Якорь для скважин Советский патент 1984 года по МПК E21B23/06 E21B49/00 E21B33/12 

СП

о: оелИзобретение относится к технике для испытания и опробования скважин испытателя ли пластов на трубах, а именно к якорям, предназначенным дл закрепления различных устройств, на ример пакеров, в открытом стволе скважин или обсаженных колонной с п редачей возникающих при этом усилий на стенку скважины. Известен якорь, включающий шток, конус, плашки с тягой, замок плашек фрикционный фонарь с ключом и замок фрикционного фонаря, жестко связанн с фрикционным фонарем толкатель, та лескопически связанный и взаимодействующий с тягой, которая и образуе со штоком кольцевую полость. Замок плашек расположен в указанной поло,сти и защищен от прямого воздействи промывочной жидкости l. Конструкция якоря обеспечивает н дежную работу подвижных деталей, ра мещенных на штоке замка плашек, фрикционного фонаря и замка при условии, когда скважина заполнена однородной средой без механических частиц. Однако в реальных условиях рабочая среда представляет собой су пензию со взвешенными твердыми част цами горной породы, бурового раство ра, продуктов коррозии металла и ут желителя. Ввиду этого при испытании пластов имеют место отказы якоря в работе. Известен также якорь для скважин содержащий шток, конус с плашками, толкатели пла1лек, фиксатор плашек относительно штока, фрикционный фонарь с замком, с ключом для взаимодействия с фиксатором и образующим со штоком камеру, заполненную рабочей жидкостью, патрубком для взаимо действия с толкателем 21. Недостатком данного устройства является то, что замок фрикциона, имеющий два фигурных паза с ловушка ми, выполнен в виде подвижной относительно штока втулки, один конец которой жестко связан с фрикционом, а второй конец с пазами свободный. От воздействия пальцев, жестко связанных со штоком, нижняя часть замка фрикциона, ослабленная наличием пазов, испытывает значительные изгибаю щие усилия во время проворота ротором колонны труб для перевода якоря из транспортного положения в рабочее на заданной глубине, а также при спуске и подъеме якоря в скважине. Вследствие несовершенства такой конструкции замка фрикциона имели ме сто сломы втулки замка в сечении фигурных пазов, а также деформация зам ка в радиальном направлении. В результате замок принимает фор% у ворон ки с разрезами по фигурным пазам, что выз111вает огказ якоря при работе в скважин(2. Замок якоря по кольцевому зазору со штоком также не защищен от рабочей среды. Шток во время спуска и подъема якоря совершает осевые перемещения относительно фрикциона на величину длины паза с ловушками вверх-вниз, что способствует запрессовке шламом фигурных пазов и кольцевого зазора замка. Подпружиненные башмаки фрикциона счищают глинистую корку и частицы горной породы со стенок скважины. Накапливаясь на фрикционе и под ним твердые частицы попадают в пазы замка фрикциона, спрессовываются и вдавливаются в зазор между штоком и втулкой замка, что приводит к заклиниванию штока и отказу якоря в скважине. Отмеченные конструктив-ые недостатки снижают надежность работы якоря, особенно при исследовании пластов в сложных геолого-технических условиях в глубоких и наклонных скважинах. Цель изобретения - повышение надеж|Ности работы якоря при переводе его из транспортного положения в рабочее и обратно в наклонных скважинах, а также обеспечение фиксированного положения плашек относительно конуса и сохранения заданного хода последних. Поставленная цель достигается тем, что в якоре для скважин, содержащем шток, конус с плашками, толкатели плашек, фиксатор плашек oтнocитeJlьнo штока, фрикционный фонарь с замком, с ключом для взаимодействия с фиксатором и образующим со штоком камеру, заполненную рабочей жидкостью, патрубком для взаимодействия с толкателем, фрикционный фонарь снабжен телескопическими втулками, внутренняя из которых жестко связана с замком фрикционного фонаря, концентрично установлена относительно него и выполнена на наружной поверхности с выступом, имеющим пазы, а наружная установлена с возможностью осевого перемещения, причем втулки образуют со штоком герметичную полость, гидравлически связанную с камерой, заполненной рабочей жидкостью. Плашки снабжены боковыми упорами, а конус выполнен с выступами для взаимодействия с упорами плашек. На фиг. 1 показан предлагаемый якорь.