一種高錨定力水力錨的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本實用新型涉及一種高錨定力水力錨。
【背景技術】
[0002]油氣井試油壓裂聯作過程中通常采用帶水力錨的試油封隔器，該封隔器主要由水力錨、膠筒、中心管、扶正器及卡瓦等組成。其中，水力錨是試油封隔器實現定位功能的重要部件之一，其工作過程為:若管內壓力大于環空壓力，則水力錨活塞啟動，將水力錨卡死在套管內壁上，實現管柱的可靠錨定，防止管柱向上軸向竄動。在結構組成上，水力錨一般由錨體、壓板、固定螺釘、復位彈簧、錨爪、錨爪活塞等組成，其功用是只能承受管柱一定的軸向上頂力，不能承受管柱軸向壓力。
[0003]對于水力錨，錨爪是唯一起錨定功能的部件，其結構設計決定著水力錨錨定力的大小。而現有的水力錨錨爪在結構上設計為螺紋齒形錨爪，在現場使用過程中，發現液壓活塞力作用下螺紋齒形錨爪與套管內壁接觸，雖然液壓活塞力足夠，但螺紋齒形錨爪與套管內壁間的擠壓應力卻不足，致使水力錨無法咬入套管一定深度，達到其錨定管柱的功能，發生了數次壓裂管柱蠕動、移動的現象，嚴重影響了封隔器的密封性和井筒的安全性。對此，調研了國內外相關水力錨專利資料和文獻，分析認為基本上都是針對螺紋齒形錨爪的水力錨進行了結構設計和參數分析，但對這種水力錨錨定力大小卻沒有定量的報道，如今現場使用出現的問題表明這種螺紋齒形錨爪的水力錨在結構設計上存在一定的缺陷。
[0004]所以，針對上述螺紋齒形水力錨結構缺陷，設計了一種高錨定力水力錨，這種高錨定力水力錨在較小的液壓活塞力作用下，與套管內壁接觸可以達到百兆帕甚至數千兆帕的擠壓應力，從而承受較高的管柱軸向上頂力，以解決現有螺紋齒形水力錨錨定力不足的設計缺陷。
【實用新型內容】
[0005]為了克服現有螺紋齒形錨爪的錨定力不足、水力錨承受井下管柱軸向上頂力能力高的問題，本實用新型提供一種高錨定力水力錨，使其與套管內壁接觸區域形成數百兆帕甚至數千兆帕的擠壓應力，從而承受較高的管柱軸向上頂力，解決現有螺紋齒形錨爪水力錨錨定力不足的技術難題。
[0006]本實用新型采用的技術方案為:
[0007]一種高錨定力水力錨，包括錨體，錨體中部徑向上設置有多個通孔，每個通孔內均放置有錨爪頭，錨體中部外側固定連接有壓板，壓板位于錨爪頭頂部設有的凹槽中，錨爪頭下端設置有錨爪活塞，錨爪頭與錨爪活塞接觸連接，錨爪活塞與壓板之間通過復位雙彈簧連接。
[0008]錨體與壓板通過固定螺釘固定連接。
[0009]錨爪活塞和錨爪頭組成了錨爪;錨爪環向上有一環形密封槽，錨爪活塞的密封槽內安裝有O形密封圈。
[0010]每個錨爪頭上鑲嵌4顆硬質合金牙齒。
[0011 ]錨爪頭上鑲嵌的硬質合金牙齒爪牙楔角10.5°。
[0012]復位雙彈簧采用60Si2MrJp工制造，彈簧絲直徑2.0mm，節距5.0mm，最大工作負荷32.7kN，彈性模量 21 OOOPa。
[0013]本實用新型的有益效果為:
[0014]本實用新型在錨爪頭上設計了鑲硬質合金牙齒，可以在較小的液壓活塞力作用下，與接觸套管產生較高的擠壓應力，實現了承受較高的管柱軸向上頂力，經計算相同工作壓差作用下，在外徑139.7mm、壁厚7.7 2mm, 9.17mm、10.54mm的Pl 10套管內該水力錨錨定力最高達550kN，可以承受井內壓裂管柱550kN的軸向上頂力。
[0015]以下將結合附圖進行進一步的說明。
【附圖說明】
[0016]圖1為一種尚銷定力水力銷結構不意圖；
