防卡防垢水力锚定装置设计研究

2017-07-31刘言理大港油田公司石油工程研究院天津300280

化工管理 2017年19期

刘言理(大港油田公司石油工程研究院，天津 300280)

防卡防垢水力锚定装置设计研究

刘言理(大港油田公司石油工程研究院，天津 300280)

水力锚是油气田开发中注水领域常用的在注水作业时固定管柱的装置。水力锚在注水作业工程中锚爪伸出，咬住套管内壁，起稳定管柱同时保护下部注水工具的作用，结束注水时要求锚爪能准确回位，所以水力锚工作性能的好坏对整个注水质量起着关键作用。现有的水力锚多为圆柱螺旋弹簧回位，在长时间注水作业后，会出现圆柱螺旋弹簧失效，锚爪不能回位的现象，同时注水井多为老井，地层出砂严重且伴有死油污垢，这些都极易在锚爪和锚体之间堆积，造成锚爪底部堵卡不能回位，使水力锚失效最终影响注水质量。

防卡；防垢；水力锚定；设计

针对油田注水作业中存在的水力锚锚爪在长时间作业后不能回位，以及作业过程中的砂子、污垢和死油等造成锚爪底部堵卡使水力锚失效的问题，提出来一种将蝶形弹簧组合使用增加回位弹力，并在水力锚内部设计过滤装置的新思路，确保注水作业成功率100%。本发明可以用于水平井、大斜度井和直井。当前常用水力锚装置由锚爪、锚体、压板、圆柱螺旋弹簧、螺钉等组成，工作时依靠液体压力推动锚爪向外运动，咬住套管内壁。卸掉压力后靠圆柱螺旋弹簧使锚爪收缩回位。该类水力锚主要存在以下不足：一是该类用的是圆柱螺旋弹簧，水力锚在长时间注水作业后，圆柱螺旋弹簧极易失效，最终使锚爪不能回位，造成大修，增加作业成本。二是该类水力锚没有过滤装置，作业过程中的砂子、污垢和死油等极易附着沉积在锚爪和锚体之间，造成锚爪底部堵卡不能回位，使水力锚失效。因此随着分注技术的不断发展，急需一种能实现锚爪准确回位且具备防卡防垢功能的水力锚装置。

1 防卡防垢水力锚定装置特点

本次设计的防卡防垢水力锚定装置，主要有以下特点：

本发明注水防卡防垢水力锚，将传统的圆柱螺旋弹簧回位设计成蝶形弹簧组合使用，增加回位弹力，增大了弹簧单位体积的变形能，并在水力锚内部设计了过滤装置，注水施工作业过程中的砂子、污垢和死油等不能沉积在锚爪和锚体之间，从而使是水力锚有效工作。在长时间注水作业后，水力锚锚爪依然能够准确回位，实现解卡，从而保证注水质量。

2 防卡防垢水力锚定装置结构分析

防卡防垢水力锚定装置结构主要如图1所示，主要由：锚体1、中心管2、压板3、固定螺钉4、蝶形弹簧5、锚爪6、O型密封圈7、过滤网8组成。

锚体1最上端开有内螺纹，可以与油管相连接。锚体1内腔中上端开有内螺纹，可以与中心管2连接。锚体1内腔中下端车有台阶，过滤网8顶在台阶上，在轴向方向固定。锚体1中部有通孔，内部装配了锚爪6。锚体1下端开有外螺纹，可以与油管连接。中心管2上端开有外螺纹，与锚体1通过螺纹连接固定。中心管2下端顶紧在过滤网8的上端，在轴向方向固定。中心管2的外径与锚体1的内径为间隙配合，可供流体流过。压板3外侧开有沉孔，固定螺钉4将压板压紧在锚体1上。压板3内侧开有沉槽，沉槽内装有一部分蝶形弹簧5。固定螺钉4与锚体1通过螺纹固定在一起，同时将压板3压紧在锚体1上。蝶形弹簧5装配在锚爪6的槽内，压板3将蝶形弹簧5挡住，防止掉出。锚爪6外表面开有密封槽，内放O型密封圈7与锚体1实现密封。过滤网8与锚体1间隙配合。过滤网8下端顶在锚体1的台阶上，上端顶在中心管2的下端面，实现了轴向方向的固定。

图1 防卡防垢水力锚定装置

图2 防卡防垢水力锚定装置工作图

3 具体施工过程

在注水作业过程中，注水防卡防垢水力锚定装置图1通过锚体1上端的内螺纹与油管连接下入井中。施工作业时，从油管注入液体，液体从油管流到过滤网8中，然后进入中心管2与锚体1的间隙中，液体产生的压力最终作用在锚爪6的内承压面上，锚爪6上的密封圈7阻挡了流体向锚体1外部流动，当油管内流体压力达到一定值时，锚爪6的内承压面向外移动，蝶形弹簧5压缩蓄积弹性势能，锚爪6抓住套管内壁，稳定注水管柱，能防止整个管柱产生蠕动。注水作业结束后，释放油管内压力，锚爪6在蝶形弹簧5的弹力作用下向内移动，收入锚体1中，与套管分离，实现解卡。