一种预应力多级地锚及其使用方法技术

本发明专利技术涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种预应力多级地锚及其使用方法，预应力多级地锚包括轴向连接并可相对旋转的第一锚体和第二锚体；所述第一锚体包括顶端开口的壳体，所述壳体内设有滑筒和与所述滑筒铰接的第一锚爪机构，所述滑筒可轴向滑动并推动所述第一锚爪机构径向锚定；所述壳体底部设有第一连接座；所述第二锚体包括第二连接座、驱动机构、第二锚爪机构和固定底座，所述驱动机构一端可旋转连接所述第二连接座，另一端连接所述第一连接座，所述驱动机构通过旋转驱动所述第二锚爪机构径向锚定，所述固定底座底部设有可锚入地面的尖刺部。本发明专利技术提供的预应力多级地锚，锚定更加稳固，固井泥浆过流量大，填充效率高，预应力提拉更充分。应力提拉更充分。应力提拉更充分。

【技术实现步骤摘要】
一种预应力多级地锚及其使用方法


[0001]本专利技术涉及石油开采
，尤其涉及一种预应力多级地锚及其使用方法。

技术介绍

[0002]稠油（重质原油）是指在原始油藏温度下脱气原油粘度为100～10000mPas或者在15.6℃及大气压条件下密度为0.9340～1.0000g/cm3，由于稠油粘度高，因此通常采用注入300℃以上的高温蒸汽的方法进行热采，从而提高稠油井的产量。由于高温蒸汽的影响，井内套管会伸长变形，套管上窜冒出井口，使套管和井壁之间的水泥环受到破坏，严重影响油井的生产寿命。为了解决上述问题，国内外稠油热采普遍采用预应力固井，预应力固井就是给套管施加一定强度的拉应力，使套管在此状态下被水泥凝结，当温度升高时，就可抵消一部分套管受热产生的压应力，从而提高套管的耐温极限，减缓或避免注蒸汽造成的套管破坏。
[0003]进行预应力固井时，通常使用地锚事先将管串组件固定于井眼中，地锚安装在管串组件的最下部，固井后通过碰压使锚爪张开，锚定地层，实现提拉的目的。预应力固井技术是国内外稠油开采普遍采用的技术。目前，在预应力固井的过程中，地锚作为固井工具，其工作状态对预应力固井的质量具有一定的影响，当地锚不能牢固地锚定于井壁内时，会影响套管在井内的固定牢固度，一旦套管不能牢固的安装于井内，会降低固井的质量，降低预应力固井的成功率，从而提高了套管损失的风险。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种预应力多级地锚，包括轴向连接并可相对旋转的第一锚体和第二锚体；所述第一锚体包括顶端开口的壳体，所述壳体内设有两端开口的滑筒和与所述滑筒铰接的第一锚爪机构，所述滑筒可轴向滑动并推动所述第一锚爪机构径向锚定；所述壳体底部设有第一连接座；所述第二锚体包括第二连接座、驱动机构、第二锚爪机构和固定底座，所述驱动机构一端可旋转连接所述第二连接座，另一端连接所述第一连接座，所述驱动机构通过旋转驱动所述第二锚爪机构径向锚定，所述固定底座底部设有可锚入地面的尖刺部。
[0005]第一锚体和第二锚体连接后下入井眼时，固定底座上的尖刺部刺入井底，对第二锚体进行预固定，防止其滑转。旋转第一锚体，第一锚体相对于第二锚体旋转，带动与其相连的驱动机构旋转，驱动机构驱动第二锚爪机构径向锚定井壁，完成一阶锚定。使用工具对滑筒进行碰压，使滑筒下滑并推动第一锚爪机构径向锚定井壁，完成二级锚定。
[0006]本专利技术中的预应力多级地锚可以应用于普通垂直井中，但是优选用于如下结构的井眼中，井眼包括第一竖直段和第二竖直段，第一竖直段的直径小于第二竖直段的直径，两者形成了一个肩部结构，当预应力多级地锚下入井眼后，第二锚体位于第二竖直段内，当第二锚体的第二锚爪机构径向扩张时，可锚定于第二竖直段的侧壁上，第一竖直段和第二竖
直段形成的肩部结构增强了第二锚体的锚定效果。第一锚体位于第一竖直段内，当第一锚体的第一锚爪机构径向扩张时，锚定于第一竖直段的侧壁上，由于第一竖直段与第一锚体之间的环形空间较小，因此第一锚爪机构可以更加充分的锚定于第一竖直段的侧壁。在第一锚体和第二锚体以及肩部结构的共同作用下，实现更加稳固的锚定效果。