для скважин, общий вид; на фиг. 2 - развертка замка фрикциона. Якорь содержит конус 1, вдоль наклонных направляющих которого подвижно размещены плашки 2. С конусом 1 жестко соединен шток 3, с кольцевой канавкой А на наружной поверхности. В нижней части штока 3 подвижно размещен фрикционный фонарь 4, башмаки 5 которого постоянно прижаты пружинами 6 к стенке скважины. Фрикционный фонарь 4 жестко сочленен с замком 7 фрикциона с фигурными пазами б и ловушками 6, в которых могут перемещаться пальцы 8, жестко связанные со штоком 3. Заглок 7 фрикциона концентрично размещен в охватывающей его по наруж ной поверхности внутренней втулке 9 и жестко с ней сочленен. Втулка 9 в нижней части с наружной поверхности выполнена с кольцевым выступом 10, на наружной поверхности которого имеются продольные пазы 11. Втулка 9 телескопически связана с второй наружной втулкой 12, кольце вой выступ которой с проходным отвер стием большого диаметра охватывает втулку 9, а кольцевой выступ с меньшим проходным отверстием на втором конце втулки 12 охватывает шток. Втулка 12 подвижно размещена на штоке и втулке 9 с возможностью осевого и вращательного перемещения. Коль цевой выступ 10 втулки 9 подвижно размещен в кольцевой проточке втулки 12. Втулки 9 и 12 и шток по подвижным соединениям образуют две камеры Г и А, которые сообщаются между собой пазами 11. Толкатель 13 фонаря подвижно тел скопически связан с тягой 14, жестк соединенной с обоймой 15, выполненной с Т-образными пазами Е. В профи лированных пазах неподвижно закреплены одним концом толкатели 16 плашек, второй конец которых подвижно соединен с плашками 2, имеющими пазы такого же профиля. В пространстве, ограниченном штоком 3, обоймой 15, тягой 14, толкате лем 13, торцом фрикциона с ключом 1 размещен замок 18 плашек, выполненный в виде многолепестковой пружиныцанги с захватами Ж и жестко связанный с тягой 14 и обоймой 15. Захваты Ж могут входить в зацепление со штоком 3 в кольцевую проточку А. Поверхности скольжения подвижных соединений (обойма 15 - UITOK 3, втул ка 13 - тяга 14, втулка 9 - втулка 1 снабжены уплотнениями 19,20,21 и 22 Поверхности подвижных соединений с указанными уплотнениями образуют три камеры Г, Д, 3. Плашки 2 боковыми упорами И в транспортном положении якоря могут быть в контакте с выступами К в ниж ней части наклонных направляющих ко нуса 1. Объем камеры Г больше или равняе ся сумме объемов камер Д и 3. Якорь работает следующим образом В транспортном положении заклини вающие плашки 2 удерживаются в нижнем положении с помощью толкателей 16, сочлененных с обоймой 15, и зам ка 18 плашек, захваты X которого зацеплены за уступ штока 3, образованный проточкой А. Фрикционный фонарь 4 также удерживается в зацеплении со штоком 3 с помощью пальцев 8 на две ловушки В замка 7. Фрикцион 4 башмаками 5 постоянно скользит по стенкам скважины и одновременно может поступательно перемещаться вдоль штока 3 на длину ловушки В. Вследствие перемещения фрикциона 4 вверх изменяется объем камеры 3 , и минеральное масло, заполняющее эту камеру, выдавливается в камеру Г по кольцевому зазору между штоком 3 и фрикционным фонарем 4 кли поступает в камеру 3 при движении фрикциона вниз относительно штока. Объем камеры г максимальный, когда втулка 12 находится в крайнем нижнем положении, и должен вмещать весь объем поступающей жидкости из камер 3 и Д , когда якорь переводится в рабочее положение. При достижении заданной