一种机械液压双作用导斜器锚定工具的制作方法

本发明涉及一种用于油气井套管内开窗侧钻时，固定导斜器的机械液压双作用导斜器锚定工具。

背景技术：

套管开窗侧钻技术主要用于解决油田老区块上套损井、变形井和事故井使之恢复产能，也是中后期油田低成本开发剩余油气藏的重要措施之一。套管开窗侧钻技术的核心是要有可靠高效率的开窗工具，而悬挂坐封工具又是套管开窗工具最重要的工具之一。目前国内开窗侧钻用的导斜器悬挂工具主要有地锚式、机械式和液压式三大类，其中地锚式悬挂工具做挂可靠但是施工周期较长；机械式悬挂工具施工周期短但座挂不太可靠，容易出问题；多级液缸驱动的纯液压式悬挂工具虽然可以提供较大的液压坐封力，但是在tp130厚壁套管开窗侧钻及双层套管开窗侧钻施工当中，加载钻压的开窗铣锥紧紧压在导斜器斜面上依靠斜面的支撑顺时针旋转高速切削套管壁，导斜器在开窗铣锥高速切削作用下，受到一个切削扭矩作用，该切削扭矩会促使导斜器及下部的悬挂工具产生顺时针周向转动的趋势，再加上开窗过程中开窗铣锥的轴向冲击振动，进而会使下部悬挂工具松动，出现导斜器滑动或者转向，常导致开窗侧钻失败。

基于上述技术背景，如何有效避免悬挂坐封工具在开窗铣锥的钻压及切削扭矩的双重作用下发生滑动或转向，以改善开窗铣锥对导斜器产生的切削扭矩所造成的危害，因此，本发明将提供一种机械液压双作用导斜器锚定工具。

技术实现要素：

本发明的目的是：为了解决厚壁套管井及双层套管井开窗侧钻作业中导斜器固定不牢靠，易产生滑移的问题，特提供一种机械液压双作用导斜器锚定工具。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种机械液压双作用导斜器锚定工具，是由齿轮接头、第一o型密封圈、太阳轮、行星轮、中心轮、齿轮托盘、六角螺母、第二o型密封圈、上壳体、第三o型密封圈、棘轮、压帽、小弹簧、活塞杆、上中心轴、定位销、箍簧、上锚爪、中接头、限位轴、盖板、限位块、碟形弹簧、下中心轴、下壳体、第四o型密封圈、第五o型密封圈、下接头、剪钉、钢球、压缩弹簧、第六o型密封圈、卡簧、锥形凸轮和下锚爪构成。其特征是：齿轮接头内部设置有通孔，齿轮接头下部设置有齿轮保持架，齿轮保持架底端设置有公螺纹，齿轮接头外圆与太阳轮内孔上端配合，齿轮接头与太阳轮之间设置有第一o型密封圈；行星轮中心设置有齿轮连接孔，行星轮通过齿轮连接孔套在齿轮保持架上，行星轮上端面与齿轮保持架根部平面相接触，行星轮外圆柱表面设置有渐开线齿廓；中心轮位于齿轮保持架正中心，中心轮的中心设置有中心孔，中心轮上部外圆柱表面设置有渐开线齿廓，中心轮与行星轮相互啮合，中心轮下部设置有阶梯轴，阶梯轴下部设置有公螺纹，圆形齿轮托盘套在齿轮保持架下端，齿轮托盘上端面与中心轮下部阶梯轴的台阶面接触，六角螺母与齿轮保持架底端通过螺纹连接并紧固；太阳轮中部内表面设置有渐开线齿廓，行星轮与太阳轮相互啮合，太阳轮下端与上壳体上端螺纹连接。

上中心轴上端与中心轮下端通过螺纹连接，上中心轴下端与限位轴上端通过螺纹连接，上中心轴内部设置有等径通孔，上中心轴上部设置有四个过流孔，上中心轴外圆中上部沿轴线方向对称设置有一段凸键，上中心轴中部设置有锥形凸轮，上壳体内圆上部设置有一圈凸台，上中心轴上部与上壳体凸台之间设置有第二o型密封圈；棘轮外圆表面均匀分布有锯齿牙，棘轮上部设置有一段光滑外圆柱面，棘轮内孔对称设置有两个键槽，棘轮通过键槽套在上中心轴的凸键上，棘轮底端与上中心轴之间通过卡簧固定，棘轮锯齿牙外圆轮廓与上壳体内表面之间通过间隙配合，棘轮与上中心轴之间设置有第六o型密封圈，棘轮上部外圆柱面与上壳体内圆表面接触，棘轮上部外圆柱面与上壳体之间设置有第三o型密封圈。

