一种用于稠油热采井套管预应力完井的固井地锚的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于稠油热采井套管预应力完井的固井地锚，包括：用于连接套管的上接头组件；与所述上接头组件相连接的中心管体；设置在所述中心管体的下端的外周壁上的锚爪组件；活动式套设在所述中心管体的外周壁上且能驱动所述锚爪组件沿所述中心管体的径向进行张开的驱动组件。该固井地锚具有在注蒸汽的过程中不会发生形变、结构强度高和使用寿命长的优点。
【专利说明】
一种用于稠油热采井套管预应力完井的固井地锚
技术领域
[0001]本实用新型涉及稠油油藏热采开发技术领域，尤其涉及一种用于稠油热采井套管预应力完井的固井地锚。【背景技术】
[0002]热采是稠油油藏开发的有效手段之一。其中，在注蒸汽热采的过程中，由于套管受热会膨胀，从而会导致套管的径向和纵向都会有一定程度的伸长。这样，由于套管在纵向的伸长，从而使得该套管不再与地面齐平而是凸出地面一段距离。另外，套管伸长后，固井水泥与套管之间会发生胶结失效、井口冒油汽等现象。
[0003]基于对上述现有技术的分析，需要设计一种用于稠油热采井套管预应力完井的固井地锚，以解决在注蒸汽热采的过程中，因套管受热膨胀而发生固井水泥与套管胶结失效以及井口冒油气的问题。【实用新型内容】
[0004]针对上述问题，根据本实用新型提出了一种用于稠油热采井套管预应力完井的固井地锚，包括:用于连接套管的上接头组件;与所述上接头组件相连接的中心管体;设置在所述中心管体的下端的外周壁上的锚爪组件;活动式套设在所述中心管体的外周壁上且能驱动所述锚爪组件沿所述中心管体的径向进行张开的驱动组件。这样，在该驱动组件的驱动下，会使得该锚爪组件逐渐沿中心管体的径向进行张开，从而使得该锚爪组件逐渐吃入到地层中。进一步地，使得该固井地锚牢固地固定在地层中，以对上接头组件上的套管施加一定大小的预拉伸的应力，直至该预拉伸的应力达到设定值后，停止对该套管的拉伸动作。 即，在未注蒸汽之前，该套管的预拉伸应力已经达到设定值，因而，即便开始向地层中注入蒸汽，注蒸汽时产生的热应力会在预拉伸应力范围内或抵消，该套管也不会因受热而再发生膨胀。进一步地，就不会发生纵向伸长的现象，即，该套管的上端口依然与地面齐平，不会高出地面一段距离。同时，该套管也不会与固井水泥发生胶结失效的现象，大大地延长了油井的使用寿命。
[0005]在一个实施例中，所述锚爪组件包括设置在所述中心管体的下端的外周壁上的限位台肩，和位于所述限位台肩上且与所述限位台肩为活动式连接的锚爪。该限位台肩的设置，为锚爪提供了支撑，可以很好地防止该锚爪发生脱落的现象。
[0006]在一个实施例中，在所述限位台肩的延伸端的上表面构造有能限制所述锚爪沿所述中心管体的径向继续张开的限位块。在上述锚爪转动的过程中，当该锚爪的底端的外表面转至与该限位块的内侧面相贴合时，由于该限位块的阻挡，可以有效地防止在起爆构件爆炸后产生的内压力的作用下，致使锚爪相对中心管体的径向的张开角度过大的弊端。进一步地，避免影响锚爪吃入到地层中的锚定力。由此可见，该限位块起到了较好的限位作用。
[0007]在一个实施例中，所述限位块的内表面构造为圆弧过渡面。
[0008]在一个实施例中，所述锚爪的上端的内表面构造为楔形的第一锥端面。
[0009]在一个实施例中，在所述锚爪的外侧壁上构造有能沿所述中心管体的径向向外凸出的爪牙。
[0010]在一个实施例中，所述驱动组件包括套设在所述中心管体的外周壁上的活塞缸。
[0011]在一个实施例中，所述活塞缸包括套设在所述中心管体的外周壁上的活塞缸上堵头和套设在所述中心管体的外周壁上且与所述活塞缸上堵头相连接的活塞缸本体。
[0012]在一个实施例中，所述活塞缸还包括活动式套设在所述中心管体的外周壁上且部分位于所述活塞缸本体内的活塞推杆。
