用于阻止井的生产管柱转动的扭矩锚的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种扭矩锚，用于阻止生产管柱相对于井的套管(也被称为固定壳体)和/或配有包括这种扭矩销的螺杆泵(progressing cavity pump)的泵送装置转动。
【背景技术】
[0002]在其应用最广泛的结构中，泵送装置包括配有表面轴承驱动器的井口，该驱动器安装在“防喷装置”上远程驱动安装在生产管柱基部上或插入到生产管柱中的螺杆泵。该泵安装在井下。轴承驱动器在井口处支撑并且驱动被称作“光杆”的驱动轴转动。光杆驱动位于生产管柱内部并贯穿生产管柱的长度的钻柱(或连续管)。该钻柱又驱动位于井下的螺杆泵的转子转动。位于井下的流体通过泵传递并输送到生产管柱内直至井口，在井口处通过分配管排出。该扭矩锚以这种方式固定泵的定子以使其本身不被驱动为在井下转动以及由此防止形成生产管柱的管道断开。
[0003]扭矩锚是已知的，尤其是可由文献US 6，155,346已知，用于泵送装置，包括安装在固定于管柱上的凸轮上的齿。这些齿适于经由凸轮在扭矩锚内的缩回位置和阻止位置之间移动，在阻止位置齿径向延伸到扭矩锚主体外部并夹住套管。
[0004]这种扭矩锚具有很多缺陷。
[0005]首先，它们是以干涉技术为基础的，因而可能在制造期间由于螺杆泵产生的强大振动而移位。这种移位会导致管柱旋开并落入井下，造成(involving)生产经营的全面停机和进行打捞作业的重大成本。
[0006]然后，在某些情况下，缩回机构由于存在沙子而阻塞或者由于腐蚀而变差。在这种情况下，扭矩锚被迫上升，因此套管和井下设备损坏。
[0007]此外，通过管柱自表面的转动将这些齿带到阻止位置，该转动是由操作者使用管子钳实现的。这种驱动操作对控制管子钳以传递扭转应力的操作者的安全造成某种危险。实际上，当管子钳滑动时可能使操作者受伤。
[0008]此外，在正常操作中，齿的干涉原则上在所述齿和套管之间造成非常高的接触压力。因此，假设泵送期间高级别振动，强烈怀疑其形式必然是侵入式以便引发干涉的齿“机加工”套管。
[0009]此外，某些井在生产期间遭受明显的温度变化。温度变化可使管柱膨胀，管柱长度可延伸多达6米，但是没有膨胀，或者仅仅稍微膨胀，套管因此粘接到岩层上。在温度变化期间，受到生产管柱膨胀推动的扭矩锚相对于套管沿着井的纵向轴线移动。当扭矩锚的齿仍锚固在套管上时，由套管内壁上的缺口造成的确切损坏是值得怀疑的但是还未进一步量化。
[0010]最后，为了确定扭矩锚的齿牢牢夹住套管，可使其在扭矩锚降至井下之前被驱动进入位于井表面的阻止位置。在这种情况下，井壁管组件在扭矩锚降至井下期间受到切割并损坏。
[0011]文献EP 1371810描述了一种用于这类钻机的防转动装置，包括转动轴和容纳该转动轴的壳体。防转动装置适于阻止壳体在井眼中的转动。它包括设有滚子的支架，滚子安装在与壳体的纵向轴线垂直的轴上。滚子的边缘是渐缩的以便与井眼的岩石接合，通过这种接合来防止钻机的任何转动。
[0012]然而，由于滚子的渐缩表面有切割以及损坏套管的风险，该防转动装置不适合用于套管内。此外，在驱动转子转动时，该装置相对于通过定子施加到生产管柱上的扭转应力来说尺寸过小。这种装置只能通过增加尺寸来对抗这种应力，使得不再能插入到生产管柱中。
【发明内容】
[0013]本发明的目的是给出一种能够经受高扭转扭矩的扭矩锚。
[0014]这种高扭矩出现在泵送重质烃(存在沙子、芳烃油、高粘度物质)或者水的井中，尤其是在使用金属定子(PCM Vulcain?型金属/金属泵的定子)、高产能螺杆泵时，或者在振动应力极大或者温度达到350°C的特定工作条件下进行泵送时。
