逐级解卡锚定器在滩海油田大斜度井中的应用

粟建

摘 要：大港滩海油田开发井中有较多的大斜度井，具有位移长、斜度大、井眼轨迹复杂等特点，由于分层工艺管柱存在着锚定不可靠，管柱同步解卡起出困难，甚至导致大修等问题。为此，研发采用了一种能防中途坐卡、液压坐卡、锚定可靠和上提管柱与封隔器管柱逐级解卡的锚定器，通过设计同步限位锚定结构，解决了卡瓦脱落造成大修以及多片卡瓦张开和回收不同步造成坐卡、锚定失败的现象；设计上提管柱与封隔器逐级解卡机构，解决了锚定器解卡困难、易造成大修等问题。本文介绍了该工具的结构、工作原理、结构设计和现场试验情况，通过现场多口井的实际应用，试验效果良好。

关键词：大斜度井；逐级解卡锚定器；大港滩海油田

大港滩海油田油水井井深且斜度大造成作业管柱受力复杂，起出过程偏磨严重，地面设备的载荷不能完全有效地传递到井下工具段，增加了解封解卡的荷载和难度。目前应用的井下分层作业管柱锚定工具如水力卡瓦、油管锚等工具采用的锚定器与分层管柱同步解卡结构，造成管柱解卡力越来越大，甚至无法解卡，造成大修等问题。针对现有锚定器存在的不足，研发了一种锚定可靠、能与封隔器管柱逐级解卡的锚定器，大幅提高了工具的可靠性、安全性和分层工艺的成功率。

1 逐级解卡锚定器工具结构

逐级解卡锚定器主要由防坐卡机构、锚定机构、锁紧机构、解卡机构等组成。其中，密封部分主要由O形密封圈组成；坐卡部分由活塞、活塞套、坐封销钉、剪钉套等组成；锚定部分主要由上锥体、卡瓦套、卡瓦等组成；锁紧部分主要由锁环、锁套、锁块等组成；解卡部分主要由上接头、解封销钉、上外套、锁块、锥体、中心管等组成。

2 工作原理及技术优势

2.1 工作原理

①防中途坐卡。防撞环与下接头通过螺纹相连，下接头与中心管通过螺纹相连，中心管与上接头通过锁块连接并锁紧，防撞环外径大于锚定器本体的外径，锚定器下放时来自下部的撞击力被防撞环挡住，通过下接头作用在管柱上，防止锚定器中途坐卡。

②坐卡。锚定器下到位以后，油管内加液压经中心管出液孔进入活塞室后，在液压力作用下剪断坐封销钉推动下锥体上行坐卡，同时锁套与锁环相互啮合锁紧，使卡瓦锚定在套管上，扶正锚定管柱。

③解卡。上提管柱剪断解卡销钉，由于锚定器的上接头和中心管采用脱节式设计，可继续上行一段距离释放锁块并为上部管柱解封提供足够行程，然后带动锥体上行，卡瓦失去支撑回收解卡。

2.2 技术优势

①液压坐卡、上提管柱解卡，操作简单、安全可靠；②解卡时上提管柱锚定器与封隔器分层管柱逐级解卡，减小了起管柱载荷；③采用同步限位锚定结构，避免了卡瓦脱落造成大修以及多片卡瓦张开和回收不同步造成坐卡、锚定失败等问题。

3 关键结构设计及特点

3.1 独立解卡机构

3.1.1 结构

独立解卡机构主要由上接头、解封销钉、中心管、O形密封圈、锁块、上外套、锥体等组成。其中，上接头、上外套通过解卡销钉连接，上接头与中心管通过上接头的内台阶与中心管的外台阶和锁块连接构成解卡机构。其中，上外套内台阶与上接头外台阶之间的距离为上部管柱解卡提供足够行程。解卡时上提管柱，剪断解卡销钉，继续上提释放锁块并与中心管脱离，上接头内台阶和上外套外台阶将上外套和上接头连接在一起，继续上行带动上锥体上行，卡瓦失去支撑回收解卡。

3.1.2 特点

锚定器的上接头和中心管采用脱节式设计，上提管柱首先解卡锚定器，然后解卡封隔器管柱，实现了锚定器与封隔器管柱逐级解卡，减小了起管柱载荷，解卡安全可靠，成功率高。

3.2 同步限位锚定机构

3.2.1 结构

同步限位锚定结构主要由锥体、卡瓦套、卡瓦、箍环、中心管等组成。其中卡瓦设计有4片卡瓦，成90。均匀分布，每片卡瓦中间加工有环形槽，箍环开有一斜向开口，箍环安装在卡瓦的环形槽内将数片卡瓦箍在一起；每片卡瓦兩侧均有台阶，台阶阻挡卡瓦通过卡瓦套开口脱出；上锥体和下锥体锥面底部有数个外突台阶，卡瓦套两端内也有数个内突台阶，上锥体和下锥体的外突台阶分别对应卡瓦套内突台阶之间的开口槽由两端插入，然后旋转上锥体和下锥体，上锥体和下锥体锥面底部数个外突台阶挂在卡瓦套两端内数个内突台阶上。

3.2.2 特点

①坐卡时锥体推动卡瓦同步张开锚定在套管上，增加了锚定可靠性和稳定性；解卡时，锥体退开后卡瓦在开口箍环弹力的作用下同步回收，解卡安全可靠；②卡瓦套的限位作用保证卡瓦只能在卡瓦套内运动，避免解卡时出现卡瓦脱落的现象；③锥体只能在卡瓦套内上下运动，避免了整个卡瓦机构散脱，提高了可靠性。

3 现场应用状况

大斜度井逐级解卡锚定器成功研制以后，对其中途坐封力、锚定力、解卡力等性能进行了室内试验，试验结果表明各项性能指标均达到了设计要求，具备了现场使用的条件。首先在X井进行了受力测试及管柱解卡起出试验，起出载荷约为350kN，满足了设计要求。在滩海油田多口井成功应用。目前管柱服役期间经过多次洗井、停注后，管柱仍一直有效。

4 结论

大斜度井逐级解卡锚定器采用同步限位锚定方式坐卡、独立解卡机构解卡，解决了水力卡瓦单向锚定易提前失效，锚定不可靠的问题；作业管柱同步解卡，解卡力过大造成管柱无法解卡，甚至大修等问题，具有锚定、解卡可靠等技术优势，满足了滩海油田大斜度井分层管柱锚定的需要，实现了管柱与锚定器的逐级分段解卡，减小了起出管柱载荷，安全可靠，成功率高，具有良好的应用前景，建议继续扩大现场试验。

参考文献：

[1]肖国华.侧钻小井眼水平井分段挤堵管柱研究[J].石油矿场机械，2013，18（2）：52-54.