长江大学学报（自科版） ２０１３年９月号石油中旬刊第１０卷第２６期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔ Ｓｃｉ Ｅｄｉｔ） Ｓｅｐ．２０１３，Ｖｏ１．１０ Ｎｏ．２６ 热采井预应力固井模块化地锚的设计 黄志强 （长江大学石油工程学院，湖北武汉４３０１ ００） 张５虽 （长江大学机械工程学院，湖北刑州４３４０２３） 刘书杰，谢仁军 （中海油研究总院，北京１ ０００２７） ［摘要］为了避免热采井套管受热应力损坏，延长油气井寿命，现场多采用预应力固井。地锚作为预应力 固井的必备工具，其功能可靠性和有效性显得尤为重要。国内现有地锚大多应用于较浅直井，在某些较 软地层中容易锚固失效，且难以根据地层和施工需要自由组配、不能自主调节喷嘴直径、不具备锚爪自 洗功能。结合上述问题，设计了热采井预应力固井模块化地锚，不仅能满足定向井施工需求，而且具有 锚爪自洗和锚爪自动复位等功能，并可根据现场实际需要进行模块化组合，从而提高固井施工效率，对 于预防热采井套管损坏，促进热采井高效开发具有重要的实际意义。 ［关键词］地锚；预应力固井；单元式组合；有限元分析 ［中图分类号］ＴＥ２５６ ［文献标志码］Ａ ［文章编号］１６７３—１４０９（２０１３）２６—０１０１—０３ 为了避免热采井套管受蒸汽高温的影响而损坏，目前多采用预应力固井技术＿】］。预应力固井就是在 套管下入井底后在底部进行锚固，然后根据施工需要在井口对套管施加一定的预拉力，使套管产生一定 的伸长量，预拉完成后进行注水泥固井。由于套管伸长量可以减小或抵消注蒸汽时热应力造成的套管伸 长，所以采用预应力固井技术可有效防止套管损坏，延长油井寿命 ］。 据调研，国内现有地锚大多应用于较浅直井，且难以根据地层和施工需要自由组配，不能自主调节 喷嘴直径，不具备锚爪自洗等功能。结合上述问题，自主设计了热采井预应力固井模块化地锚。该地锚 可根据现场实际需要进行模块化组合，具有喷嘴可更换、锚爪自洗与自动复位等功能。利用有限元分析 软件对地锚进行了仿真模拟，验证了功能的可靠性，并重点针对地锚本体受２００ｔ提拉力时的应力分布 进行了分析，结果满足热采井预应力固井施工需要。该地锚的设计有助于提高热采井固井施工效率，对 于促进热采井高效开发具有重要的实际意义。 地锚结构与工作原理 基于目前国内外热采井固井地锚存在的主要问题，结合热采井固井作业特点和施工需求，设计了一 种热采井预应力固井模块化地锚。 １．１ 结构设计 热采井固井模块化地锚主要由本体、节流管、锚爪、连杆、中心杆、复位弹簧等零件组成，结构如 图１所示。 地锚主要设计参数：①单级长度１３００ｍｍ；②本体最大外径２５４ｍｍ；③连接套管直径２４４．５ｍｍ； ④锚爪开启排量１４～１５Ｌ／ｓ；⑤本体抗拉强度２０００ｋＮ；⑥单级锚爪的抗拉强度６００ｋＮ；⑦锚爪张开最 大直径４６６ｍｍ。 该地锚采用喷嘴节流，在实际应用中可根据实际需要更换喷嘴；考虑到下套管过程中需要循环泥 浆，在下套管中尽量避免打开锚爪，因此配合使用复位弹簧。 １．２工作原理 该地锚连接于套管底部，随套管一起下人井内。在下套管过程中，复位弹簧的上顶力通过活塞、中 ［收稿日期］２０１３—０３—１２ ［基金项目］国家科技重大专项（２０１１ＺＸ０５０２４—００５—００９）。 ［作者简介］黄志强（１９６４一），男，硕士，教授，长期从事油气井钻井完井技术方面的研究工作。