具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

如图1-6所示，本实施例提供一种预应力多级地锚，包括轴向连接并可相对旋转的第一锚体1和第二锚体2；

所述第一锚体1包括顶端开口的壳体11，所述壳体11内设有两端开口的滑筒13和与所述滑筒13铰接的第一锚爪机构14，所述滑筒13可轴向滑动并推动所述第一锚爪机构14径向锚定；所述壳体11底部设有第一连接座12；

所述第二锚体2包括第二连接座21、驱动机构22、第二锚爪机构24和固定底座25，所述驱动机构22一端可旋转连接所述第二连接座21，另一端连接所述第一连接座12，所述驱动机构22通过旋转驱动所述第二锚爪机构24径向锚定，所述固定底座25底部设有可锚入地面的尖刺部251。

第一锚体1和第二锚体2连接后下入井眼时，固定底座25上的尖刺部251刺入井底，对第二锚体2进行预固定，防止其滑转，预固定状态如图7所示。旋转第一锚体1，第一锚体1相对于第二锚体2旋转，带动与其相连的驱动机构22旋转，驱动机构22驱动第二锚爪机构24径向锚定井壁，完成一阶锚定，一阶锚定状态如图8所示。使用工具对滑筒13进行碰压，使滑筒13下滑并推动第一锚爪机构14径向锚定井壁，完成二级锚定，二阶锚定状态如图9所示。

本发明中的预应力多级地锚可以应用于普通垂直井中，但是优选用于如下结构的井眼中，如图10所示，所述井眼包括第一竖直段011和第二竖直段012，第一竖直段011的直径小于第二竖直段012的直径，两者形成了一个肩部结构，当预应力多级地锚下入井眼后，第二锚体2位于第二竖直段012内，当第二锚体2的第二锚爪机构24径向扩张时，可锚定于第二竖直段012的侧壁上，第一竖直段011和第二竖直段012形成的肩部结构增强了第二锚体2的锚定效果。第一锚体1位于第一竖直段011内，当第一锚体1的第一锚爪机构14径向扩张时，锚定于第一竖直段011的侧壁上，由于第一竖直段011与第一锚体1之间的环形空间较小，因此第一锚爪机构14可以更加充分的锚定于第一竖直段011的侧壁。在第一锚体1和第二锚体2以及肩部结构的共同作用下，实现更加稳固的锚定效果。

如图1-4所示，本实施例中第一锚体1的具体技术方案如下，所述壳体11的侧壁径向设有供所述第一锚爪机构14通过的第一通孔111，开口端设有套管连接部112，所述套管连接部112下方设有供所述滑筒13轴向滑动的定位盘113，所述定位盘113轴向圆周设有第二通孔114，中心处设有供所述滑筒13滑动通过的第一定位孔115；

所述第一连接座12的上端面设有与所述第一锚爪机构14铰接的第一铰接座116以及弹性件117，下端面中心处设有螺纹连接部121；

所述弹性件117包括轴向连接的支撑杆1171和弹簧1172，所述弹性件117的上端面连接所述滑筒13的下端面；

所述滑筒13包括滑筒本体131和第二铰接座133；

所述第一锚爪机构14一端铰接所述滑筒13，另一端铰接所述第一连接座12。

所述第一锚爪机构14包括连杆141和第一锚爪142，所述第一锚爪142包括与所述第一连接座12的上端面铰接的第一铰接端1421和与所述连杆141一端铰接的第二铰接端1422，所述连杆141的另一端铰接所述第二铰接座133。

本技术方案中，定位盘113和弹性件117共同限定了滑筒13的轴向位置，弹性件117受力压缩时，滑筒13沿定位盘113下滑，并推动与其铰接的第一锚爪机构14径向扩张，实现对井壁的锚定。弹性件117采用了支撑杆1171和弹簧1172相结合的方式，支撑杆1171可以起到支撑和限位作用，避免滑筒13过度下滑，弹簧1172可以通过回弹力控制滑筒13的轴向位移，从而控制第一锚爪机构14的扩张和收缩。