[0017]圖2為水力錨承受管柱最大軸向載荷與套管所受擠壓應力關系曲線圖；
[0018]圖3為貓爪頭的結構示意圖。
[0019]圖中:1、錨體;2、固定螺釘;3、復位雙彈簧;4、O形密封圈；5、壓板;6、錨爪頭;7、錨爪活塞。
【具體實施方式】
[0020]實施例1:
[0021]為了克服現有螺紋齒形錨爪的錨定力不足、水力錨承受井下管柱軸向上頂力能力高的問題，本實用新型提供如圖1、圖3所示的一種高錨定力水力錨，使其與套管內壁接觸區域形成數百兆帕甚至數千兆帕的擠壓應力，從而承受較高的管柱軸向上頂力，解決現有螺紋齒形錨爪水力錨錨定力不足的技術難題。
[0022]一種高錨定力水力錨，包括錨體I，錨體I中部徑向上設置有多個通孔，每個通孔內均放置有錨爪頭6，錨體I中部外側固定連接有壓板5，壓板5位于錨爪頭6頂部設有的凹槽中，錨爪頭6下端設置有錨爪活塞7，錨爪頭6與錨爪活塞7接觸連接，錨爪活塞7與壓板5之間通過復位雙彈簧3連接。
[0023]如圖1，本實用新型涉及的一種高錨定力水力錨的具體結構為:
[0024]包括:錨體1、固定螺釘2、復位雙彈簧3、0形密封圈4、壓板5、錨爪頭6、錨爪活塞7。其中，錨體I采用抗腐蝕材料制造，具有高的持久強度和蠕變強度，變形小，承內壓能力高；固定螺釘2用于緊固壓板5，防止壓板5被復位雙彈簧彈3力過大而彈出；復位雙彈簧3實現錨爪泄壓回收功能，采用雙彈簧反推設計，錨定可靠，彈性高;錨爪由鑲硬質合金錨爪頭6和錨爪活塞7構成，本實施例中共有六個錨爪頭6共有24顆硬質合金牙齒，保證其與套管內壁有足夠大的錨定力。
[0025]錨體I材料采用35CrMo加工制造，抗拉強度為847MPa，抗拉強度接近于屈服極限，徑向變形和軸向變形均為I O—4Hl。
[0026]本實用新型中的本體連接通過螺紋連接，以便于拆卸和保養。
[0027]本實用新型的應用方式為:
[0028]1.下試油、壓裂及注水管柱前，在地面通過油管連接好高錨定力水力錨按照設計入井到預定位置。
[0029]2.從油管內打壓，當油管內壓力大于環空壓力時，壓力差推動錨爪活塞7啟動，同時壓縮裝在錨爪活塞7內的復位雙彈簧3，復位雙彈簧3將彈力傳遞給壓板5，又反彈推動鑲硬質合金錨爪頭6伸出卡緊在套管壁上，防止管柱位移，實現可靠錨定。
[0030]3.油管泄壓，水力錨爪在彈簧力作用下收回，解封錨定，檢查解封情況，確認錨爪完全收回后，起鉆。
[0031]4.油管起出井口，將水力錨絲扣卸開，檢查錨爪活塞7內的復位雙彈簧3是否有砂子卡住，確認復位雙彈簧3完好后，保養完成后可再次下井作業。
[0032]實施例2:
[0033]基于實施例1的基礎上，本實施例中，錨體I與壓板5通過固定螺釘2固定連接。
[0034]錨爪活塞7和錨爪頭6組成了錨爪;錨爪環向上有一環形密封槽，錨爪活塞7的密封槽內安裝有O形密封圈4。
[0035]每個錨爪頭6上鑲嵌4顆硬質合金牙齒。
[0036]錨爪頭6上鑲嵌的硬質合金牙齒爪牙楔角10.5°。錨爪牙齒采用硬質合金材料經特殊加工鑲嵌而成，硬質合金錨爪牙經表面滲碳處理，處理層深度為0.5-1.0mm,其硬度高達69-82HRC，耐磨性高，可咬入Pl 10套管深度達1.45mm。
[0037]復位雙彈簧3采用60Si2Mn加工制造，彈簧絲直徑2.0mm，節距5.0mm，最大工作負荷32.7kN，彈性模量 21 OOOPa。
[0038]本實用新型提供的一種高銷定力水力銷長度450mm，最大剛體外徑114mm，最小內通徑58mm，錨爪直徑40mm，最大錨定力550kN，硬質合金牙齒數24個，爪牙楔角10.5°。
