与所述上活塞缸固定，所述丢手活塞的内表面固定有所述丢手机构，所述丢手活塞、所述上活塞和所述丢手机构围成所述第二腔体，所述丢手机构上设置有所述第二传压孔，所述第二传压孔与所述第二腔体连通。

其中，所述丢手机构包括上接头、丢手中心管和丢手接头，所述上接头套设于所述丢手活塞外并与所述丢手活塞缸的上端固定，所述丢手中心管套设于所述上活塞内，并与所述丢手活塞的固定，所述丢手中心管上设置有所述第二传压孔，所述丢手中心管的下端与丢手接头固定，所述丢手接头通过丢手剪钉与所述中心管固定。

有益效果：本发明提供了一种液压锚定密封装置，包括锚定机构、胶筒座封机构、丢手机构以及活塞机构，所述活塞机构用于驱动所述锚定机构实现与套管的锚定、驱动所述胶筒座封机构膨胀封隔所述套管以及驱动所述丢手机构实现液压锚定密封装置的丢手动作，所述锚定机构包括锥体、卡瓦组件及卡瓦锁环组件，所述卡瓦锁环组件固定于所述中心管，所述锥体套设于中心管外并与所述活塞机构连接，所述卡瓦组件包括与所述锥体下端的锥形端部连接的卡瓦，所述锥体在所述活塞机构的驱动下将所述卡瓦的卡齿嵌入所述套管内，所述卡瓦锁环组件用于锁定所述卡瓦相对所述套管的运动方向。卡瓦锁环组件限制卡瓦只能相对套管向下运动，使锚定机构通过单排卡瓦不仅限制了液压锚定密封装置周向位置，而且通过使锚定机构可以承受双向作用力，从而限制了液压锚定密封装置的轴向位置，防止卡瓦向上脱离套管，加强了锚定机构的固定效果。

附图说明

图1是本发明提供的液压锚定密封装置的结构示意图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是图1中B处的局部放大图；

图4是本发明提供的卡瓦锁环组件的结构示意图；

图5是本发明提供的卡瓦锁环的结构示意图。

其中：

11、锥体；

12、卡瓦组件；121、卡瓦；122、卡瓦座；

13、卡瓦锁环组件；131、卡瓦锁环座；132、卡瓦锁环；

211、下活塞；212、下活塞缸；213、第一腔体；214、第一传压孔；215、下活塞剪钉；216、第一泄压孔；

221、上活塞；222、上活塞缸；223、定向筒；224、第二腔体；225、第二传压孔；226、上活塞剪钉；227、导向键；

231、丢手活塞；232、丢手活塞缸；233、第二泄压孔；

31、衬管；32、胶筒；33、防转筒；34、压环；35、隔环；361、胶筒锁环座；362、胶筒锁环；37、平键；

41、上接头；42、丢手中心管；43、丢手接头；44、丢手剪钉；45、第三泄压孔；

5、中心管；51、中心管限位座；52、底部堵头。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1-图5所示，本发明提供了一种液压锚定密封装置，包括锚定机构、胶筒座封机构、丢手机构以及活塞机构，活塞机构用于驱动锚定机构实现与套管的锚定、驱动胶筒座封机构膨胀封隔套管以及驱动丢手机构实现液压锚定密封装置的丢手动作，且活塞机构同向分布驱动锚定机构和胶筒座封机构，在液压锚定密封装置完全固定后再膨胀封隔套管，锚定和密封的效果好，有利于后期的斜向开窗工序。

锚定机构包括锥体1、卡瓦组件12及卡瓦锁环组件13，卡瓦锁环组件13固定于中心管5，锥体1套设于中心管5外并与活塞机构连接，卡瓦组件12包括与锥体1下端的锥形端部连接的卡瓦121，卡瓦121为单排卡瓦，锥体1在活塞机构的驱动下将卡瓦121的卡齿嵌入套管内，卡瓦锁环组件13用于锁定卡瓦121相对套管的运动方向。卡瓦锁环组件13限制卡瓦121只能相对套管向下运动，使锚定机构通过单个卡瓦121不仅限制了液压锚定密封装置周向位置，而且通过使锚定机构可以承受双向作用力，从而限制了液压锚定密封装置的轴向位置，防止卡瓦121向上脱离套管，加强了锚定机构的固定效果。