本实施例提供了一种可以将滑筒13进行锁定的技术方案，如图3和图4所示，所述第一定位孔115包括轴向连通的第一锁定孔1151和第二锁定孔1152；

所述滑筒本体131侧壁交错设有轴向延伸的第三通孔132；

所述第一锁定孔1151的直径与所述滑筒本体131的外直径一致且小于所述第二锁定孔1152的直径，所述滑筒本体131可在机械力的作用下径向扩张并锁定于所述第二锁定孔1152内；

初始状态下，所述滑筒本体131的上端面与所述第一定位孔115的上端面高度基本一致。

上述技术方案中，可以通过使用扩径膨胀工具对滑筒13进行碰压和扩径锁定。初始状态下，第一锚爪机构14处于收缩状态，先将扩径膨胀工具对准滑筒本体131的上部开口处施压，弹簧1172在压力作用下收缩，滑筒13下滑推动第一锚爪机构14径向扩张，当第一锚爪机构14扩张至极限状态后，弹簧1172压缩至最大值，滑筒13停止下滑，此时滑筒本体131脱离第一锁定孔1151并位于第二锁定孔1152内。继续施压，在压力和支撑杆1171支撑力的共同作用下，第三通孔132受挤压变形，扩径膨胀工具进入滑筒本体131内实现对滑筒本体131的扩径，扩径完成后，取出扩径膨胀工具，滑筒131被限制在第二锁定孔1152内，完成锁定，锁定后的滑筒13不再发生轴向滑移，保证了第一锚爪机构14锚定状态的稳定性，提高了锚定效果。

如图2和图5所示，本实施例中第二锚体2的具体技术方案如下，所述第二连接座21中心处设有所述驱动机构22，所述驱动机构22包括旋转盘221和中心轴222，所述旋转盘221的外侧壁设有第一轮齿2211，所述中心轴222远离所述旋转盘221一端设有与所述螺纹连接部121相应的螺纹槽2221；

所述第二连接座21的中心处设有第四通孔211，所述中心轴222滑动穿过所述第四通孔211，所述旋转盘221通过剪钉223临时固定于所述第二连接座21的下端面。从而保证初始状态下第二锚爪机构24处于收缩状态。

所述第二连接座21的下端面圆周设有从动机构23和所述第二锚爪机构24，所述驱动机构22一端连接所述第一连接座12，另一端通过所述从动机构23驱动所述第二锚爪机构24径向锚定；

所述从动机构23包括与所述旋转盘221啮合的齿轮231和第一推杆固定座232，

所述第二锚爪机构24包括多个弧形的第二锚爪242和固定于所述第二锚爪242内弧面的第一推杆241，所述第二锚爪242径向设有多个第五通孔2421，所述第一推杆241沿长度方向上设有第二轮齿2411，其远离所述第二锚爪242的一端设有第一限位块2412，所述第一推杆241滑动设于所述第一推杆固定座232内并与所述齿轮231啮合；

初始状态下，多个所述第二锚爪242围合成圆形。

上述技术方案中，通过啮合传动的方式实现了第二锚爪机构24的径向扩张，结构简单，锚定效果好。第二锚爪242上的第五通孔2421可以使固井泥浆更加充分的填充整个井眼底部，提高固井效果。

如图3和图5所示，本实施例中的第一连接座12和第二连接座21还具有如下优选结构设计，所述第一连接座12设有密封凸缘123，所述密封凸缘123的下端面圆周设有第一滑槽1231，

所述第二连接座21的上端面与所述密封凸缘123的下端面抵接，且设有与所述第一滑槽1231相应的第一滑轨212，

所述第一滑轨212内侧设有定位环213，所述定位环213的上端面设有第二滑槽2131，

所述第一连接座12的下端面设有与所述定位环213相应的定位槽122和与所述第二滑槽2131相应的第二滑轨1221。

上述技术方案中，通过滑槽和滑轨相互配合，降低了第一锚体1和第二锚体2之间的旋转阻力，提高了旋转锚定效率，同时定位环213和定位槽122相互配合进行定位，方便螺纹连接部121与螺纹槽2221的连接对准，提高安装效率。