[0015]为此，本发明的主题是一种扭矩锚，用来阻止生产管柱相对于具有纵向轴线的井的套管转动；该扭矩锚包括:
[0016]-主体，当扭矩锚安装在套管内时，主体具有平行于井的纵向轴线延伸的纵向轴线；
[0017]-至少两个支撑件，其由主体支承并且能够在垂直于主体纵向轴线的至少一个位移方向上相对于主体移动；
[0018]-轮，其由支撑件支承，该轮适于在所述套管的内面上运行；
[0019]-至少一个夹紧装置，其适于在所述至少一个位移方向上将力施加到所述轮上以便将所述轮锚固到所述套管中，
[0020]其特征在于，每个夹紧装置包括适合作用于一组所述支撑件的一组弹簧和能够引导所述弹簧组的导向件；所述导向件由所述支撑件支承；所述导向件能够在所述至少一个位移方向上相对于至少一个支撑件移动。
[0021]有利地，这种设置能够使用较长较宽的弹簧，这些弹簧对温度变化和套管直径变化不是十分敏感。因此，扭矩锚的性能更加稳定。由该扭矩锚施加的扭矩更加恒定。几乎没有与温度和套管损失级别有关的变化。此外，较大尺寸的这些弹簧可施加非常大的力。
[0022]根据特定实施例，扭矩锚包括下列特征中的一个或多个:
[0023]-主体具有适合于允许待泵送流体经过的内部通道；在其每个端部开口的所述内部通道平行于主体的纵向轴线延伸，并且所述夹紧装置延伸穿过所述内部通道。
[0024]有利地，内部通道能够泵送更大量的流体。能够在泵送流体在到达泵进口之前在扭矩锚和套管之间在扭矩锚长度上行进的情况下，减小套管内由扭矩锚造成的压降。
[0025]-弹簧组包括支撑在各自支撑件上的至少一个弹簧，所述导向件适合于引导所述至少一个弹簧。
[0026]-支撑件包括第一支撑件和面对第一支撑件设置的第二支撑件，第一支撑件和第二支撑件能够在一个位移方向上相对于主体移动。
[0027]-选择自第一支撑件和第二支撑件的至少一个支撑件包括在位移方向上延伸的至少一个通孔，并且导向件为导向销，其具有滑动配合在所述选择的支撑件的所述通孔内的一个端部。
[0028]有利地，所述导向销和所述至少一个弹簧是容易拆除的。
[0029]-该导向销包括第一台肩和第二台肩，第二台肩和第一台肩成一直线设置，第一台肩邻接所述第一支撑件，所述至少一个弹簧支撑在所述第二台肩上。
[0030]有利地，这种设置能够避免井中导向销的损失。
[0031]有利地，在扭矩锚从套管退出期间，使所述轮轴和所述至少一个弹簧保持在所述第一支撑件上。因此，在维护操作期间所述至少一个弹簧是容易拆除和更换的。
[0032]-所述至少一个弹簧支撑在第一支撑件和第二支撑件上。
[0033]-所述导向件包括中间接头和导向销，所述导向销各自具有牢牢固定在所述中间接头上的一个端部和在支撑件中平移引导的一个自由端部；每个弹簧支撑在所述中间接头和支撑件上。
[0034]-所述弹簧组包括至少N个弹簧，所述导向件包括N个导向销；所述导向件能在N个方向上相对于N个支撑件移动，N为严格大于2的自然数，
[0035]-支撑件适于支承几个彼此对齐的相邻轮，所述轮各自具有介于(comprised)套管内径的12%和70%之间，优选为介于30%和48%之间的直径。
[0036]有利地，这种扭矩锚能够没有顿挫地、没有卡住风险地穿过设在形成套管的管道之间的接头。
[0037]-所述支撑件适于支承单个轮，这个轮具有介于套管内径的30%和70 %之间，优选为介于30%和48%之间的直径。
[0038]有利地，这种扭矩锚在纵向轴线方向上具有减小的尺寸，同时允许容易地穿过设在形成套管的管道之间的接头。
[0039]-该扭矩锚还包括能自由转动地安装在所述轮上的轮轴，以及支撑件具有所述轴的至少一个转动导向表面。
[0040]因此，有利地，轮安装在轮轴上而不利用固定元件，因此改进系统