[0039]實施例3:
[0040]基于上述兩個實施例的基礎上，本實施例中為了定量獲得水力錨的高錨定力數值，解決現有螺紋齒形錨爪錨定力不足的技術難題，本實用新型設計了一種鑲硬質合金牙齒的高錨定力水力錨。
[0041 ]根據實施方式，一種高錨定力水力錨，應用于高溫高壓氣井XYl 12井試油-酸壓管柱結構中，通過2-7/8〃 X 5.5 Imm外加厚油管連接入井，坐封于外徑139.7mm、壁厚7.72mm、9.17_、10.54mm的Pl 10套管內，油管內加壓50?70MPa成功錨定管柱。
[0042]一種高錨定力水力錨承受管柱最大軸向載荷與套管所受擠壓應力關系曲線見圖
2。在鑲硬質合金爪牙不被剪斷的條件下，本實用新型承受管柱最大軸向載荷550kN，對應與之接觸的套管所受最大擠壓應力約7645MPa，見圖2中A點。這就達到了水力錨承受高錨定力的目的，防止了管柱位移。
[0043]在上述實施方式及最大軸向載荷550kN條件下，經計算該錨爪剪切應力511MPa，小于該錨爪材料最小許用應力532MPa，可見本實用新型具有良好的耐剪切性能。
[0044]一種高錨定力水力錨，應用效果良好，解決了現有螺紋齒形錨爪水力錨錨定力不足的技術難題。
【主權項】
1.一種高錨定力水力錨，其特征在于:包括錨體(I)，錨體(I)中部徑向上設置有多個通孔，每個通孔內均放置有錨爪頭(6)，錨體(I)中部外側固定連接有壓板(5)，壓板(5)位于錨爪頭(6)頂部設有的凹槽中，錨爪頭(6)下端設置有錨爪活塞(7)，錨爪頭(6)與錨爪活塞(7)接觸連接，錨爪活塞(7)與壓板(5)之間通過復位雙彈簧(3)連接。2.根據權利要求1所述的一種高錨定力水力錨，其特征在于:錨體(I)與壓板(5)通過固定螺釘(2 )固定連接。3.根據權利要求1所述的一種高錨定力水力錨，其特征在于:錨爪活塞(7)和錨爪頭(6)組成了錨爪;錨爪下端環向上有一環形密封槽，錨爪活塞(7)的密封槽內安裝有O形密封圈⑷。4.根據權利要求1所述的一種高錨定力水力錨，其特征在于:每個錨爪頭(6)上鑲嵌4顆硬質合金牙齒。5.根據權利要求4所述的一種高錨定力水力錨，其特征在于:錨爪頭(6)上鑲嵌的硬質合金牙齒爪牙楔角10.5°。6.根據權利要求1所述的一種高錨定力水力錨，其特征在于:復位雙彈簧(3)采用60Si2Mn加工制造，彈簧絲直徑2.0mm，節距5.0mm，最大工作負荷32.7kN，彈性模量21000Pa。
【專利摘要】本實用新型提供一種高錨定力水力錨，包括錨體，錨體中部徑向上設置有多個通孔，每個通孔內均放置有錨爪頭，錨體中部外側固定連接有壓板，壓板位于錨爪頭上設有的凹槽中，錨爪頭下端設置有錨爪活塞，錨爪頭與錨爪活塞接觸連接，錨爪活塞與壓板之間通過復位雙彈簧連接。錨體與壓板通過固定螺釘固定連接。錨爪活塞和錨爪頭組成了錨爪；錨爪環向上有一環形密封槽錨爪活塞的密封槽內安裝有O形密封圈。每個錨爪上鑲嵌4顆硬質合金牙齒。本實用新型具有較高的錨定力和剪切性能，防止了井下管柱蠕動，結構設計簡單，應用效果好，有效地解決了現有螺紋齒形錨爪水力錨錨定力不足的難題，提高了試油、壓裂及注水管柱施工成功率。
【IPC分類】E21B23/06
【公開號】CN205172493
【申請號】CN201520789267
【發明人】王祖文, 張冕, 仝少凱, 徐迎新, 楊紅斌, 崔會賀, 齊加德
【申請人】中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年10月14日