具体而言，卡瓦组件12还包括卡瓦座122，卡瓦座122与活塞机构连接，卡瓦121位于锥体1下端的锥形端部与卡瓦座122之间。如图4和图5所示，卡瓦锁环组件13包括设置于锥体1与中心管5之间的卡瓦锁环132以及卡瓦锁环座131，卡瓦锁环座131固定于中心管5的上端，且位于中心管5与锥体1之间，卡瓦锁环132套设于卡瓦锁环座131外，卡瓦锁环132和卡瓦锁环座131具有相互配合的倒齿，卡瓦锁环座131的倒齿沿中心管5的轴线方向向下倾斜设置。其中，卡瓦锁环座131的倒齿的上端面沿中心管5的轴线方向向下倾斜设置，可以使与之配合的卡瓦锁环132沿倒齿的上端面向下滑动；卡瓦锁环座131的倒齿的下端面可以与上端面一样，沿中心管5的轴线方向向下倾斜设置，也可以水平设置，可以阻挡卡瓦锁环132向上移动，从而限定了锚定机构只能单向移动，即卡瓦121只能相对套管向下移动，可以防止卡瓦121脱离套管，加强了锚定机构的固定效果。

本发明中的活塞机构包括下活塞组件、上活塞组件和丢手活塞组件，下活塞组件用于驱动锚定机构固定，上活塞221机构用于驱动胶筒座封机构封隔套管，上活塞组件和下活塞组件同向分布完成上述两步。

如图1和图3所示，下活塞组件包括下活塞211和下活塞缸212，下活塞组件设置于整个液压锚定密封装置的下端，中心管5的下端通过中心管限位座51和底部堵头52对下活塞组件进行限位，下活塞211套设于中心管5外，下活塞缸212套设于下活塞211外并与卡瓦座122固定，中心管5的上端设置有第一传压孔214，第一传压孔214依次贯穿中心管5和下活塞211，并与下活塞211和下活塞缸212之间的第一腔体213连通，中心管5与下活塞211通过下活塞剪钉215固定。流体通过第一传压孔214进入第一腔体213内对下活塞211施加向下的作用力，随着流体的压力的增大，驱动下活塞211向下运动的流体压力将下活塞剪钉215剪断，从而推动下活塞211向下运动，下活塞211将带动锥体1向下，锥体1下端的锥形端部将卡瓦121推向套管方向，从而使卡瓦121的卡齿嵌入套管内，实现与套管的固定；此过程中，卡瓦锁环132沿卡瓦锁环座131的倒齿的上端面向下滑动，又收到倒齿的下端面的阻挡，限制锚定机构的运动方向，加强锚定的固定效果。

此外，下活塞缸212的下端设置有第一泄压孔216，随着下活塞211向下运动，下活塞211、中心管限位座51及下活塞缸212围成的空腔的压力逐渐增大，为避免影响下活塞211向下运动，空腔内的流体可以通过第一泄压孔216排出，维持液压锚定密封装置内部压力正常。

本发明中活塞机构还包括上活塞221组件和丢手活塞组件，上活塞组件包括上活塞221、上活塞缸222和定向筒223；丢手活塞组件包括丢手活塞231和丢手活塞缸232；胶筒座封机构包括与锥体1的上端固定的衬管31，衬管31和锥体1可以通过螺纹连接固定，装配方便，固定可靠；衬管31外由下至上套设有多个胶筒32和防转筒33，相邻的胶筒32之间设置有隔环35，胶筒32与锥体1之间、胶筒32与防转筒33之间均设置有压环34，隔环35和压环34可以减少锥体1和防转筒33对胶筒32的磨损，有利于胶筒32受压膨胀封隔套管；防转筒33与衬管31通过平键37连接，防止防转筒33转动，防转筒33通过定向筒223与上活塞221连接。

