壓差式斜向器錨定結構分析

李如峰，鄧利新，安 超

（1．渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧 盤錦 120410；2．長城鉆探工程有限公司鉆具公司，遼寧 盤錦 124010；3．陜西長實建設工程有限公司，西安 710018）

壓差式斜向器錨定結構分析

李如峰1，鄧利新2，安 超3

（1．渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧 盤錦 120410；2．長城鉆探工程有限公司鉆具公司，遼寧 盤錦 124010；3．陜西長實建設工程有限公司，西安 710018）

利用井筒上部套管進行開窗側鉆是解決井下復雜事故與油田老區塊二次開發的常用手段，可以減少重新鉆井投入的費用。要實現開窗側鉆，需要斜向器與其錨定在井筒內的工具。介紹了一種壓差式錨定結構的原理與組成，并對該結構進行了分析。現場應用證明這種結構的可行性，在其他井下工具中也有較好的應用前景。

斜向器；錨定；壓差

為了充分利用上部套管，減少新鉆井的費用，可以在目的油層的技術套管上進行開窗側鉆，這就需要一種能夠在套管內錨定的工具支撐斜向器進行輔助開窗，壓差式錨定工具能夠將造斜工具牢固錨定在井筒內，進行開窗側鉆。

1 常用井下錨定工具

開窗側鉆需要一種堅固的錨定裝置，封堵老井眼，錨定裝置的上部有一個斜面，使磨銑工具在造斜面的迫使下，產生斜向磨削力磨穿套管，進行開窗側鉆，進行再完井的工藝技術。磨銑工具產生的軸向與徑向的力都很大，這就要求錨定在套管內壁的工具牢牢固定在套管上。在套管內壁能夠進行錨定的工具有很多，例如封隔器、內割刀等都是利用摩擦塊與套管內壁產生摩擦阻力，經轉換傳遞給卡瓦牙進行錨定，但是由于這些錨定的力和受力方向等問題，不適合用于開窗側鉆。

為了能夠進行有效錨定，早期的技術是將錨定工具、導向裝置總成等分別下井，先將錨定工具下入預定井深，并用水泥錨定，再下入導向裝置，采用卡瓦打撈的方式將導向裝置總成和錨定工具對接在一起。這種方式需要多次投球，需要上提鉆具剪斷送入接頭與錨定工具之間的懸掛銷釘，等待水泥凝固和工具重復下井的時間較長。另外，還有一種錨定裝置與斜向器相連，錨定機構是靠卡瓦牙與套管內壁接觸進行固定，鎖緊推動卡瓦牙的活塞依靠鋼珠進行鎖緊，這種結構活塞推動的卡瓦牙是力矩結構，卡瓦牙與套管內壁形成點式接觸，錨定在井筒內易發生工具落井的情況，并且這種結構加工、組裝與使用存在一些問題，使用推廣較為困難。

2 壓差式錨定結構與原理

鑒于井下錨定機構的使用要求，針對側鉆井的使用特點和磨銑工具在造斜面受力等情況，在可靠、靈活、簡單、實用的原則基礎上提出一種壓差式的錨定結構，這種結構能夠快速在套管內進行錨定，可應用性強，結構如圖1。

圖1 壓差式錨定結構

工作原理是：在將機構送入井下之后，進行投球升壓，當壓力升到一定數值以后，由于壓差式收縮管的管壁內外面積差，在同壓力的情況下，面積的不同會產生微小的內外壓差（如圖2）。這就使得空心管進行內縮（如圖3），脫離活塞與收縮管的嚙合螺紋相互脫離，脫離活塞與固定活塞上下運動，推動固定卡瓦牙向外擴張，固定在套管內壁。當壓力小于一定數值后，收縮管回復原狀，脫離活塞與壓差式收縮管的螺紋嚙合在一起，阻止活塞的活動，錨定動作完畢。

