压差式斜向器锚定结构分析

李如峰，邓利新，安 超

（1．渤海装备辽河重工有限公司，辽宁 盘锦 120410；2．长城钻探工程有限公司钻具公司，辽宁 盘锦 124010；3．陕西长实建设工程有限公司，西安 710018）

压差式斜向器锚定结构分析

李如峰1，邓利新2，安 超3

（1．渤海装备辽河重工有限公司，辽宁 盘锦 120410；2．长城钻探工程有限公司钻具公司，辽宁 盘锦 124010；3．陕西长实建设工程有限公司，西安 710018）

利用井筒上部套管进行开窗侧钻是解决井下复杂事故与油田老区块二次开发的常用手段，可以减少重新钻井投入的费用。要实现开窗侧钻，需要斜向器与其锚定在井筒内的工具。介绍了一种压差式锚定结构的原理与组成，并对该结构进行了分析。现场应用证明这种结构的可行性，在其他井下工具中也有较好的应用前景。

斜向器；锚定；压差

为了充分利用上部套管，减少新钻井的费用，可以在目的油层的技术套管上进行开窗侧钻，这就需要一种能够在套管内锚定的工具支撑斜向器进行辅助开窗，压差式锚定工具能够将造斜工具牢固锚定在井筒内，进行开窗侧钻。

1 常用井下锚定工具

开窗侧钻需要一种坚固的锚定装置，封堵老井眼，锚定装置的上部有一个斜面，使磨铣工具在造斜面的迫使下，产生斜向磨削力磨穿套管，进行开窗侧钻，进行再完井的工艺技术。磨铣工具产生的轴向与径向的力都很大，这就要求锚定在套管内壁的工具牢牢固定在套管上。在套管内壁能够进行锚定的工具有很多，例如封隔器、内割刀等都是利用摩擦块与套管内壁产生摩擦阻力，经转换传递给卡瓦牙进行锚定，但是由于这些锚定的力和受力方向等问题，不适合用于开窗侧钻。

为了能够进行有效锚定，早期的技术是将锚定工具、导向装置总成等分别下井，先将锚定工具下入预定井深，并用水泥锚定，再下入导向装置，采用卡瓦打捞的方式将导向装置总成和锚定工具对接在一起。这种方式需要多次投球，需要上提钻具剪断送入接头与锚定工具之间的悬挂销钉，等待水泥凝固和工具重复下井的时间较长。另外，还有一种锚定装置与斜向器相连，锚定机构是靠卡瓦牙与套管内壁接触进行固定，锁紧推动卡瓦牙的活塞依靠钢珠进行锁紧，这种结构活塞推动的卡瓦牙是力矩结构，卡瓦牙与套管内壁形成点式接触，锚定在井筒内易发生工具落井的情况，并且这种结构加工、组装与使用存在一些问题，使用推广较为困难。

2 压差式锚定结构与原理

鉴于井下锚定机构的使用要求，针对侧钻井的使用特点和磨铣工具在造斜面受力等情况，在可靠、灵活、简单、实用的原则基础上提出一种压差式的锚定结构，这种结构能够快速在套管内进行锚定，可应用性强，结构如图1。

图1 压差式锚定结构

工作原理是：在将机构送入井下之后，进行投球升压，当压力升到一定数值以后，由于压差式收缩管的管壁内外面积差，在同压力的情况下，面积的不同会产生微小的内外压差（如图2）。这就使得空心管进行内缩（如图3），脱离活塞与收缩管的啮合螺纹相互脱离，脱离活塞与固定活塞上下运动，推动固定卡瓦牙向外扩张，固定在套管内壁。当压力小于一定数值后，收缩管回复原状，脱离活塞与压差式收缩管的螺纹啮合在一起，阻止活塞的活动，锚定动作完毕。

图2 截面图

图3 压差式收缩管收缩

3 技术参数（如表1）

表1 压差式锚定技术参数

4 结构分析

1） 压差式收缩管的内外壁在一定压差情况下会产生收缩，如果将该机构放入井深较深的地方，由于井筒内静液柱压力随着井深的增加而增加，收缩管就会自动收缩，脱离活塞与收缩管分离，打开锚定卡瓦牙，下放斜向器受阻。

2） 压差式收缩管的强度要能承受锚定后磨铣工具的下压力。在磨铣套管期间，会产生很大轴向应力，通过活塞的斜面传递到收缩管上，收缩管径向受力要进行分析。

3） 合理设计收缩管的中间开缝距离，既要能够使固定螺纹相互脱离，又要保证收缩管在受力变形的情况下能够恢复原状，变形量要小于材料的屈服极限。

4） 螺纹逃脱机构是依靠收缩管变形产生的，收缩管的变形量应大于啮合螺纹齿高，并要保证锚定卡瓦固定在套管内壁后，收缩管恢复变形，啮合螺纹能够准确啮合。

5 试验验证与现场应用

制造了1套ø152 mm锚定机构，放入ø177．8 mm N-80套管内，在防护齐全的密闭区域内进行加压，在加压过程中，锚定机构在12 MPa压力下，锚定上下卡瓦牙打开，锚定机构解锁成功。继续升压，压力升至20 MPa，套管在无环形空间水泥的情况下开始变形，突出部位与锚定机构的卡瓦牙位置一致。当压力升至24 MPa后，停止加压，稳压5 min后泄压。锚定机构固定在套管内部，进行冲击试验，使用约100 k N震击力击打，锚定机构牢固锚定在套管内。拆解后，锚定机构的卡瓦牙深入套管内壁约3 mm深，试验成功。

现场应用5口井，最大侧钻井深2 110 m，斜向器顺利下入预定井深，下入后，开窗侧钻期间，磨铣锥加压50 k N，转盘转动，产生横向振动，锚定机构在纵向与横向力的作用下，稳定地固定在套管内壁，没有发生脱落、下滑和转向现象，该机构锚定稳定正常。

6 结论

1） 压差式锚定结构简单，加工容易，组装方便，能够安全快速地在井下进行工作。

2） 在实际应用过程中，锚定机构锁紧容易，但是需要将这种结构应用在套管分支井中，取出锚定装置就需要设计一种专用的打捞工具将锚定与导向装置取出。

3） 一体式的锚定、造斜、方位、磨铣工具能够减少起下钻的次数，将成为重要的研究趋势，并具有广泛的应用价值。

［1］毕雪亮，董建华．分支井嵌套回收工具的接触方式研究［J］．钻采工艺，2010（1）：71-72．

［2］闻邦椿．机械设计手册［K］．北京：机械工业出版社，2010．

［3］万仁溥．采油工具手册（下册）［K］．北京：石油工业出版社，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在油气勘探开发过程中，会遇到油层套管的损坏或者目的井深偏离油层、油气层沙塌等重大的工程事故，需要绕过落鱼以及利用原井进行二次开发。

TE921．2

B

1001-3482（2014）01-0091-03

2013-06-08

李如峰（1978-），男，山东泰安人，工程师，主要从事石油装备的技术与管理工作。