[0013]在一个实施例中，在所述活塞缸上堵头的下端面和所述活塞推杆的上端面之间构造有容纳腔，所述驱动组件还包括位于所述容纳腔内且能对所述活塞推杆产生沿轴向向下的推力的起爆构件。
[0014]在一个实施例中，所述活塞推杆的下端的外表面构造为能与所述第一锥端面相匹配的第二锥端面。
[0015]与现有技术相比，根据本申请，在该驱动组件的驱动下，会使得该锚爪组件逐渐沿中心管体的径向进行张开，从而使得该锚爪组件逐渐吃入到地层中。进一步地，使得该固井地锚牢固地锚定在了地层中，以对上接头组件上的套管施加一定大小的预拉伸的应力，直至该预拉伸的应力达到设定值后，停止对该套管的拉伸动作。即，在未注蒸汽之前，该套管的预拉伸应力已经达到设定值，因而，即便开始向地层中注入蒸汽，注蒸汽时产生的热应力会在预拉伸应力范围内或抵消，该套管也不会因受热而再发生膨胀。进一步地，就不会再发生纵向伸长的现象，即，该套管的上端口依然与地面齐平，不会高出地面一段距离。同时，该套管也不会与固井水泥发生胶结失效的现象，大大地延长了油井的使用寿命。【附图说明】
[0016]在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。在图中:
[0017]图1为本申请的实施例的用于稠油热采井套管预应力完井的固井地锚的整体结构示意图。
[0018]在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例描绘。 【具体实施方式】
[0019]下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0020]如图1所示，图1示意性地显示了该固井地锚100包括上接头组件1、中心管体2、锚爪组件3以及驱动组件4。[0021 ]该上接头组件1大致呈筒状，在该上接头组件1的内周壁构造有螺纹。该上接头组件1可通过螺纹连接的方式实现与套管(图中未示出)的连接，从而形成需要对套管进行预应力拉伸的套管串总体。
[0022]在一个实施例中，该上接头组件1所处的位置为固井地锚100的上方，与该上接头组件1相连接的套管位于该上接头组件1的上方。
[0023]该中心管体2大致呈筒状且内部为中空结构。该中心管体2与上接头组件1相连通。 具体地，该中心管体2与该上接头组件1之间的连接方式可为螺纹连接或焊接。
[0024]该锚爪组件3设置在中心管体2的下端21的外周壁上211。
[0025]该驱动组件4活动式套设在中心管体2的外周壁211上且能驱动锚爪组件3沿中心管体2的径向进行张开。这样，在该驱动组件4的驱动下，会使得该锚爪组件3逐渐沿中心管体2的径向进行张开，从而使得该锚爪组件3逐渐吃入到地层中。进一步地，使得该固井地锚 100牢固地固定在地层中，以对上接头组件1上的套管施加一定大小的预拉伸的应力，直至该预拉伸的应力达到设定值后，停止对该套管的拉伸动作。即，在未注蒸汽之前，该套管的预拉伸应力已经达到设定值，因而，即便开始向地层中注入蒸汽，注蒸汽时产生的热应力会在预拉伸应力范围内或抵消，该套管也不会因受热而再发生膨胀。进一步地，就不会再发生纵向伸长的现象，即，该套管的上端口依然与地面齐平，不会高出地面一段距离。同时，该套管也不会与固井水泥(图中未示出)发生胶结失效的现象，大大地延长了油井的使用寿命。
[0026]另外，本申请的固井地锚100为全通径结构，因而，在打开该锚爪组件3时无需采用液压式打开，即，无需采用向中心管体2内栗送液体来打开锚爪组件3的方式，由此，使得该固井地锚100不仅可以应用于直井还可应用于水平井。
[0027]如图1所示，该锚爪组件3包括设置在中心管体2的下端21的外周壁211上的限位台肩31。该限位台肩31可为水平板或水平座。该限位台肩31可通过螺栓或螺钉等紧固件紧固在该中心管体2的外周壁211上。
[0028]该锚爪组件3还包括锚爪32,该锚爪32位于限位台肩31上且与该限位台肩31为活动式连接。具体地，该锚爪32可与该限位台肩31为销轴式连接。另外，该限位台肩31的设置， 为锚爪32提供了支撑，可以很好地防止该锚爪32发生脱落的现象。