上壳体中上部设置有一个阶梯孔，压帽置于阶梯孔内，压帽与阶梯孔之间螺纹连接，压帽内部设置有圆柱内腔，压帽外侧中心设置有通孔并连通圆柱内腔，活塞杆置于压帽圆柱内腔，活塞杆上设置有环形凹槽，小弹簧被压在环形凹槽内，小弹簧外端与压帽接触，小弹簧内端与活塞杆接触，活塞杆外端的圆柱形杆穿过压帽外侧中心的通孔，活塞杆内端设置为圆锥形凸体，活塞杆内端与棘轮锯齿牙接触；上壳体中部设置有矩形窗口，上锚爪置于上壳体矩形窗口内，上锚爪与上壳体之间通过定位销连接，箍簧套在上壳体外圆中部并压在上锚爪外侧上部凹槽内，上锚爪内侧与锥形凸轮接触。

中接头上端与上壳体下端螺纹连接，中接头下端与下壳体上端螺纹连接，限位轴置于中接头内，限位轴中心设置有通孔，限位轴中部设置有锥形公马牙，中接头外圆柱面中部周向对称分布两个矩形沉槽，限位块置于矩形沉槽内，限位块两端凸台与矩形沉槽的台阶贴合，限位块内侧设置有锥形母马牙，限位块的锥形母马牙与限位轴的锥形公马牙相配合，盖板与中接头矩形沉槽外侧之间螺钉连接，四个碟形弹簧分别套在限位块外侧的四个圆柱凸台上，碟形弹簧置于盖板和限位块之间，碟形弹簧被盖板紧压在限位块外侧面。

下中心轴上端与限位轴下端螺纹连接，下中心轴下端与下接头上端螺纹连接，下中心轴置于下壳体内部，下壳体上端与中接头下端螺纹连接，下中心轴中部设置有锥形凸轮，下中心轴中下部与下壳体之间设置有第四o型密封圈，下中心轴中心设置有通孔，下中心轴中下部设置有进流孔，下中心轴底端设置为锥形喇叭口，下壳体中部设置有矩形窗口，下锚爪置于下壳体矩形窗口内，下锚爪与下壳体之间通过定位销连接，箍簧套在下壳体外圆中上部并压在下锚爪外侧上部凹槽内，下锚爪内侧与锥形凸轮接触；下接头外圆柱面与下壳体内圆柱面接触，下接头与下壳体之间通过剪钉连接，下接头内腔中下部设置有弹簧座，压缩弹簧置于弹簧座内，钢球置于压缩弹簧与下中心轴锥形喇叭口之间，下接头与下壳体之间设置有第五o型密封圈。

所述行星轮设置有三个，所述上锚爪设置有三～六个，所述下锚爪设置有三～六个，上锚爪与下锚爪沿周向相互错位30°～60°安装；所述剪钉设置有一～四个。

所述齿轮接头外圆上端设置有连接螺纹，所述下接头内腔底部设置有管螺纹。

所述锥形凸轮外表面均匀分部有三个凸轮高点。

本发明的有益效果是：本发明首先采用液压驱动方式实现对导斜器的锚定，操作简单可靠，施工周期短；其次，本发明将开窗铣锥对导斜器产生的切削扭矩有效转化为径向推力，并施加于上锚爪和下锚爪上，进一步推动锚爪卡紧套管壁，切实提升了锚定工具的锚定效果，从而改善了开窗铣锥切削扭矩所造成的危害；最后，本发明中棘轮机构可有效锁定中心轴的周向转动位置，保证锚爪卡紧套管壁不会回缩，有效降低开窗侧钻过程导斜器滑移的风险。

附图说明

图1是本发明一种机械液压双作用导斜器锚定工具原始状态结构示意图。

图2是本发明一种机械液压双作用导斜器锚定工具工作状态结构示意图。

图3是上中心轴的三维结构示意图。

图4是下中心轴的三维结构示意图。

图5是上中心轴的平面俯视图。

图6是图1中的a-a剖视图。

图7是图1中的b-b剖视图。

图8是图1中的c-c剖视图。

图9是图1中的d-d剖视图。

图10是图2中的e-e剖视图。

图中：1—齿轮接头、2—第一o型密封圈、3—太阳轮、4—行星轮、5—中心轮、6—齿轮托盘、7—六角螺母、8—第二o型密封圈、9—上壳体、10—第三o型密封圈、11—棘轮、12—压帽、13—小弹簧、14—活塞杆、15—上中心轴、16—定位销、17—箍簧、18—上锚爪、19—中接头、20—限位轴、21—盖板、22—限位块、23—碟形弹簧、24—下中心轴、25—下壳体、26—第四o型密封圈、27—第五o型密封圈、28—下接头、29—剪钉、30—钢球、31—压缩弹簧、32—第六o型密封圈、33—卡簧、34—锥形凸轮、35—下锚爪、36—凸轮高点、1a—连接螺纹、1b—齿轮保持架、4a—齿轮连接孔、5a—中心孔、15a—过流孔、15b—凸键、20a—公马牙、22a—母马牙、24a—进流孔、28a—弹簧座、28b—管螺纹。

