防卡防垢水力錨定裝置設計研究

劉言理(大港油田公司石油工程研究院，天津 300280)

防卡防垢水力錨定裝置設計研究

劉言理(大港油田公司石油工程研究院，天津 300280)

水力錨是油氣田開發中注水領域常用的在注水作業時固定管柱的裝置。水力錨在注水作業工程中錨爪伸出，咬住套管內壁，起穩定管柱同時保護下部注水工具的作用，結束注水時要求錨爪能準確回位，所以水力錨工作性能的好壞對整個注水質量起著關鍵作用。現有的水力錨多為圓柱螺旋彈簧回位，在長時間注水作業后，會出現圓柱螺旋彈簧失效，錨爪不能回位的現象，同時注水井多為老井，地層出砂嚴重且伴有死油污垢，這些都極易在錨爪和錨體之間堆積，造成錨爪底部堵卡不能回位，使水力錨失效最終影響注水質量。

防卡；防垢；水力錨定；設計

針對油田注水作業中存在的水力錨錨爪在長時間作業后不能回位，以及作業過程中的砂子、污垢和死油等造成錨爪底部堵卡使水力錨失效的問題，提出來一種將蝶形彈簧組合使用增加回位彈力，并在水力錨內部設計過濾裝置的新思路，確保注水作業成功率100%。本發明可以用于水平井、大斜度井和直井。當前常用水力錨裝置由錨爪、錨體、壓板、圓柱螺旋彈簧、螺釘等組成，工作時依靠液體壓力推動錨爪向外運動，咬住套管內壁。卸掉壓力后靠圓柱螺旋彈簧使錨爪收縮回位。該類水力錨主要存在以下不足：一是該類用的是圓柱螺旋彈簧，水力錨在長時間注水作業后，圓柱螺旋彈簧極易失效，最終使錨爪不能回位，造成大修，增加作業成本。二是該類水力錨沒有過濾裝置，作業過程中的砂子、污垢和死油等極易附著沉積在錨爪和錨體之間，造成錨爪底部堵卡不能回位，使水力錨失效。因此隨著分注技術的不斷發展，急需一種能實現錨爪準確回位且具備防卡防垢功能的水力錨裝置。

1 防卡防垢水力錨定裝置特點

本次設計的防卡防垢水力錨定裝置，主要有以下特點：

本發明注水防卡防垢水力錨，將傳統的圓柱螺旋彈簧回位設計成蝶形彈簧組合使用，增加回位彈力，增大了彈簧單位體積的變形能，并在水力錨內部設計了過濾裝置，注水施工作業過程中的砂子、污垢和死油等不能沉積在錨爪和錨體之間，從而使是水力錨有效工作。在長時間注水作業后，水力錨錨爪依然能夠準確回位，實現解卡，從而保證注水質量。

2 防卡防垢水力錨定裝置結構分析

防卡防垢水力錨定裝置結構主要如圖1所示，主要由：錨體1、中心管2、壓板3、固定螺釘4、蝶形彈簧5、錨爪6、O型密封圈7、過濾網8組成。

錨體1最上端開有內螺紋，可以與油管相連接。錨體1內腔中上端開有內螺紋，可以與中心管2連接。錨體1內腔中下端車有臺階，過濾網8頂在臺階上，在軸向方向固定。錨體1中部有通孔，內部裝配了錨爪6。錨體1下端開有外螺紋，可以與油管連接。中心管2上端開有外螺紋，與錨體1通過螺紋連接固定。中心管2下端頂緊在過濾網8的上端，在軸向方向固定。中心管2的外徑與錨體1的內徑為間隙配合，可供流體流過。壓板3外側開有沉孔，固定螺釘4將壓板壓緊在錨體1上。壓板3內側開有沉槽，沉槽內裝有一部分蝶形彈簧5。固定螺釘4與錨體1通過螺紋固定在一起，同時將壓板3壓緊在錨體1上。蝶形彈簧5裝配在錨爪6的槽內，壓板3將蝶形彈簧5擋住，防止掉出。錨爪6外表面開有密封槽，內放O型密封圈7與錨體1實現密封。過濾網8與錨體1間隙配合。過濾網8下端頂在錨體1的臺階上，上端頂在中心管2的下端面，實現了軸向方向的固定。

圖1 防卡防垢水力錨定裝置

圖2 防卡防垢水力錨定裝置工作圖

3 具體施工過程

在注水作業過程中，注水防卡防垢水力錨定裝置圖1通過錨體1上端的內螺紋與油管連接下入井中。施工作業時，從油管注入液體，液體從油管流到過濾網8中，然后進入中心管2與錨體1的間隙中，液體產生的壓力最終作用在錨爪6的內承壓面上，錨爪6上的密封圈7阻擋了流體向錨體1外部流動，當油管內流體壓力達到一定值時，錨爪6的內承壓面向外移動，蝶形彈簧5壓縮蓄積彈性勢能，錨爪6抓住套管內壁，穩定注水管柱，能防止整個管柱產生蠕動。注水作業結束后，釋放油管內壓力，錨爪6在蝶形彈簧5的彈力作用下向內移動，收入錨體1中，與套管分離，實現解卡。

4 現場應用情況

防卡防垢水力錨定裝置在現場大量應用，效果良好。

[1]萬仁溥.現代完井工程[M].北京：石油工業出版社,1996-06.

[2]張琪,孫大同,樊靈,等.采油工程原理與設計[M].山東東營：石油大學出版社,2000.