глубины спуска якоря приподнимают колонку труб и шток 3 вверх на 0,5-1,0 м. При этом шток 3 движется вверх, а фрикционный фонарь 4 под действием трения башмаков 5 о стенку скважины остается на месте, пальцы 8 перемещаются на длину паза ловушки В вверх и оказываются против паза Б. Затем колонну труб вращают на 2-3 оборота вправо и одновременно плавно опускают вниз . Шток 3 движется вниз, пальцы 8 выходят из паза Б и фрикцион 4 выходит из зацепления со штоком 3. При дальнейшем движении штока толкатель 13 скользит по тяге 14, ключ 17 входит в цангу 18, освобождая захваты , от зацепления со штоком 3, по проточке Л. Толкатель 13 торцом соприкасается с обоймой 15 и через толкатели 16 удерживает плашки 2. Шток 3 вместе с конусом 1 перемещается вниз относительно подвижных деталей, удерживаемых фрикционом. Заклинивающие плашки 2 скользят по наклонным направляющим конуса вверх, перемещаясь к стенке скважины до полной их заклинки между конусом и стенкой скважины. Таким образом якорь из транспортного положения переведен в рабочее. Жидкость (.минеральное масло) из камеры 3, вытесненная торцом фрикциона при движении его вверх на величину свободного хода толкателя 13 фрикциона относительно тяги 14, полностью переместилась (вытеснилась ) в камеры Г , жидкость из камеры Д ;гоже вьодавилась по пазам 11 в камеру Г . Перевод якоря из рабочего положения в транспортное осуществляется перемещением колонны труб со штоком 3 вверх. При зтом фрикциЬнный фонарь 4 удерживается на месте вследствие трения о стенку скважины, шток 3 движет ся вверх. Относительно штока 3 вниз перемещается толкатель 13 фрикциона, а после выбора свободного хода тяги 14 обойма 15 через толкатель 16 стягивает плашки 2 вниз до полного контакта упоров и плашек 2 с выступами К конуса 1. захваты X замка 18 входят в зацепление со штоком 3 в кояь-цевую проточку - , а пальцы 8 оказываются над ловушкой В. Теперь при опускании штока 3 вниз фрикцион 4 за счет трения о стенки скважины перемещается относительно штока 3 . вверх, и пальцы 8 попадают на дно ловушки в. Якорь переведен в транспортное положение. 11 Предлагаемое изобретение позволяет полностью исключить возможность заклинивания, разрушения замка фрикциона, проникновение механических частиц горной породы в кольцевой зазор между штоком и замком фрикциона, фрикционным фонарем и обоймой; исключить коррозию поверхностей скольже|Ния подвижных деталей и замка фрикциона, тем самым повысить надежность работы якоря в открытом стволе бурящихся скважин; исключить вероятность оставления подвижных деталей, размещенных на штоке, в скважине при аварийной ситуации. Увеличивается срок службы якоря за счет того, что все подвижные детали работают в масле и изолированы от скважинной среды.

Г

f

-13

77

1. ЯКОРЬ ДЛЯ СКВАЖИН, содержащий шток, конус с плашками, толкатели плашек, фиксатор плашек относительно штока, фрикционный фонарь с замком, с ключом для взаимодействия с фиксатором и образующим- со штоком камеру, заполненную рабочей жид костью, патрубком для взаимодействия с толкателем, отличающий ся тем, что, с целью повышения надежности работы якоря при перевод его из транспортного положения в рабочее и обратно в наклонных скважинах, фрикционный фонарь снабжен телескопическими втулками, внутренняя из которых жестко связана с замком фрикционного фонаря, концентрично установлена относительно него и выполнена на наружной поверхности с выступом, имеющим пазы, а наружная установлена с возможностью осевого перемещения, причем втулки образуют со штоком герметичную полость, гидравлически связанную с камерой, заполненной рабочей жидкостью. отличаю- § 2. Якорь по п. 1, 1д и и с я тем, что, с целью обеспечеел ния фиксированного положения плашек относительно конуса и сохранения заданного хода последних, плашки снабжены боковыми упорами, а конус выполнен с выступами для взаимодействия с 2 упорами плашек.