具体实施方式

如图1、图3、图4和图5所示，本发明一种机械液压双作用导斜器锚定工具，是由齿轮接头1、第一o型密封圈2、太阳轮3、行星轮4、中心轮5、齿轮托盘6、六角螺母7、第二o型密封圈8、上壳体9、第三o型密封圈10、棘轮11、压帽12、小弹簧13、活塞杆14、上中心轴15、定位销16、箍簧17、上锚爪18、中接头19、限位轴20、盖板21、限位块22、碟形弹簧23、下中心轴24、下壳体25、第四o型密封圈26、第五o型密封圈27、下接头28、剪钉29、钢球30、压缩弹簧31、第六o型密封圈32、卡簧33、锥形凸轮34和下锚爪35构成。其特征是：齿轮接头1外圆上端设置有连接螺纹1a，齿轮接头1内部设置有通孔，齿轮接头1下部设置有齿轮保持架1b，齿轮保持架1b底端设置有公螺纹，齿轮接头1外圆与太阳轮3内孔上端配合，齿轮接头1与太阳轮3之间设置有第一o型密封圈2；如图6所示，行星轮4中心设置有齿轮连接孔4a，行星轮4通过齿轮连接孔4a套在齿轮保持架1b上，行星轮4上端面与齿轮保持架1b根部平面相接触，行星轮4外圆柱表面设置有渐开线齿廓，行星轮4设置有三个；中心轮5位于齿轮保持架1b正中心，中心轮5的中心设置有中心孔5a，中心轮5上部外圆柱表面设置有渐开线齿廓，中心轮5与行星轮4相互啮合，中心轮5下部设置有阶梯轴，阶梯轴下部设置有公螺纹，圆形齿轮托盘6套在齿轮保持架1b下端，齿轮托盘6上端面与中心轮5下部阶梯轴的台阶面接触，六角螺母7与齿轮保持架1b底端通过螺纹连接并紧固；太阳轮3中部内表面设置有渐开线齿廓，行星轮4与太阳轮3相互啮合，太阳轮3下端与上壳体9上端螺纹连接。

上中心轴15上端与中心轮5下端通过螺纹连接，上中心轴15下端与限位轴20上端通过螺纹连接，上中心轴15内部设置有等径通孔，上中心轴15上部设置有四个过流孔15a，上中心轴15外圆中上部沿轴线方向对称设置有一段凸键15b，上中心轴15中部设置有锥形凸轮34，如图5所示，锥形凸轮34外表面均匀分部有三个凸轮高点36，上壳体9内圆上部设置有一圈凸台，上中心轴15上部与上壳体9凸台之间设置有第二o型密封圈8。如图7所示，棘轮11外圆表面均匀分布有锯齿牙，棘轮11上部设置有一段光滑外圆柱面，棘轮11内孔对称设置有两个键槽，棘轮11通过键槽套在上中心轴15的凸键15b上，棘轮11底端与上中心轴15之间通过卡簧33固定，棘轮11锯齿牙外圆轮廓与上壳体9内表面之间通过间隙配合，棘轮11与上中心轴15之间设置有第六o型密封圈32，棘轮11上部外圆柱面与上壳体9内圆表面接触，棘轮11上部外圆柱面与上壳体9之间设置有第三o型密封圈10。

如图7所示，上壳体9中上部设置有一个阶梯孔，压帽12置于阶梯孔内，压帽12与阶梯孔之间螺纹连接，压帽12内部设置有圆柱内腔，压帽12外侧中心设置有通孔并连通圆柱内腔，活塞杆14置于压帽12圆柱内腔，活塞杆14上设置有环形凹槽，小弹簧13被压在环形凹槽内，小弹簧13外端与压帽12接触，小弹簧13内端与活塞杆14接触，活塞杆14外端的圆柱形杆穿过压帽12外侧中心的通孔，活塞杆14内端设置为圆锥形凸体，活塞杆14内端与棘轮11锯齿牙接触。如图1和图8所示，上壳体9中部设置有矩形窗口，上锚爪18置于上壳体9矩形窗口内，上锚爪18与上壳体9之间通过定位销16连接，箍簧17套在上壳体9外圆中部并压在上锚爪18外侧上部凹槽内，上锚爪18内侧与锥形凸轮34接触，上锚爪18设置有三～六个，在本实施例中上锚爪18设置有三个。

