防卡液压水力锚

技术领域

本发明涉及井下工具技术领域，尤其涉及防卡液压水力锚。

背景技术

一些已知的高温高压酸性气藏具有储层易漏、富含腐蚀性流体、低含H2S及酸压施工难度高的特点。在酸压、生产、管柱作业施工过程中，常规防卡液压水力锚存在防卡液压水力锚易泄露、锚爪易损坏、锚定效果差、后期解锚困难等情况。

常规防卡液压水力锚采用的锚爪结构，动密封组件多达6-12组，导致泄漏风险点多。而且，受O型圈结构限制，导致密封组件薄弱。此外，常规防卡液压水力锚的解锚形式单一，锚爪解锚难度大，一旦锚爪卡死则无法回收，导致封隔器无法解封。

综上所述，传统的防卡液压水力锚无法满足酸化解堵、酸压改造工艺的施工要求。因此，适用于超高温超高压酸性油气田的防卡液压水力锚应当具备以下特性：(1)在高温、高压环境下，具有较高的密封可靠性；(2)锚定力强，对套管损伤小；(3)一次入井能够多次重复实现锚定功能；(4)易解除锚定。

发明内容

本发明旨在提供一种至少能解决上述部分技术问题的防卡液压水力锚。

根据本发明的实施例，提供了一种防卡液压水力锚，包括中心管，防卡液压水力锚还包括：锚定机构，包括在中心管的径向上可移动以进行锚定或解除锚定的卡瓦；用于驱动卡瓦进行锚定的液压致动机构；用于向液压致动机构施加使其离开卡瓦的力的第一解锚机构；和用于解除中心管相对于锚定机构的锁定状态以允许中心管相对于锚定机构轴向运动的第二解锚机构。

根据本发明提供的防卡液压水力锚，能够应用于超高温、超高压、超深井的开发。该防卡液压水力锚具备两种解锚方式，方便选择，能够有效解决防卡液压水力锚锚爪卡死、解锚困难的问题，提高了解除锚定的成功率。

在一些实施例中，卡瓦的朝向中心管的一侧形成有相对布置的两个斜面；液压致动机构包括：用于在中心管的轴向上运动以驱动卡瓦的第一椎体，第一椎体具有与两个斜面中的一个斜面适配的锥面；和与第一椎体相对布置的第二椎体，第二椎体具有与两个斜面中的另一个斜面适配的锥面。

本发明涉及的卡瓦为双向卡瓦，尤其是片状双向卡瓦。这种双向卡瓦锚定力较强，且对套管的损伤较小。双向卡瓦与液压驱动机构的两个椎体配合所实现的双向锚定可以承受防卡液压水力锚管柱的轴向拉伸和轴向压缩，具有较好的强度和锚定稳定性。

在一些实施例中，液压致动机构包括：连接至中心管的液压缸，液压缸的内腔与中心管的内部油路流体连通；连接至第一椎体的活塞杆；和用于保持活塞杆相对于液压缸静止的第一临时锁定件，第一临时锁定件可被破坏以允许活塞杆在中心管的轴向上运动。

通过液压致动机构可实现防卡液压水力锚的液压自动锚定，结构简单易实施。第一临时锁定件可在防卡液压水力锚尚未投入使用或已投入使用但未进行到锚定步骤时，确保活塞杆不会意外运动导致推出卡瓦，保持卡瓦处于收回状态，以保证防卡液压水力锚表面的平整性和下放的顺畅。当需要锚定时，第一临时锁定件可被破坏，例如通过外力使其断开，以使活塞杆能够运动以驱动卡瓦伸出并锚定。

在一些实施例中，第一临时锁定件为将活塞杆连接至中心管的剪切销钉。剪切销钉可在所受外力达到设定值或阈值时断开，从而允许活塞杆运动。

在一些实施例中，第一解锚机构包括：连接至液压缸的弹簧套；和夹在弹簧套与活塞杆之间的复位弹簧。

液压致动机构内压力泄掉之后，复位弹簧可驱使活塞杆向液压缸内回缩复位。通过复位弹簧可以实现卡瓦的泄压自动复位解锚。液压自动锚定和泄压自动复位解锚相结合，使得卡瓦可多次实现自动锚定-解锚动作，确保防卡液压水力锚能够多次循环使用且实现多次有效锚定。

