一种超深井一体式多卡瓦侧钻坐封器

技术领域

本发明涉及石油开发设备技术领域，具体涉及一种超深井一体式多卡瓦侧钻坐封器。

背景技术

在深层超深层油气资源的开发过程中，为了降低成本、提高开采效率，常常会采用开窗侧钻的方法，在超深层井段处套管钢级高、壁厚厚，工具工作环境在处在高温高压环境，存在开窗成功率和质量均难以达到较高水平。目前使用的超深井侧钻坐封器，一次坐封丢手以后，开窗侧钻过程中，在钻头施加给坐封器的钻压以及切削扭矩、以及机械震动等多种因素的影响下，存在坐封松动，产生滑移掉落的风险。一旦产生滑移，井眼轨迹便不能按照设计轨迹进行，甚至无法继续完成开窗侧钻作业。因此，目前亟需一种超深井一体式多卡瓦侧钻坐封器，能够配合定向钻杆使用，实现超深井成功侧钻，解决坐封器在超深层井段坐封不稳、工作困难、开窗质量差等问题。

发明内容

鉴于此，本发明目的在于提供一种超深井一体式多卡瓦侧钻坐封器，该坐封器配合定向钻杆使用，实现超深井成功侧钻，解决坐封器在超深层井段坐封不稳、工作困难、开窗质量差等问题。

为解决上述至少一个技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种超深井一体式多卡瓦侧钻坐封器，包括外壳、底盖和坐封器本体，坐封器本体为上部呈斜面的圆筒结构，坐封器本体表面覆盖有外壳，可拆卸的底盖覆盖在坐封器本体底部，坐封器内部设置有中心轴、多组卡瓦、稳定座、调节板、按压板、锁块，其中，卡瓦包括卡瓦身和卡瓦片，卡瓦片为弧体，其弧度与坐封器外壳的表侧面的弧度相同，卡瓦身连接设置在卡瓦片的内凹面上；中心轴设置在按压板上方并由按压板支撑，按压板受下方的稳定座支撑且能够上下移动，使得中心轴能够与按压板同步上下移动；卡瓦能够在坐封器内部同轴设置的中心轴的驱动下径向延伸出坐封器的外壳的侧表面，外壳的侧表面上对应设置有弧度和形状与卡瓦片相同的通孔用于通过卡瓦片，且当中心轴被固定时，卡瓦片位于外壳外部；调节板设置在按压板下方，当中心轴推动按压板向下运动时，按压板能够推动调节板向上运动，并允许锁块与中心轴表面的锁槽配合，固定中心轴的位置。

本发明的一种实施方式在于，所述卡瓦设置在卡瓦支座上，其中，卡瓦支座设置在外壳内部，与卡瓦之间滑槽配合，在支撑卡瓦的同时允许其移动。

本发明的一种实施方式在于，所述卡瓦片的凸面上间隔设置有多组固定齿。

本发明的一种实施方式在于，所述中心轴表面沿轴向设置有数量和位置与卡瓦一一对应的齿条。

进一步的，所述中心轴与卡瓦之间通过传动齿轮连接，其中，传动齿轮包括齿轮、传动轮和连接轴，齿轮经坐封器内部设置的齿轮支杆支撑，且与齿条啮合，能够经齿条带动绕轴自转，齿轮轴处处设置有连杆与多组传动轮连接，传动轮之间通过连接轴侧面并排连接，相邻传动轮之间的轴心不重合，使得所有传动轮的转轴平行于齿轮的转轴，且传动轮能够与卡瓦接触并驱动卡瓦移动。

进一步的，所述卡瓦身上设置有数量与传动轮对应传动槽，传动轮能够与传动槽接触推动卡瓦身和卡瓦片沿垂直与传动轮转轴所在平面的方向移动，且所有传动轮不会同时与传动槽接触。

本发明的一种实施方式在于，所述稳定座上设置有升降座，升降座内置有能够水平移动的升降部件，按压板上下移动时能够推动升降部件水平移动，水平移动的升降部件能够带动调节板上下移动。

进一步的，所述调节板包括调节撑杆、调节撑板，调节撑杆设置在调节板中部，调节撑板环绕调节撑杆设置在调节板上，且调节撑杆穿过升降座卡设在升降座顶面上，调节撑杆还通过支撑弹簧支撑按压板，升降部件至少设置有部分倾斜段穿过调节撑杆，使得升降部件在水平移动时，调节撑杆能够沿倾斜段上下移动，同时带动调节撑板同步移动；调节撑板上还设置有连接孔，当中心轴运动至待固定位置时，连接孔移动至锁块处，允许锁块穿过连接孔与锁槽配合固定中心轴。