[0007]优选的，所述壳体的侧壁径向设有供所述第一锚爪机构通过的第一通孔，开口端设有套管连接部，所述套管连接部下方设有供所述滑筒轴向滑动的定位盘，所述定位盘轴向圆周设有第二通孔，中心处设有供所述滑筒滑动通过的第一定位孔；所述第一连接座的上端面设有与所述第一锚爪机构铰接的第一铰接座以及弹性件，下端面中心处设有螺纹连接部；所述弹性件包括轴向连接的支撑杆和弹簧，所述弹性件的上端面连接所述滑筒的下端面；所述滑筒包括滑筒本体和第二铰接座；所述第一锚爪机构一端铰接所述滑筒，另一端铰接所述第一连接座。
[0008]优选的，所述第一锚爪机构包括连杆和第一锚爪，所述第一锚爪包括与所述第一连接座的上端面铰接的第一铰接端和与所述连杆一端铰接的第二铰接端，所述连杆的另一端铰接所述第二铰接座。
[0009]优选的，所述第一定位孔包括轴向连通的第一锁定孔和第二锁定孔；所述滑筒本体侧壁交错设有轴向延伸的第三通孔；所述第一锁定孔的直径与所述滑筒本体的外直径一致且小于所述第二锁定孔的直径，所述滑筒本体可在机械力的作用下径向扩张并锁定于所述第二锁定孔内；初始状态下，所述滑筒本体的上端面与所述第一定位孔的上端面高度基本一致。
[0010]优选的，所述第二连接座中心处设有所述驱动机构，所述驱动机构包括旋转盘和中心轴，所述旋转盘的外侧壁设有第一轮齿，所述中心轴远离所述旋转盘一端设有与所述螺纹连接部相应的螺纹槽；所述第二连接座的中心处设有第四通孔，所述中心轴滑动穿过所述第四通孔，所述旋转盘通过剪钉临时固定于所述第二连接座的下端面。
[0011]优选的，所述第二连接座的下端面圆周设有从动机构和所述第二锚爪机构，所述驱动机构一端连接所述第一连接座，另一端通过所述从动机构驱动所述第二锚爪机构径向锚定；所述从动机构包括与所述旋转盘啮合的齿轮和第一推杆固定座，所述第二锚爪机构包括多个弧形的第二锚爪和固定于所述第二锚爪内弧面的第一推杆，所述第二锚爪径向设有多个第五通孔，所述第一推杆沿长度方向上设有第二轮齿，其远离所述第二锚爪的一端设有第一限位块，所述第一推杆滑动设于所述第一推杆固定座内并与所述齿轮啮合；初始状态下，多个所述第二锚爪围合成圆形。
[0012]优选的，所述第二连接座的下端面圆周固定设有第二限位块，所述第二限位块的下端面固定连接所述固定底座的上端面，所述旋转盘的下端面圆周等距设有径向延伸的第二推杆，所述第二推杆沿其长度方向设有第三限位块，所述第二锚爪机构包括多个新月形的第二锚爪和固定于所述第二锚爪内弧面的
第一推杆，所述第二锚爪的截面为三角形，所述第一推杆的另一端与所述第二推杆铰接，当所述驱动机构旋转时，所述第二推杆随着所述旋转盘旋转，在所述第二推杆和所述第二限位块的共同作用下，所述第二锚爪径向扩张锚定。
[0013]优选的，所述第一连接座设有密封凸缘，所述密封凸缘的下端面圆周设有第一滑槽，所述第二连接座的上端面与所述密封凸缘的下端面抵接，且设有与所述第一滑槽相应的第一滑轨，所述第一滑轨内侧设有定位环，所述定位环的上端面设有第二滑槽，所述第一连接座的下端面设有与所述定位环相应的定位槽和与所述第二滑槽相应的第二滑轨。
[0014]优选的，所述第一锚爪机构轴向设有多个，相邻两个所述第一锚爪机构通过连接件串联，所述连接件包括连接件本体，所述连接件本体的下端面设有第三铰接座，上端面设有第四铰接座。
[0015]一种预应力多级地锚的使用方法，包括以下步骤：步骤S10、开凿井眼，所述井眼包括第一竖直段和第二竖直段，所述第二竖直段的直径大于所述第一竖直段的直径；步骤S20、下入套管串，将套管、第一锚体和第二锚体连接后组成套管串，下入井眼内的预定位置；步骤S30、预固定，对套管串施压，使第二锚体的尖刺部刺入井眼底部，实现预固定；步骤S40、一阶锚定，旋转套管，第一锚体随套管旋转并带动与其相连接的驱动机构旋转，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预应力多级地锚，其特征在于，包括