中接头19上端与上壳体9下端螺纹连接，中接头19下端与下壳体25上端螺纹连接，限位轴20置于中接头19内，限位轴20中心设置有通孔，限位轴20中部设置有锥形公马牙20a，中接头19外圆柱面中部周向对称分布两个矩形沉槽，限位块22置于矩形沉槽内，限位块22两端凸台与矩形沉槽的台阶贴合，限位块22内侧设置有锥形母马牙22a，限位块22的锥形母马牙与限位轴20的锥形公马牙相配合，盖板21与中接头19矩形沉槽外侧之间螺钉连接，四个碟形弹簧23分别套在限位块22外侧的四个圆柱凸台上，碟形弹簧23置于盖板21和限位块22之间，碟形弹簧23被盖板21紧压在限位块22外侧面。

下中心轴24上端与限位轴20下端螺纹连接，下中心轴24下端与下接头28上端螺纹连接，下中心轴24置于下壳体25内部，下壳体25上端与中接头19下端螺纹连接，下中心轴24中部设置有锥形凸轮34，下中心轴24中下部与下壳体25之间设置有第四o型密封圈26，下中心轴24中心设置有通孔，下中心轴24中下部设置有进流孔24a，下中心轴24底端设置为锥形喇叭口。如图1和图9所示，下壳体25中部设置有矩形窗口，下锚爪35置于下壳体25矩形窗口内，下锚爪35与下壳体25之间通过定位销16连接，箍簧17套在下壳体25外圆中上部并压在下锚爪35外侧上部凹槽内，下锚爪35内侧与锥形凸轮34接触，下锚爪35设置有三～六个，在本实施例中下锚爪35设置有三个；上锚爪18与下锚爪35沿周向相互错位30°～60°安装，在本实施例中上锚爪18与下锚爪35沿周向相互错位60°进行安装；下接头28外圆柱面与下壳体25内圆柱面接触，下接头28与下壳体25之间通过剪钉29连接，剪钉（29）设置有一～四个，在本实施例中剪钉29设置有两个，下接头28内腔中下部设置有弹簧座28a，压缩弹簧31置于弹簧座28a内，钢球30置于压缩弹簧31与下中心轴24锥形喇叭口之间，下接头28与下壳体25之间设置有第五o型密封圈27，下接头28内腔底部设置有管螺纹28b。

工作时，本发明齿轮接头1与上部导斜器通过螺纹连接固定，地面开启钻井泵，钻井液流经上部钻柱系统进入本发明的中心通道内并被钢球30封堵形成高压钻井液，高压钻井液通过过流孔15a和进流孔24a分别进入两个环形液缸内，进而推动太阳轮3、上壳体9、中接头19和下壳体25剪断两个剪钉29一起轴向上移，如图2所示，上锚爪18和下锚爪35分别在上壳体9和下壳体25的拉动下沿锥形凸轮34上移，在锥形凸轮34的支撑下使上锚爪18和下锚爪35分别径向张开，与套管壁接触并卡紧套管壁，同时限位块22也轴向上移，限位轴20通过马牙机构锁定限位块22的轴向移动位置；在套管开窗过程中，上部导斜器在开窗铣锥施加的切削扭矩作用下会发生微小的周向顺时针转动，进而带动齿轮接头1产生周向顺时针旋转，此时太阳轮3、行星轮4和中心轮5共同构成一个行星轮系，通过该行星轮系将齿轮接头1微小的周向顺时针旋转运动传递给上中心轴15和下中心轴24，并在行星轮系的作用下上中心轴15和下中心轴24旋转运动角被进一步放大，放大倍数为该行星轮系的传动比；锥形凸轮34顺时针旋转进而使凸轮高点36作用在上锚爪18和下锚爪35的内侧，从而将开窗铣锥对导斜器产生的切削扭矩有效转化为径向推力，进一步支撑上锚爪18和下锚爪35沿径向外伸，促使上锚爪18和下锚爪35与套管壁贴合更紧，切实提升锚定工具的锚定效果；如图10所示，同时上中心轴15旋转带动棘轮11顺时针转动，活塞杆14卡在棘轮11锯齿牙内有效锁定上中心轴15和下中心轴24的周向转动位置，保证上锚爪18和下锚爪35卡紧套管壁不会回缩，有效降低开窗侧钻过程导斜器滑移的风险。