在一些实施例中，第二解锚机构包括：连接至中心管并具有弹性棘爪的套筒；嵌设在套筒中的临时保持套；用于连接弹性棘爪与临时保持套的第二临时锁定件；其中，弹性棘爪被夹在第二椎体与临时保持套之间，且弹性棘爪与第二椎体之间形成在中心管的轴向上的止挡配合，第二临时锁定件可被破坏以允许弹性棘爪脱离临时保持套和第二椎体。

除了泄压自动复位解锚之外，本发明提供了另外一种外力(例如投球打压)强制解锚方式。借助于第二临时锁定件和轴向止挡配合，套筒连同弹性棘爪被第二椎体和临时保持套轴向锁定，进而中心管被轴向锁定。一旦第二临时锁定件被破坏，例如通过外力被断开，弹性棘爪由于弹性形变可解除与第二椎体的轴向止挡配合，从而脱离第二椎体和临时保持套，中心管被解除轴向锁定。此时可以拉动中心管以带动液压致动机构脱离卡瓦，允许卡瓦收回，实现防卡液压水力锚的解除锚定。

本发明所提供的两种解锚方式可以根据需要选择，使解锚方式更为灵活，扩大了防卡液压水力锚适用范围，也提高了解锚成功率。

在一些实施例中，第二临时锁定件为将弹性棘爪固定至临时保持套的剪切销钉。剪切销钉可在所受外力达到设定值或阈值时断开，从而允许临时保持套相对于弹性棘爪运动。

在一些实施例中，临时保持套的靠近中心管的一端具有用于容置投入临时保持套内的球体的锥形球座。通过向临时保持套的球座中投入球体并持续向球体施压，可以破坏第二临时锁定件，使临时保持套与弹性棘爪脱开。这种投球打压解锚方式，结构简单易实施，可确保解锚顺利进行。

在一些实施例中，临时保持套的外壁形成有止挡面；防卡液压水力锚包括套在第二椎体上并抵紧第二椎体的下接头，下接头的内壁具有能够与止挡面形成在所述中心管的轴向上的止挡配合的止挡台阶。临时保持套脱离弹性棘爪后在中心管的轴向上移动并远离中心管。在接触止挡台阶时，由于止挡面与止挡台阶之间的轴向止挡作用，临时保持套停止运动。这样可以防止临时保持套从防卡液压水力锚中脱出，可收回循环使用。

在一些实施例中，防卡液压水力锚包括套在中心管上的上接头，上接头与液压致动机构之间设有垫圈；其中，上接头与中心管之间、液压致动机构与中心管之间、套筒与中心管之间、套筒与第二椎体之间、第二椎体与下接头之间以及下接头与临时保持套之间分别设有密封圈。

这些密封圈与垫圈沿中心管的轴向排列。通过垫圈与密封圈的组合密封，保证了密封的可靠性。防卡液压水力锚轴向空间较大，多种密封方式相结合可实现较好的密封效果。

本发明的优选特征部分在下文描述，部分可通过阅读本文而明白。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本公开的实施例，其中：

图1是根据本发明实施例的防卡液压水力锚的轴向剖视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明白，下面结合具体实施方式和附图，对本发明做详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图1示出了根据本发明实施例的防卡液压水力锚的轴向剖视图。如图所示，防卡液压水力锚1包括中心管4、位于中心管4的相对两端的上接头2和下接头9、可实现防卡液压水力锚1锚定或解除锚定的锚定机构7、用于驱动锚定机构7进行锚定的液压致动机构5和用于使液压致动机构5离开锚定机构7以实现防卡液压水力锚1解除锚定的第一解锚机构6和第二解锚机构8。