本发明的一种实施方式在于，所述外壳内侧壁上还设置有能够允许中心轴顺利通过的卡扣圈，锁块能够在卡扣圈上水平移动。

本发明的一种实施方式在于，所述锁块和锁槽均为磁性材料。

本发明起到的技术效果是：

本发明中锁块与中心轴之间的连接使用磁力吸附固定，降低了该工具内部结构的复杂性，提高了设备整体的鲁棒性，可以增加卡瓦的数量；本发明中的卡瓦对套管内壁采用了交错吃入，增大了卡瓦与外部套管咬合力度，且于现有坐封器卡瓦机构相比，本发明中卡瓦使用的传动机构主要为齿轮条与带有偏心传动轮结构的传动齿轮，斜式卡瓦出套相较于现有坐封器卡瓦打开方式更加稳定且流程，因此坐封力增大，从而降低了开窗侧钻用坐封器在开窗侧钻过程中发生滑移风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明中坐封器的整体结构示意图；

图2是图1中A处放大图；

图3是图1中B出放大图；

图4是本发明中卡瓦的立体示意图；

图5是本发明中传动齿轮的立体示意图；

图6是本发明中卡瓦与传动齿轮和卡瓦支座之间的结构分布示意图；

图7是本发明中中心轴的立体示意图；

图8是本发明中坐封器的俯视剖视图；

图9是本发明中按压板和升降部件的配合结构的立体示意图；

图中1-外壳、2-底盖、3-中心轴、4-传动齿轮、5-卡瓦、6-卡瓦支座、7-齿轮支杆、8-稳定座、9-调节板、10-按压板、11-升降部件、12-卡扣圈、13-锁块、14-支撑弹簧、31-锁槽、32-齿条、41-齿轮、42-传动轮、43-连接轴、51-卡瓦身、52-卡瓦片、53-传动槽、54-固定齿、81-升降座、91-调节撑杆、92-调节撑板、93-连接孔。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明。

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

实施例：

参见图1，一种超深井一体式多卡瓦侧钻坐封器，包括外壳1、底盖2和坐封器本体，坐封器本体为上部呈斜面的圆筒结构，坐封器本体表面覆盖有外壳1，可拆卸的底盖2覆盖在坐封器本体底部，坐封器内部设置有中心轴3、多组卡瓦5、稳定座8、调节板9、按压板10、锁块13，坐封器本体上部的斜面用于造斜，因此需要通过卡瓦将坐封器整体固定在井筒当中。

参见图4，卡瓦5包括卡瓦身51和卡瓦片52，卡瓦片52为弧体，其弧度与坐封器外壳1的表侧面的弧度相同，卡瓦身51连接设置在卡瓦片52的内凹面上，外壳1的侧表面上对应设置有弧度和形状与卡瓦片52相同的通孔用于通过卡瓦片52，卡瓦片52表面的弧度允许其内埋在外壳1内部，或者直接填充外壳1表面用于通过卡瓦片52的通孔，这样坐封器在下井时便不会受到影响，在需要固定时将卡瓦片52推至与井壁接触即可实现卡设固定。且卡瓦5的数量可根据固定强度进行任意设置，在此不做特别限定。

本实施例中，卡瓦5能够在坐封器内部同轴设置的中心轴3的驱动下径向延伸出坐封器的外壳1的侧表面，且当中心轴3被固定时，卡瓦片52位于外壳1外部，即卡瓦5的移动是由中心轴3进行提供的，由图7可以看到，中心轴3表面轴向设置有多组齿条32，齿条32的数量与卡瓦5一一对应，中心轴3在下行过程中可带动卡瓦5移动，中心轴3下行的动力来源可以是经图1中斜面穿过中外壳1伸入坐封器内部与中心轴3接触的管状，此类伸入坐封器的管柱属于现有技术，在此不再赘述，中心轴3推动卡瓦5移动的具体结构如下：

