一种井下仪器的锚定方法及

谢峰华

[摘要]在投放水嘴或旋转除垢时，为克服投放阻力或切削垢片阻力作用，避免仪器上窜导致作业失败，我们选择配水器φ46中央通道变径处为锚定位置，提出钢球自锁锚定方案，分析并细化了锚定结构，解决了可靠锚定和可控解锚的矛盾。

[关键词]锚定结构 配水器中央通道 投放水嘴 除垢

一、引言

注水是我国油田提高原油采收率的主要手段。水嘴投捞、除垢等工作是水井日常作业的重要内容，目前已往电控自动化方向发展。电动投捞及除垢仪器较传统机械式仪器，需要设计一种可控锚定功能，解决仪器上窜导致的作业失败问题。

二、可控锚定功能分析

当桥偏配水器的偏心孔中有泥沙等异物沉积时，引起投放水嘴或除垢的阻力过大，仪器若无轴向约束，且投放阻力大于仪器自重，则导致仪器上窜、作业失败。因此仪器上需要增加可控锚定机构，防止窜动。此外，锚定机构还不能影响仪器正常的通过性能，且能可靠解锚，以减少作业安全事故发生风险。

三、锚定方案内容

（一）锚定位置选择

在设计锚定结构之前，我们需要确定锚定工作位置。经过结构分析与对比，我们选定桥偏配水器中央通道φ46→φ51变径位置处作为锚定工作位置。其特点为：

（1）锚定机构的直径变化范围较小，便于布置独立的锚定机构。

（2）锚定机构与支撑爪、导向爪等不联动、不干涉，容易实现对于解除锚定力的控制。

（二）锚定结构的选择

我们采用钢球自锁锚定方案，结构和运动示意图见图1，主要结构件有：锚定钢球、自锁钢球、锚定外壳、滑套、螺套、推动开关、安全销等。整个锚定过程分为以下几个过程：

（1）下行自由状态：在仪器下行和上提时，仪器下半部分的重量由螺套承受。锚定钢球不受挤压锥面的挤压，处于自由状态，可缩回到φ45直径以内，如图1a）所示。仪器向下可以顺利通过配水器。

（2）冲击锚定并自锁：当支撑爪坐到配水器上后，仪器下半部分变为静止，而仪器上半部分继续下冲。在冲击作用下，锚定钢球被挤压突出仪器表面，在配水器中央通道φ51位置处进行自锁锚定（如图1b）、图1c）所示）。

（3）正常解锚：当投放臂下行到距离极限位置3mm时，收放电机安装接头与推动开关接触，推动开关跟随下行3mm（如图1d）所示），推开自锁钢球外的滑套，投放水嘴的反作用力将仪器上半部分上顶，正常解除锚定。

如果出现因井下断电、电机损坏等意外情况而导致的解锚失败，可以进行上提强制解锚。当上提力超过一定值时，安全销剪断，锚定钢球带动外壳向下运动，锚定钢球缩回即实现解锚。本锚定机构的主要特点是冲击自锁锚定、可控解锚及意外情况下可强制解锚。

（三）结构方案细化及完善

我们在钢球自锁锚定方案的基础上，进行一定的细化和完善，主要内容如下：

（1）为进一步提高仪器上半部分的对中性，使锚定过程运动流畅，将锚定钢球和自锁钢球数目增加为5个。

（2）推动开关的结构可以分为三部分：上部为一圆弧杆，穿过连接螺套和容受器上本体的圆弧孔；中部为一圆环状结构，套在容受器上本体上；下部为穿过锚定外壳上5个槽的5个圆周均布的圆弧杆。在图1中，推动开关中部圆环的上端面和连接螺套的下端面接触；推动开关最下端和滑套之间的距离为8mm。当仪器下冲8mm后，推动开关和滑套接触；继续下行推动开关推动滑套下行2mm，进入锚定状态。推动开关再推动滑套下行3mm，则正常解锚。

（3）考虑在仪器上部分和下部分之间增加模压的橡胶减震垫，吸收冲击锚定时的能量，避免零件冲击损坏。

（4）为保证锚定机构的可靠性和寿命，提高锥面衬套和锚定外壳等零件热处理硬度，提高表面接触强度，防止锚定钢球挤压零件，导致零件表面变形、磨损。

（5）安全销的剪切直径为φ1_5mm，材料为1Crl8Ni9Ti，圆周均布若干，保证可以实现强制解锚。

经过以上的细化和改进，本锚定机构的性能得到了进一步完善，但是该机构仍存在零件外形复杂、工艺性差、热处理变形大等不足。在产品装配和室内试验中，该机构已经满足设计及试验要求，原理可行，結构简单，锚定及解锚工作可靠。但在现场恶劣环境下使用的可靠性，仍需进一步验证。

四、结束语

为解决电动投捞器、除垢器的锚定问题，我们选择桥偏中央通道变径处为锚定工作位置，选择钢球自锁锚定方案为锚定方案。该方案经优化、改进和工程化设计后，工作原理已实现，但现场适用性和可靠性还需验证。