Замок для фиксации ниппеля в пакере Российский патент 2024 года по МПК E21B23/06 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для фиксации ниппеля с пакером в нагнетательной скважине.

Известен гидравлический якорь пакера (патент RU № 2680619, МПК Е21В 23/06, Е21В 33/12, опубл. 25.02.2019 г., бюл. № 6), содержащий корпус с продольным каналом и поперечными окнами, в которых размещены возвращаемые плоской пружиной поршни с рифлёной поверхностью наружного торца.

Недостатками устройства являются рифлёная поверхность наружного торца, наличие пружины на поверхности, малый диаметр продольного канала.

Наиболее близок по своей технической сущности к предлагаемому якорь гидравлический (патент RU № 2346138, МПК Е21В 23/06, опубл. 10.02.2009 г., бюл. № 4), содержащий корпус с продольным каналом и поперечными окнами, в которых размещены поршни с гладкой цилиндрической поверхностью наружного торца и выступом на ней, снабжённые попарно цилиндрической пружиной сжатия для возврата.

Недостатками устройства являются отсутствие проходимости продольного канала, что снижает его эксплуатационные возможности, также прямоугольная форма выступа, затрудняющая возврат поршней в транспортное положение и снижающая его надёжность.

Техническими задачами предлагаемого изобретения являются повышение эксплуатационных возможностей и надёжности замка.

Поставленные задачи решаются замком для фиксации ниппеля в пакере, включающим цилиндрический корпус с продольным каналом и поперечными цилиндрическими окнами, в которых установлены поршни с поперечным выступом на наружном торце.

Новым является то, что в канале пакера, взаимодействующим с замком выполнена кольцевая канавка, верхний край которой выполнен с углом 30°-80°, а корпус замка оснащён упором, взаимодействующим с ответным на пакере и обеспечивающим остановку выступа поршня против канавки, выступ выполнен по ширине уже канавки с верхним углом конуса 30°-80°, а нижним – 10°-30°, при этом верхний конус поршня размещён на продольной оси поршня, в окнах в месте пересечения их с продольным каналом выполнен кольцевой буртик, на внутреннем конце поршней – ответная канавка шириной более суммы высоты выступа и ширины буртика, и лыски шириной от торца до верхней кромки канавки, ориентированные своей плоскостью параллельно наружному выступу, при этом поршень снабжен противоповоротным устройством.

На фиг. 1 показана схема замка в скважине.

Н фиг. 2 показано поперечное сечение Б-Б замка без скважины и эксплуатационной колонны в рабочем положении поршней.

На фиг. 3 показано сечение В-В изнутри на поршень без скважины и эксплуатационной колонны.

На фиг. 4 показан вид А снаружи без скважины и эксплуатационной колонны.

Замок (фиг. 1) содержит корпус 1 с продольным каналом 2, в поперечных окнах которого 3 герметично установлены поршни 4 с выступом 5 на наружном цилиндрическом торце 6 поршней 4 с верхним углом конуса 7 30°-80°, а нижним 8 - 10°-30°, причём верхний конус 7 выполнен на продольной оси поршня 4.

Внутренний конец поршня 4 выполнен в виде цилиндрической выборки диаметром, равным диаметру продольного канала 2.

Во внутренней части окон 3, в месте их пересечения с каналом 2, выполнен кольцевой буртик 9 (фиг. 2), который прерывается в центральной части канала 2, а остаётся лишь на боковых частях, образуя овальный проход 10 (фиг. 3).

На внутренних концах поршня 4 выполнена ответная канавка 11 (фиг. 3) шириной равной или более суммы высоты буртика 9 и хода поршня 4, который соответствует высоте выступа 5 над гладкой цилиндрической поверхностью торца 6 поршня 4.

Кроме того, на внутренних концах поршня 4 сняты с двух сторон лыски 12, плоскость которых параллельна выступам 5.

В корпусе 13 пакера 14 выполнена канавка 15 шире выступа 5, верхняя кромка 16 которой выполнена с углом 30°-80° для взаимодействия с верхним конусом 7 выступа 5, а нижняя 17 взаимодействует с упором 18 корпуса 1 замка.

К корпусу 13 присоединена полированная втулка 19, взаимодействующая с ниппелем 20, присоединённым к корпусу 1 замка и оснащенным уплотнениями 21.

Пакер 14 установлен в эксплуатационной колонне 22 скважины.

В него на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 23 спущен ниппель 20 с замком.

На наружном конце с нижней стороны поршня 4 ввёрнут винт 24 (фиг. 4), шляпка которого 25, выступая за боковую поверхность поршня 4, взаимодействуют с канавкой 26, выполненной в окне 3.

Пакер 14 разделяет эксплуатационную колонну и скважину на надпакерное 27 и подпакерное 28, сообщенное с пластом, пространства.

Работает замок следующим образом.

Осуществляют сборку замка. Поршень 4 вставляют в окно 3 корпуса 1 в положении, когда выступ 5 направлен вдоль оси корпуса 1, тогда плоскость лысок 12 тоже направлена вдоль оси корпуса. Лыски 12 выполнены на глубину, обеспечивающую ширину концов достаточную для вхождения их внутрь «овала», образованного буртиком 9 и поверхностью окна 3.