参照图2、图5、图6、图8，中心轴3与卡瓦5之间是通过传动齿轮4进行连接的，其中，传动齿轮4包括齿轮41、传动轮42和连接轴43，齿轮41经坐封器内部设置的齿轮支杆7支撑，齿轮41与齿条32啮合，能够经齿条32带动绕轴自转，齿轮41轴处处设置有连杆与多组传动轮42连接，传动轮42之间通过连接轴43侧面并排连接，相邻传动轮42之间的轴心不重合，使得所有传动轮42的转轴平行于齿轮41的转轴，且传动轮42能够与卡瓦5接触并驱动卡瓦5移动，当中心轴3被外部管柱推动下行时，齿轮41将被带动转动，进一步将转动传递至传动轮42上，本实施中，卡瓦身51的运动方向垂直于传动轮42的转动轴；显然，卡瓦支座6与卡瓦5之间之间采用滑槽配合，该配合的滑槽方向也应当与传动轮42的转动轴垂直，使得卡瓦5能够在卡瓦支座6上顺利移动，传动轮42转动时带动卡瓦5整体移动至外壳1外部与井筒壁接触，由此可实现中心轴3移动推动卡瓦5向外移动的功能。

此外，此处相邻的传动轮42之间采用的是偏心连接结构，在转动过程中是不同的传动轮42先后与卡瓦5接触，即由不同的传动轮42轮流推动卡瓦5移动，相较于常规的同轴齿轮并排设计，此处的偏心连接结构在传动过程中即便出现某一传动轮42被卡的状态，也不会对下一次其他传动轮42的继续传动造成影响，大大降低了超深井工作过程中因为传动装置被卡而导致的无法顺利打开卡瓦5的关键问题，提高了装置的鲁棒性。

在一些实施方式中，卡瓦身51上设置有数量与传动轮42对应传动槽53，传动轮42能够与传动槽53接触推动卡瓦身51和卡瓦片52沿垂直与传动轮42转轴所在平面的方向移动，且所有传动轮42不会同时与传动槽53接触，传动槽53能够增加卡瓦身51与传动轮42的接触效果，避免打滑等现象出现，使得卡瓦5能够被中心轴3紧密地卡设在于井筒壁接触的位置上，确保坐封器整体的固定效果。

在一些实施例当中，卡瓦片52的凸面上还间隔设置有多组固定齿54，制造粗糙表面以提高卡瓦5与井筒中间的接触效果。

由上可以看到，中心轴3通过下行将卡瓦5卡在井筒上，为保证卡瓦5的卡设状态稳定，中心轴3需要有相应的结构进行锁止，使得坐封器整体能够保持卡设状态，因此中心轴3下方设置了按压板10进行支撑，具体结构如图3所示：

中心轴3设置在按压板10上方并由按压板10支撑，按压板10受下方的稳定座8支撑且能够上下移动，使得中心轴3能够与按压板10同步上下移动；调节板9设置在按压板10下方，当中心轴3推动按压板10向下运动时，按压板10能够推动调节板9向上运动，并允许锁块13与中心轴3表面的锁槽31配合，固定中心轴3的位置，该结构的基本作用为中心轴3下行至将卡瓦5推至与井筒接触的位置后，挤压按压板10，由按压板10启动相应的结构对中心轴3进行锁止，相应结构的具体组成如下：

参见图3，本实施例中，稳定座8上设置有升降座81，升降座81内置有能够水平移动的升降部件11，按压板10上下移动时能够推动升降部件11水平移动，水平移动的升降部件11能够带动调节板9上下移动，调节板9包括调节撑杆91、调节撑板92，调节撑杆91设置在调节板9中部，调节撑板92环绕调节撑杆91设置在调节板9上，且调节撑杆91穿过升降座81卡设在升降座81顶面上，调节撑杆91还通过支撑弹簧14支撑按压板10，升降部件11至少设置有部分倾斜段穿过调节撑杆91，使得升降部件11在水平移动时，调节撑杆91能够沿倾斜段上下移动，同时带动调节撑板92同步移动；

升降部件11的作用是将中心轴3所提供的下压力转化为驱动调节板9整体上行的动力，因此，结合图9可以看到，升降部件11具有一个类似大写英文字母“N”的结构，当其水平移动时，穿行在“N”中部倾斜部分的杆体具有被倾斜部分带动的趋势，在本实施例中，被“N”中部倾斜部分穿行的结构为调节板9上的调节撑杆91，可以看到，调节撑杆91被升降座81卡住，无法向下移动，同时也无法水平移动，因此当“N”型结构的升降部件11水平移动时，调节撑杆91只存在被“N”型结构的倾斜段抬升的位移空间，本实施例中，当中心轴3由基础位置下行至使得卡瓦5与井筒接触固定的位置时，调节撑杆91将被升降部件11抬起，并使得调节板9整体被抬至相应的位置，释放出锁块13将中心轴3的位置卡死固定。