上接头2套在中心管4的第一端处。优选地，上接头2与中心管4之间抵压有密封圈22。上接头2还设有泄压口。

液压致动机构5设置在中心管4上。在所示出的实施例中，液压致动机构5包括套在中心管4上的液压缸51和适配液压缸51的活塞杆52。液压缸51例如可以是缸套的形式，其套在中心管4上且内壁与中心管4的外壁围成了液压缸51的内腔。液压缸51的内腔通过形成在中心管4上的进液孔与中心管4的内部油路流体连通。优选地，在液压缸51与中心管4之间抵压有密封圈511。活塞杆52的第一端位于液压缸51的内腔中，与第一端相对的第二端伸出液压缸51。活塞杆52通过第一临时锁定件56固定在中心管4上。优选地，活塞杆52与中心管4之间设有密封圈522。当第一临时锁定件56被破坏时，活塞杆52能够相对于液压缸51在中心管4的轴向上运动。第一临时锁定件56例如可以是剪切销钉，当收到外力达到设定值或阈值时，剪切销钉可被剪断。优选地，第一临时锁定件56可以是1-10个，它们在中心管4的周向上间隔布置。破坏第一临时锁定件56的方式例如可以是将剪切销钉剪断或断开。优选地，活塞杆42与液压缸51之间抵压有密封圈521。活塞杆52的伸出液压缸51的第二端例如通过螺纹连接有第一椎体53，而在中心管4外与第一椎体53相对地设有第二椎体54。第一椎体53和第二椎体54的背向中心管4的一侧各自形成有锥面，且第一椎体53的锥面与第二椎体54的锥面之间的距离沿远离中心管4的方向逐渐增加。在一些实施例中，在上接头2与液压致动机构5之间抵压有垫圈21，例如橡胶垫圈。

在一些实施例中，在上接头2外套设有压帽3，该压帽3例如通过剪切销钉31连接至上接头2或中心管4。压帽3可以与液压缸51螺纹连接并将垫圈21抵压在中心管4的外壁上。

锚定机构7设置在液压致动机构5的第一椎体53与第二椎体54之间。如图所示，锚定机构7包括在第一椎体53与第二椎体54之间的卡瓦71、覆盖卡瓦71并与第一椎体53连接的卡瓦套72和夹在卡瓦套72与卡瓦71之间的复位弹簧73。卡瓦71的朝向中心管4的一侧形成有相对设置的两个斜面，其中第一个斜面的倾斜状态与第一椎体53的锥面的倾斜状态一致，第二个斜面的倾斜状态与第二椎体54的锥面的倾斜状态一致，使得第一椎体53能够楔入第一个斜面与中心管4之间，而第二椎体54能够楔入第二个斜面与中心管4之间。当第一临时锁定件56被破坏使得第一椎体53能够在活塞杆52的带动下向靠近卡瓦71的方向运动时，由于两个斜面的存在，卡瓦71能够被第一椎体53和第二椎体54托起，在中心管4的径向上运动并远离中心管4，从而可经卡瓦套72上的开口伸出以实现锚定。卡瓦71的可伸出端设有加强锚定的结构，例如瓦楞结构。卡瓦套72例如可以通过固定销钉74连接至第一椎体53。复位弹簧73用于在解锚时驱动卡瓦71在中心管4的径向上运动并靠近中心管4，从而收回到卡瓦套72内衣实现解除锚定。

第一解锚机构6连接至液压驱动机构5，用于驱使活塞杆52向远离锚定机构7的方向运动，以允许锚定机构7解锚。在所示出的实施例中，第一解锚机构6包括例如通过螺纹连接至液压缸51的弹簧套61和夹在弹簧套61与活塞杆52之间的复位弹簧62。活塞杆52在中心管4的轴向上的运动方向取决于复位弹簧62施加到活塞杆52的弹簧力与液压缸51内的液压油施加到活塞杆52的压力之间的对比。油压增大使得液压缸内的压力大于弹簧力时，活塞杆52连同第一椎体53向靠近卡瓦71的方向伸出，使卡瓦71从卡瓦套72伸出锚定。卸除油压使得液压缸内的压力小于弹簧力时，活塞杆52连同第一椎体53被复位弹簧62推动远离卡瓦71，以允许卡瓦71收回并解锚。解压致动机构5与第一解锚机构7相配合，可以实现锚定机构7的液压自动锚定和泄压自动解锚。