[0029]在该限位台肩31的延伸端311的上表面构造有能限制锚爪32沿中心管体2的径向继续张开的限位块312。具体地，该限位块312可为凸块、限位板或其它具有限位功能的限位部件。在上述锚爪32转动的过程中，当该锚爪32的底端的外表面转至与该限位块312的内侧面相贴合时，由于该限位块312的阻挡，可以有效地防止在起爆构件42爆炸后产生的内压力的作用下，致使锚爪32相对中心管体2的径向的张开角度过大的弊端。进一步地，避免影响锚爪32吃入到地层中的锚定力。由此可见，该限位块312起到了较好的限位作用。
[0030]如图1所示，该限位块312的内表面构造为圆弧过渡面313。具体地，该圆弧过渡面 313的底端起始面与上述延伸端311的上表面相齐平。由于该圆弧过渡面313的设置，使得该锚爪32能够顺利地张开，避免其在张开的过程中发生遇卡的问题。
[0031]该锚爪32的上端321的内表面322构造为楔形的第一锥端面323。该第一锥端面323 的设置，方便与如下所述的活塞推杆413相配合，从而在该活塞推杆413的推力作用下，使得该锚爪32能够顺利地张开，实现该锚爪32固定到地层中的目的。
[0032]另外，在上述锚爪32的外侧壁324上构造有能沿中心管体2的径向向外凸出的爪牙 5。该爪牙5的设置，能够方便该锚爪32更好地吃入到地层中，从而形成锚定力，以使得固井地锚100能够牢固地固定在地层中。进一步地，为提供给套管最大限度的预拉伸的应力做好了充分的准备。[0〇33] 如图1所示，该驱动组件4包括套设在中心管体2的外周壁211上的活塞缸41。[〇〇34]该活塞缸41包括套设在中心管体2的外周壁211上的活塞缸上堵头411和套设在中心管体2的外周壁211上且与活塞缸上堵头411相连接的活塞缸本体412。其中，该活塞缸上堵头411的设置，可以使得由如下所述的起爆构件42起爆后产生的内压向下传递，S卩，该内压作用给活塞推杆413,该活塞推杆413会在内压的作用下，逐渐向下运动，直至该活塞推杆 413的下端的第二锥端面414逐渐嵌入到锚爪32的内侧并与锚爪32的内表面322相贴合后停止向下运动。[〇〇35]该活塞缸41还包括活动式套设在中心管体2的外周壁211上且部分位于活塞缸本体412内的活塞推杆413。该活塞推杆413能够相对该活塞缸本体412进行伸出或回缩运动。
[0036]另外，在该活塞推杆413的外周壁上套设有多个间隔开的密封圈。该密封圈可以很好地保证该活塞推杆413与活塞缸本体412之间的密封性。[〇〇37]如图1所示，在活塞缸上堵头411的下端面6和活塞推杆413的上端面7之间构造有容纳腔8,该驱动组件4还包括位于该容纳腔8内且能对活塞推杆413产生轴向向下的推力的起爆构件42。由此可见，该容纳腔8的设置，为起爆构件42的安装提供了空间。另外，由于该容纳腔8位于该活塞缸上堵头411的下方，该活塞缸上堵头411扣合在该活塞缸本体412的上端，因而，在该起爆构件42起爆后，会产生一定大小的内压力。然而，由于活塞缸上堵头411 的限制，会使得上述内压向下运动，并作用给活塞推杆413,以打开上述锚爪32。[〇〇38]在本申请的实施例中，上述的起爆构件42可为炸药。
[0039]在一个实施例中，该锚爪32的个数可根据实际的需要增设为3个、6个或6个以上等。
[0040]如图1所示，该活塞推杆413的下端的外表面构造为能与第一锥端面323相匹配的第二锥端面414。具体地，在上述起爆构件42起爆后，会产生向下的内压力，该内压力会作用在该活塞推杆413上。该活塞推杆413在上述内压力的作用下，沿着中心管体2的外周壁211 向下运动。该活塞推杆413运动一段时间后，该第二锥端面414将逐渐与上述第一锥端面323 相接触，当该第二锥端面414与第一锥端面323之间的接触面积达到最大时，该活塞推杆413 的外表面已转至与该限位块312的内侧面相贴合的位置。然而，由于该限位块312的阻挡，使得该锚爪32不能再继续相对中心管体2的径向进行张开。此时表明上述锚爪32相对中心管体2的径向张开的开度已达到最大。