如图2所示，上活塞缸222套设于上活塞221外并与丢手活塞缸232固定，上活塞缸222和上活塞221通过上活塞剪钉226固定，上活塞221的下端与定向筒223通过螺纹连接固定，定向筒223与防转筒33通过导向键227固定，上活塞221的上端与丢手活塞组件围成第二腔体224，第二腔体224与第二传压孔225连通。

工作时，流体通过第二传压孔225进入第二腔体224内，第二腔体224内的流体对上活塞221施加向下的作用力，随着流体压力的增大，上活塞221与上活塞缸222之间的上活塞剪钉226将被剪断，上活塞221将在流体压力的作用下向下运动，通过定向筒223和防转筒33向胶筒座封机构施加向下的压力，从而压缩多个胶筒32，使胶筒32沿径向膨胀封隔套管内的环形空间，完成对套管环空的密封。

在此基础上，衬管31与防转筒33之间设置有胶筒锁环362、胶筒锁环座361和限位环，胶筒锁环座361固定于衬管31，胶筒锁环362套设于胶筒锁环座361外，胶筒锁环362和胶筒锁环座361具有相互配合的倒齿，胶筒锁环座361的倒齿沿衬管31的轴线方向向下倾斜设置，限位环设置于胶筒锁环362的上方，对胶筒锁环362起到限位的作用。胶筒锁环362和胶筒锁环座361的结构和工作原理与卡瓦锁环组件13相同，通过限定防转筒33的运动方向从而限制上活塞组件的运动方向，防止上活塞组件在胶筒32的膨胀力的作用下反向运动，从而提高座封的效果。

丢手活塞缸232套设于丢手活塞231外并与上活塞缸222固定，丢手活塞231的内表面固定有丢手机构，丢手活塞231、上活塞221和丢手机构中的丢手中心管42围成第二腔体224，丢手中心管42上设置有第二传压孔225，第二传压孔225与第二腔体224连通。丢手机构还包括上接头41和丢手接头43，上接头41套设于丢手活塞231外并与丢手活塞缸232的上端固定，丢手中心管42套设于上活塞221内，并与丢手活塞231的固定，丢手中心管42的下端与丢手接头43通过螺纹连接固定，丢手接头43通过丢手剪钉44与中心管5固定。

在上活塞221受到第二腔体224内的流体的向下的压力作用的同时，丢手活塞231受到流体向上的作用力，当向上的流体压力增大到一定程度时，丢手剪钉44断开，从而丢手机构与中心管5的连接断开，丢手机构、丢手活塞组件和上活塞组件将于液压锚定密封装置中的其它部件脱离，起出丢手机构、丢手活塞组件和上活塞组件，完成液压锚定密封装置与套管的锚定及套管的座封。

在上述基础上，定向筒223和丢手活塞缸232上分别设置有第二泄压孔233和第三泄压孔45，其具体的工作原理和作用与第一泄压孔216相同，此处不再赘述。本发明中各部件之间的连接处通过密封圈密封，防止流体泄漏，以保证正常工作需要的压力。本发明中的上接头41的扣型为石油行业的标准扣型，便于与现场装置连接，其他部件的扣型也使用标准扣型，便于部件的加工和密封。

本发明中的液压锚定密封装置的具体工作流程如下：

1、锚定机构、活塞机构、胶筒座封机构和丢手机构组装后下入井筒的指定位置，地面设备通管送入管柱打压，流体通过第一传压孔214和第二传压孔225分别进入第一腔体213和第二腔体224内；

2、当流体的压力升到第一级压力时，下活塞剪钉215断裂，下活塞211向下运动，锥体1推动卡瓦121卡入套管内，并通过卡瓦锁环组件13完成液压锚定密封装置的固定；

3、当流体的压力升到第二级压力时，上活塞剪钉226断裂，上活塞221向下运动，上活塞组件压紧胶筒座封机构，使胶筒32沿径向膨胀封隔套管的环形空间；

4、当流体的压力升到第三级压力时，丢手活塞231剪钉断裂，丢手活塞231向上运动，起出与液压锚定密封装置的其它部件脱离的上活塞组件、丢手机构和丢手活塞组件，完成液压锚定密封装置与套管的锚定及套管的座封。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。