实施例2

本实施例提供了一种预应力多级地锚，其中第一锚体1与实施例1结构相同，第二锚体2采用另一种技术方案，实现第二锚体2在驱动机构22的旋转驱动下径向扩张锚定，第二锚体2中的第二连接座21、驱动机构22和固定底座25的结构与实施例1相同，不再赘述。

所述第二连接座21的下端面圆周固定设有第二限位块26，所述第二限位块26的下端面固定连接所述固定底座25的上端面，所述旋转盘221的下端面圆周等距设有径向延伸的第二推杆27，所述第二推杆27沿其长度方向设有第三限位块271，

所述第二锚爪机构24包括多个新月形的第二锚爪242和固定于所述第二锚爪242内弧面的第一推杆241，所述第二锚爪242的截面为三角形，所述第一推杆241的另一端与所述第二推杆27铰接，

当所述驱动机构22旋转时，所述第二推杆27随着所述旋转盘221旋转，在所述第二推杆27和所述第二限位块26的共同作用下，所述第二锚爪242径向扩张锚定。

本实施例中的第二锚体机构24整体结构更加轻巧，锚定时遮挡面积小，有利于固井泥浆充满整个井眼，同时第二锚爪242具有三角形截面，三角形的尖锐端可以刺入井壁，使锚定更加稳固。

实施例3

本实施例提供一种预应力多级地锚，对实施例1或2中的第一锚爪机构14进行串联，形成具有至少两个第一锚爪142的多级地锚，进一步提高了锚定效果，其余结构与实施例1或2相同，不再赘述。具体技术方案如下，

如图13和图14所示，所述第一锚爪机构14轴向设有多个，相邻两个所述第一锚爪机构14通过连接件15串联，

所述连接件15包括连接件本体151，所述连接件本体151的下端面设有第三铰接座152，上端面设有第四铰接座153。

本实施例中的第一锚爪机构14串联设有两个，在实际施工过程中，可以根据需要进行两个以上的多级串联，进一步保证锚定的稳固性。

实施例4

一种预应力多级地锚的使用方法，包括以下步骤：

步骤S10、开凿井眼，所述井眼包括第一竖直段011和第二竖直段012，所述第二竖直段012的直径大于所述第一竖直段011的直径；

步骤S20、下入套管串，将套管、第一锚体1和第二锚体2连接后组成套管串，下入井眼内的预定位置；

步骤S30、预固定，对套管串施压，使第二锚体2的尖刺部251刺入井眼底部，实现预固定；

步骤S40、一阶锚定，旋转套管，第一锚体1随套管旋转并带动与其相连接的驱动机构22旋转，驱动机构22旋转驱动第二锚爪机构24径向扩张锚定；

步骤S50、二阶锚定，下入变径膨胀工具，将变径膨胀工具对准滑筒13后下推，弹性件117压缩，滑筒13在推力作用下下滑，通过连杆141带动第一锚爪142径向展开，当第一锚爪142展开至极限时，滑筒13不再下滑，变径膨胀工具继续下推至滑筒13内部，对滑筒13进行扩径，扩径后的滑筒13被限制在第二锁定孔1152内实现锁定，撤掉变径膨胀工具；

步骤S60、泵入泥浆，泥浆通过所述定位盘113上的第一定位孔115以及滑筒13上的第三通孔132，经壳体11上的第一通孔111流入井眼与套管之间的环形空间内；

步骤S70、预应力固井，从井口对套管施加预应力提拉，第一锚爪142和第二锚爪242牢固的卡在井眼中的第一竖直段011和第二竖直段012内，将套管固定在井内，泥浆凝固后，完成预应力固井。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。