[0041]在一个实施例中，该固井地锚100还包括下接头9,该下接头9可以起到连接水平井下部管串的作用。
[0042]综上所述，在该驱动组件4的驱动下，会使得该锚爪组件3逐渐沿中心管体2的径向进行张开，从而使得该锚爪组件3逐渐吃入到地层中。进一步地，使得该固井地锚100牢固地固定在了地层中，以对上接头组件1上的套管施加一定大小的预拉伸的应力，直至该预拉伸的应力达到设定值后，停止对该套管的拉伸动作。即，在未注蒸汽之前，该套管的预拉伸应力已经达到设定值，因而，即便开始向地层中注入蒸汽，该套管也不会因受热而发生膨胀。 进一步地，就不会发生纵向伸长的现象，即，该套管的上端口依然与地面齐平，不会高出地面一段距离。同时，该套管也不会与固井水泥(图中未示出)发生胶结失效的现象，大大地延长了油井的使用寿命。[〇〇43]虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
【主权项】
1.一种用于稠油热采井套管预应力完井的固井地锚，其特征在于，包括:用于连接套管的上接头组件；与所述上接头组件相连接的中心管体；设置在所述中心管体的下端的外周壁上的锚爪组件；活动式套设在所述中心管体的外周壁上且能驱动所述锚爪组件沿所述中心管体的径 向进行张开的驱动组件。2.根据权利要求1所述的用于稠油热采井套管预应力完井的固井地锚，其特征在于，所 述锚爪组件包括设置在所述中心管体的下端的外周壁上的限位台肩，和位于所述限位台肩 上且与所述限位台肩为活动式连接的锚爪。3.根据权利要求2所述的用于稠油热采井套管预应力完井的固井地锚，其特征在于，在 所述限位台肩的延伸端的上表面构造有能限制所述锚爪沿所述中心管体的径向继续张开 的限位块。4.根据权利要求3所述的用于稠油热采井套管预应力完井的固井地锚，其特征在于，所 述限位块的内表面构造为圆弧过渡面。5.根据权利要求2所述的用于稠油热采井套管预应力完井的固井地锚，其特征在于，所 述锚爪的上端的内表面构造为楔形的第一锥端面。6.根据权利要求2所述的用于稠油热采井套管预应力完井的固井地锚，其特征在于，在 所述锚爪的外侧壁上构造有能沿所述中心管体的径向向外凸出的爪牙。7.根据权利要求5所述的用于稠油热采井套管预应力完井的固井地锚，其特征在于，所 述驱动组件包括套设在所述中心管体的外周壁上的活塞缸。8.根据权利要求7所述的用于稠油热采井套管预应力完井的固井地锚，其特征在于，所 述活塞缸包括套设在所述中心管体的外周壁上的活塞缸上堵头和套设在所述中心管体的 外周壁上且与所述活塞缸上堵头相连接的活塞缸本体。9.根据权利要求8所述的用于稠油热采井套管预应力完井的固井地锚，其特征在于，所 述活塞缸还包括活动式套设在所述中心管体的外周壁上且部分位于所述活塞缸本体内的 活塞推杆。10.根据权利要求9所述的用于稠油热采井套管预应力完井的固井地锚，其特征在于， 在所述活塞缸上堵头的下端面和所述活塞推杆的上端面之间构造有容纳腔，所述驱动组件 还包括位于所述容纳腔内且能对所述活塞推杆产生沿轴向向下的推力的起爆构件。11.根据权利要求9所述的用于稠油热采井套管预应力完井的固井地锚，其特征在于， 所述活塞推杆的下端的外表面构造为能与所述第一锥端面相匹配的第二锥端面。
【文档编号】E21B23/01GK205591857SQ201620159486
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年3月2日
【发明人】李晓益, 姚凯, 赵煊, 何祖清, 翟羽佳, 赵旭
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院