圖2 截面圖

圖3 壓差式收縮管收縮

3 技術參數（如表1）

表1 壓差式錨定技術參數

4 結構分析

1） 壓差式收縮管的內外壁在一定壓差情況下會產生收縮，如果將該機構放入井深較深的地方，由于井筒內靜液柱壓力隨著井深的增加而增加，收縮管就會自動收縮，脫離活塞與收縮管分離，打開錨定卡瓦牙，下放斜向器受阻。

2） 壓差式收縮管的強度要能承受錨定后磨銑工具的下壓力。在磨銑套管期間，會產生很大軸向應力，通過活塞的斜面傳遞到收縮管上，收縮管徑向受力要進行分析。

3） 合理設計收縮管的中間開縫距離，既要能夠使固定螺紋相互脫離，又要保證收縮管在受力變形的情況下能夠恢復原狀，變形量要小于材料的屈服極限。

4） 螺紋逃脫機構是依靠收縮管變形產生的，收縮管的變形量應大于嚙合螺紋齒高，并要保證錨定卡瓦固定在套管內壁后，收縮管恢復變形，嚙合螺紋能夠準確嚙合。

5 試驗驗證與現場應用

制造了1套?152 mm錨定機構，放入?177．8 mm N-80套管內，在防護齊全的密閉區域內進行加壓，在加壓過程中，錨定機構在12 MPa壓力下，錨定上下卡瓦牙打開，錨定機構解鎖成功。繼續升壓，壓力升至20 MPa，套管在無環形空間水泥的情況下開始變形，突出部位與錨定機構的卡瓦牙位置一致。當壓力升至24 MPa后，停止加壓，穩壓5 min后泄壓。錨定機構固定在套管內部，進行沖擊試驗，使用約100 k N震擊力擊打，錨定機構牢固錨定在套管內。拆解后，錨定機構的卡瓦牙深入套管內壁約3 mm深，試驗成功。

現場應用5口井，最大側鉆井深2 110 m，斜向器順利下入預定井深，下入后，開窗側鉆期間，磨銑錐加壓50 k N，轉盤轉動，產生橫向振動，錨定機構在縱向與橫向力的作用下，穩定地固定在套管內壁，沒有發生脫落、下滑和轉向現象，該機構錨定穩定正常。

6 結論

1） 壓差式錨定結構簡單，加工容易，組裝方便，能夠安全快速地在井下進行工作。

2） 在實際應用過程中，錨定機構鎖緊容易，但是需要將這種結構應用在套管分支井中，取出錨定裝置就需要設計一種專用的打撈工具將錨定與導向裝置取出。

3） 一體式的錨定、造斜、方位、磨銑工具能夠減少起下鉆的次數，將成為重要的研究趨勢，并具有廣泛的應用價值。

［1］畢雪亮，董建華．分支井嵌套回收工具的接觸方式研究［J］．鉆采工藝，2010（1）：71-72．

［2］聞邦椿．機械設計手冊［K］．北京：機械工業出版社，2010．

［3］萬仁溥．采油工具手冊（下冊）［K］．北京：石油工業出版社，2000．

Analysis of Differential Pressure Whipstock Anchor Structure

LI Ru-feng1，DENG Li-xin2，AN Chao3
（1．Bohai Equipment Liaohe Heavy Industry Company，Panjin 124010，China；2．Drilling Tools Company，Greatwall Drilling Company，Panjin 124010，China；3．Shaanxi Changshi Construction Engineering Limited，Xi’an 710018，China）

The upper wellbore casing for sidetracking is used to solve complex accidents and oilfield old downhole block common means of secondary development，the cost of inputs re-drilling can be reduced．To achieve sidetracking needs whipstock anchored in the wellbore with the tool．A pressure-anchoring structure principle and structure，and the analysis of this structure are described．The practical application shows its feasibility and this structure is also in other downhole tool with good application prospect．

whipstock；anchor；pressure在油氣勘探開發過程中，會遇到油層套管的損壞或者目的井深偏離油層、油氣層沙塌等重大的工程事故，需要繞過落魚以及利用原井進行二次開發。

TE921．2

B

1001-3482（2014）01-0091-03

2013-06-08

李如峰（1978-），男，山東泰安人，工程師，主要從事石油裝備的技術與管理工作。