После вхождения лысок 12 до упора поршня 4 в буртик 9, поворачивают поршень 4 на 90° в направлении, обеспечивающем установки конуса 7 вверх.

Затем фиксируют поршень 4 от поворота винтом 24, при этом край шляпки 25 винта входит в канавку 26 в окне 3. В таком же порядке монтируют все поршни 4, их количество может быть два и более, в зависимости от давлений закачки жидкости. Затем собирают весь узел: присоединяют корпус 1 замка к ниппелю 20 и колонне НКТ 23.

В конце спуска ниппель 20 входит в полированную втулку 19, а корпус 1 внутрь корпуса 13 пакера 14 до контакта упора 18 корпуса 1 в нижнюю кромку 17 канавки 15 в корпусе 13 пакера 14.

Поршни 4 при спуске из-за отсутствия перепада давлений могут находится в любом положении, а при входе в корпус 13 легко вдавливаются нижним конусом 8 выступа 5, имеющим угол 10°-30°.

После монтажа устьевого оборудования по колонне НКТ 23 начинают закачку воды в пласт (на фиг. 1-4 не показан). Перепад давлений между подпакерным 28 и надпакерным 27 пространствами выталкивает ниппель 20 с уплотнениями 21 из полированной втулки 19 вверх, в тоже время этот же перепад выталкивает поршни 4 до упора в дно канавки 11, верхний конус 7 упирается в верхнюю кромку 16 канавки 11, выполненную тем же конусом, что и верхний конус выступа 5, фиксируя замок и вместе с ним ниппель 20 в пакере 14.

В зависимости от диаметров ниппеля 20, диаметра поршней 4 и их количества подбирают угол конуса 7, обеспечивающий превышение сил, выталкивающих поршни 4 наружу, над силой, заталкивающей поршни 4 внутрь, возникающей при взаимодействии (клин) конусов верхней кромки 16 канавки 11 и конуса 7 выступа 5, под действием выталкивающей силы от перепада давлений, действующих на ниппель 20.

Расположение конуса 7 на оси поршня 4 исключает возникновение неуравновешенных перекачивающих сил, которые могли бы привести к заклиниванию поршней 4.

При необходимости извлечения оборудования из скважины прекращают закачку воды, давления в надпакерном 27 и подпакерном 28 пространствах выравниваются, на поршень 4 перестаёт действовать выталкивающая сила, кромка 16 канавки 11 заталкивает через конус 7 поршни 4 внутрь корпуса 1 и ниппель 20 беспрепятственно поднимают вверх и извлекают из скважины.

Таким образом разработан простой надёжный, обеспечивающий отсутствие внутренних сужений замок для фиксации спускаемого ниппеля в пакере нагнетательной скважины. Широкий проход в замке позволяет беспрепятственно спускать любые приборы, проводить промывку забоя спуском колтюбинга или колонны НКТ. Наличие верхней и нижней конических выработок на выступе поршня позволяет выступу легко входить и выходить из ответной канавки на пакере, что повышает надёжность замка.

Изобретение относится к замку для фиксации ниппеля в пакере. Техническим результатом является повышение эксплуатационных возможностей и надёжности замка. Замок включает цилиндрический корпус с продольным каналом и поперечными цилиндрическими окнами. В окнах установлены поршни с поперечным выступом на наружном торце. В канале пакера, взаимодействующим с замком выполнена кольцевая канавка. Верхний край канавки выполнен с углом 30°-80°. Корпус замка оснащён упором, взаимодействующим с ответным на пакере и обеспечивающим остановку выступа поршня против канавки. Выступ выполнен по ширине уже канавки с верхним углом конуса 30°-80°, а нижним – 10°-30°. Верхний конус поршня размещён на продольной оси поршня. В окнах в месте пересечения их с продольным каналом выполнен кольцевой буртик. На внутреннем конце поршней выполнена ответная канавка шириной более суммы высоты выступа и ширины буртика. Также на внутреннем конце поршней выполнены лыски шириной от торца до верхней кромки канавки, ориентированные своей плоскостью параллельно наружному выступу. Поршень снабжен противоповоротным устройством. 4 ил.

Замок для фиксации ниппеля в пакере, включающий цилиндрический корпус с продольным каналом и поперечными цилиндрическими окнами, в которых установлены поршни с поперечным выступом на наружном торце, отличающийся тем, что в канале пакера, взаимодействующим с замком выполнена кольцевая канавка, верхний край которой выполнен с углом 30°-80°, а корпус замка оснащён упором, взаимодействующим с ответным на пакере и обеспечивающим остановку выступа поршня против канавки, выступ выполнен по ширине уже канавки с верхним углом конуса 30°-80°, а нижним – 10°-30°, при этом верхний конус поршня размещён на продольной оси поршня, в окнах в месте пересечения их с продольным каналом выполнен кольцевой буртик, на внутреннем конце поршней – ответная канавка шириной более суммы высоты выступа и ширины буртика, и лыски шириной от торца до верхней кромки канавки, ориентированные своей плоскостью параллельно наружному выступу, при этом поршень снабжен противоповоротным устройством.