而在图3、图9中可以看到，升降部件11的水平运动是由按压板10的挤压作用产生的——即按压板10下行挤压升降部件11水平移动，将调节撑杆91与升降部件11的接触点由“N”型结构的倾斜段的低位提升至高位，使得调节撑杆91相应地被“N”型结构的倾斜段举起，实现下压按压板10，抬起调节撑杆91的作用，在本实施例中，升降部件11所具有的“N”型结构的两侧竖直段还有部分倾斜面，按压板10上也带有部分倾斜面与“N”型结构的两侧竖直段上的倾斜面匹配，可以有效提高按压板10对升降部件11的挤压效果。

支撑弹簧14的作用是在自然状态下支撑按压板10，避免其因自重自行向下移动，显然，支撑弹簧14的支撑力需要大于按压板10与中心轴3的重量之和，且升降部件11也需要在仅仅支撑按压板10和中心轴3时保持位置不变。

当调节板9整体随着按压板10的下行而被上提时，调节板9上环绕调节撑杆91设置的调节撑板92也将同步移动，由图3可以看到，调节撑板92需要穿过升降座81，其可以是如同圆筒壁的连续环绕，也可以是多个调节撑板92间隔分布的设置的，无论其为哪种结构，在中心轴3进入被固定位置之前，调节撑板92均会对锁块13产生阻挡作用，避免其提前与中心轴3接触，妨碍中心轴3下行；

调节撑板92上还设置有连接孔93，当中心轴3运动至待固定位置时，连接孔93将随调节板9同步上行，移动至锁块13处，恰好允许锁块13穿过连接孔93，从而实现与锁槽31的配合，将中心轴3的位置固定住，此时卡瓦5正在与与井筒紧密接触，外壳1内部的结构通过此处的步骤完成固定之后，最终使得坐封器整体被牢固固定在井筒内部，便于侧钻造斜的顺利进行。

在一些实施方式中，外壳1内侧壁上还设置有能够允许中心轴3顺利通过的卡扣圈12，锁块13能够在卡扣圈12上水平移动，卡扣圈12的中部孔径大于中心轴3直径最大处，从而允许中心轴3下行，而卡扣圈12的主要作用为对锁块13支撑的同时，允许其在卡扣圈12上移动，因此锁块13与卡扣圈12之间的结构可采用类似前述卡瓦5与卡瓦支座6之间的滑槽配合结构进行连接。

当中心轴3进入待固定位置时，锁块13需要能够向锁槽31移动并与之配合定位，因此，锁块13的移动方式包括但不限于电机支撑驱动、电机滑槽驱动、磁性吸附驱动、行车驱动，而本实施例中采用的是磁性吸附驱动，即锁块13和锁槽31均为磁性材料，通过磁性吸附作用使得锁块13向锁槽31移动而将中心轴的位置锁止，其磁体种类包括但不限于天然磁体、电磁体，可降低设备的复杂程度，提高设备的鲁棒性。

综上，本发明的具体工作过程为：

将坐封器整体按照图1的状态送至井筒的预定位置中，使用管柱由斜面的通孔处穿入坐封器内部并与中心轴3接触，按压中心轴3使其下行，中心轴3的下行一方面推动卡瓦5向外壳1外部移动，直至与井筒壁接触卡死；另一方面，也将中心轴3下方的按压板10下压，由按压板10挤压升降部件11，进一步将调节撑杆91向上挤起，调节撑杆91上行后，带动调节撑板92和连接孔93与调节撑杆91同步上行，且卡瓦51与井筒壁接触卡死时中心轴3所在的位置正好使得锁块13穿过连接孔93与中心轴3上的锁槽31配合卡死，由此实现了对整个坐封器的设置，之后可撤去管柱等预固定设备，将坐封器投入使用。

值得注意的是，坐封器可通过更换具有不同卡瓦身51尺寸的卡瓦5来适应不同规格的井筒，同时可根据固定的强度来设置卡瓦5的数量，由于本发明中锁块与中心轴之间的连接使用磁力吸附固定，进一步降低了该工具内部结构的复杂性，可以容纳数量更多的卡瓦，相较于现有同类设备打开方式更加稳定且流程，因此坐封力增大，从而降低了开窗侧钻用坐封器在开窗侧钻过程中发生滑移风险。

在本发明的描述中，需指出的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本发明的限制。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。