轴向连接并可相对旋转的第一锚体（1）和第二锚体（2）；所述第一锚体（1）包括顶端开口的壳体（11），所述壳体（11）内设有两端开口的滑筒（13）和与所述滑筒（13）铰接的第一锚爪机构（14），所述滑筒（13）可轴向滑动并推动所述第一锚爪机构（14）径向锚定；所述壳体（11）底部设有第一连接座（12）；所述第二锚体（2）包括第二连接座（21）、驱动机构（22）、第二锚爪机构（24）和固定底座（25），所述驱动机构（22）一端可旋转连接所述第二连接座（21），另一端连接所述第一连接座（12），所述驱动机构（22）通过旋转驱动所述第二锚爪机构（24）径向锚定，所述固定底座（25）底部设有可锚入地面的尖刺部（251）。2.根据权利要求1所述的一种预应力多级地锚，其特征在于，所述壳体（11）的侧壁径向设有供所述第一锚爪机构（14）通过的第一通孔（111），开口端设有套管连接部（112），所述套管连接部（112）下方设有供所述滑筒（13）轴向滑动的定位盘（113），所述定位盘（113）轴向圆周设有第二通孔（114），中心处设有供所述滑筒（13）滑动通过的第一定位孔（115）；所述第一连接座（12）的上端面设有与所述第一锚爪机构（14）铰接的第一铰接座（116）以及弹性件（117），下端面中心处设有螺纹连接部（121）；所述弹性件（117）包括轴向连接的支撑杆（1171）和弹簧（1172），所述弹性件（117）的上端面连接所述滑筒（13）的下端面；所述滑筒（13）包括滑筒本体（131）和第二铰接座（133）；所述第一锚爪机构（14）一端铰接所述滑筒（13），另一端铰接所述第一连接座（12）。3.根据权利要求2所述的一种预应力多级地锚，其特征在于，所述第一锚爪机构（14）包括连杆（141）和第一锚爪（142），所述第一锚爪（142）包括与所述第一连接座（12）的上端面铰接的第一铰接端（1421）和与所述连杆（141）一端铰接的第二铰接端（1422），所述连杆（141）的另一端铰接所述第二铰接座（133）。4.根据权利要求3所述的一种预应力多级地锚，其特征在于，所述第一定位孔（115）包括轴向连通的第一锁定孔（1151）和第二锁定孔（1152）；所述滑筒本体（131）侧壁交错设有轴向延伸的第三通孔（132）；所述第一锁定孔（1151）的直径与所述滑筒本体（131）的外直径一致且小于所述第二锁定孔（1152）的直径，所述滑筒本体（131）可在机械力的作用下径向扩张并锁定于所述第二锁定孔（1152）内；初始状态下，所述滑筒本体（131）的上端面与所述第一定位孔（115）的上端面高度基本一致。5.根据权利要求4所述的一种预应力多级地锚，其特征在于，所述第二连接座（21）中心处设有所述驱动机构（22），所述驱动机构（22）包括旋转盘（221）和中心轴（222），所述旋转盘（221）的外侧壁设有第一轮齿（2211），所述中心轴（222）远离所述旋转盘（221）一端设有与所述螺纹连接部（121）相应的螺纹槽（2221）；所述第二连接座（21）的中心处设有第四通孔（211），所述中心轴（222）滑动穿过所述第四通孔（211），所述旋转盘（221）通过剪钉（223）临时固定于所述第二连接座（21）的下端面。6.根据权利要求5所述的一种预应力多级地锚，其特征在于，所述第二连接座（21）的下端面圆周设有从动机构（23）和所述第二锚爪机构（24），所述
驱动机构（22）一端连接所述第一连接座（12），另一端通过所述从动机构（23）驱动所述第二锚爪机构（24）径向锚定；所述从动机构（23）包括与所述旋转盘（221）啮合的齿轮（231）和第一推杆固定座（232），所述第二锚爪机构（24）包括多个弧形的第二锚爪（242）和固定于所述第二锚爪（242）内弧面的第一推杆（2...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏学成，张斌，张晓磊，李振华，李佃波，张天保，
申请(专利权)人：纬达石油装备有限公司，
类型：发明
国别省市：