在一些未示出的实施例中，可以将液压缸设置为双向液压缸，即在液压缸内设有将液压缸的内腔隔离成两个腔室的活塞，两个腔室之间流体不连通。用于带动第一椎体的活塞杆连接至活塞。通过两个腔室内油压的不同，可以推动活塞杆伸出或缩回，从而将卡瓦退出或允许卡瓦收回。这种方式将液压致动机构与第一解锚机构集成在一起，同样可以实现液压自动锚定和泄压自动复位解锚。

除了泄压自动复位解锚的第一解锚机构6，在所示出的实施例中，防卡液压水力锚1还设有外力强制解锚的第二解锚机构8。如图所示，第二解锚机构8的套筒81例如通过螺纹套设在中心管4的第二端处。套筒81可以整体是具有弹性的并在远离中心管4的一端设有弹性棘爪811。或者，套筒81可以是部分较为刚性(或者说不能弹性形变的)并在远离中心管4的一端设有弹性棘爪811。优选地，在套筒81与中心管4之间抵压有密封圈812。临时保持套82嵌设在套筒81内。在一些实施例中，套筒81的内壁形成有径向凸起813，中心管4与临时保持套82分别在径向凸起813的相对两抵靠径向凸起813。临时保持套82的内腔中设有用于容纳投入的球体的锥形球座。锥形球座例如设在临时保持套82的靠近中心管4的一端。在临时保持套82的大概中部位置设有密封槽。临时保持套82的远离中心管4的端部设有用于排出杂屑的槽，例如腰型槽。弹性棘爪811与临时保持套82通过第二临时锁定件83连接在一起。第二临时锁定件83可根据需要而被破坏，以使弹性棘爪811能够与临时保持套82脱离。第二临时锁定件83例如可以是剪切销钉。当施加的外力达到预设值或阈值时，剪切销钉可被剪断。

当第二临时锁定件83未被破坏时，弹性棘爪811被夹在第二椎体54与临时保持套82之间，且弹性棘爪811与第二椎体54之间形成在中心管4轴向上的止挡配合。例如，弹性棘爪811的一部分向远离中心管4的方向凸起形成止挡凸台814，从而使弹性棘爪811构成L形，第二椎体54的端部靠在止挡凸台814处并与止挡凸台814形成轴向止挡配合。优选地，套筒81与第二椎体54之间抵压有密封圈815。在一些实施例中，弹性棘爪811的端部可设有铣槽。

下接头9靠近中心管4的第二端套在第二椎体54和临时保持套82上。下接头9通过紧定销钉91顶紧第二椎体54。优选地，下接头9与第二椎体54之间抵压有密封圈92。优选地，下接头9与临时保持套82之间抵压有密封圈93。进一步优选地，下接头9与临时保持套82之间的密封圈93可以有多个，例如有4个。下接头9可以设有泄压孔。

下面结合附图1对本发明的防卡液压水力锚1的工作原理进行详细描述。

在下放防卡液压水力锚1管柱的过程中，第一临时锁定件56和第二临时锁定件83各自保持完好并发挥锁定作用。在第一临时锁定件56的固定作用下，双向卡瓦71处于收回状态。封隔器坐封过程中，在油套正压差(油压大于套压)作用下，高压流体(例如液压油)进入液压缸51的内腔中。随着油压逐渐增加，当达到设定值或阈值时，构造成剪切销钉的第一临时锁定件56被剪断，推动活塞杆52在中心管4的轴向上运动并从液压缸51逐渐伸出。活塞杆52在压缩复位弹簧62的同时，会带动第一椎体53靠近卡瓦71，进而推动卡瓦71在中心管4的径向上运动并从卡瓦套72伸出，此时卡瓦71撑开镶嵌在套管上，以实现锚定。随着油压的增大，防卡液压水力锚1的锚定力也相应增加。当压力达到整个防卡液压水力锚1的管柱所需压力时，防卡液压水力锚座封完成，并开始有效锚定即进入工作状态。

待施工完毕后，将液压缸51内压力泄掉，复位弹簧62推动活塞杆52和第一椎体53向远离卡瓦71的方向运动并复位，同时卡瓦71由于复位弹簧73的作用而在中心管4的径向上运动并收回到卡瓦套72中，以实现解除锚定。

当液压缸51内油压与复位弹簧62的压力相平衡导致无法通过泄压解锚时，或者基于操作者的选择，可以通过第二解锚机构8实现外力强制解锚。具体来说，向临时保持套82的球座投入球体(例如钢球)。球体落入球座之后，继续打压，直到将构造为剪切销钉的第二临时锁定件83剪断。临时保持套82沿中心管4的轴向运动并远离中心管4，直到临时保持套82外壁形成的止挡面与下接头9内壁形成的止挡台阶接合，临时保持套82停止运动。此时，下接头9的泄压孔与中心管4的内部油路连通，可实现循环冲洗卡瓦71处的杂质，确保顺利解锚。优选地，临时保持套82的止挡面为斜面，而下接头9的止挡台阶也具有斜置的止挡面。

上提防卡液压水力锚1的管柱，中心管4通过螺纹连接带动套筒81连同弹性棘爪811。弹性棘爪811受到上提拉力，止挡凸台814部分弹性变型，越过第二椎体64的端部之后上行。此时，上接头2可以通过中心管4带动液压缸51连同活塞杆52，使得第一椎体53能够向远离卡瓦71的方向运动，以放开卡瓦71。卡瓦71的回缩空间被让出，在复位弹簧73的作用下，卡瓦71收回至卡瓦套72内，完成防卡液压水力锚1的强制解锚。

在防卡液压水力锚1工作过程中，在各零件的结合处设置的密封圈可保证防卡液压水力锚1在高温高压下的密封性，保持各部件正常工作。

本发明提供的防卡液压水力锚可实现以下技术效果：

(1)密封圈与垫圈组合密封，保证了高温高压工作环境下的密封可靠性。防卡液压水力锚轴向空间大，密封方式多，密封效果好。

(2)片状双向卡瓦，结构简单易实施，且锚定力强、对套管的损伤小。双向锚定可以承受防卡液压水力锚管柱的拉伸和压缩。

(3)采用液压活塞+复位弹簧结构，可以多次实现锚定—解锚动作，确保防卡液压水力锚能够多次有效锚定。

(4)液压座封，使用范围广，不受井斜限制。

(5)同时具备泄压自动复位解锚和外力强制解锚(投球打压解锚)两种解锚方式，方便选择，提高了解锚的成功率和可靠性。

本发明的防卡液压水力锚可以克服常规防卡液压水力锚在超高温超高压酸性油气田应用时容易发生密封泄露、锚爪卡死难以解锚等难题，其具有密封可靠、可重复锚定、多种解锚方式保障可靠性等优点，适用于超高温超高压酸性油气田。

在本文中，针对本发明的多个实施例进行了描述，但为简明起见，各实施例的描述并不是详尽的，各个实施例之间相同相似的特征或部分可能会被省略。在本文中，各实施例的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其变体意在涵盖式，而非穷尽式，从而包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备可包括这些要素，而不排除还可包括没有明确列出的其他要素。

已参考上述实施例具体示出并描述了本发明的示例性系统及方法，其仅为实施本系统及方法的最佳模式的示例。本领域的技术人员可以理解的是可以在实施本系统及/或方法时对这里描述的系统及方法的实施例做各种改变而不脱离界定在所附权利要求中的本发明的精神及范围。所附权利要求意在界定本系统及方法的范围，故落入这些权利要求中及与其等同的系统及方法可被涵盖。对本系统及方法的以上描述应被理解为包括这里描述的全部的新的及非显而易见的元素的结合，而本申请或后续申请中可存在涉及任何新的及非显而易见的元素的结合的权利要求。此外，上述实施例是示例性的，对于在本申请或后续申请中可以要求保护的全部可能特征及元素组合中，没有一个单一特征或元素是必不可少的。