Якорь Советский патент 1982 года по МПК E21B23/06 

(5) ЯКОРЬ

Изобретение относится к технике для проводки, испытания и эксплуатации скважин и предназначено для установки различных устройств на произвольно заданной глубине скважины.

Наиболее важной област1;.ю применения изобретения является установка пакеров при испытании скважин с помощью испытателей пластов на трубах. Конкретно изобретение относится к якорям механического типа, перевод которых из транспортного положения в рабочее и обратно производится под действием сил сцепления фрикциона со стенкой скважины.

Известен якорь, содержащий конус с плашками, шток и фрикцион. Зацепление фрикциона и штока осуществляется с помощью замка, снабженного V-образным пазом ,1 .

Недостатком конструкции является низкая точность его установки, а следовательно, и связанного с ним испытательного или другого оборудования

на заданной глубине скважины. Это вызвано тем, что для отцепления фрикциона используется перемещение штока якоря вдоль ствола скважины. Для осуществления операции отцепления в принципе достаточно малое осевое смещение штока (порядка нескольких сантиметров), однако это перемещение необходимо осуществлять через длин- ную колонну труб, на которых якорь спускается в скважину. При работе якоря в глубоких, наклонных или осложненных скважинах из-за трения труб о стенку скважины, зацепления муфт за уступы на ее поверхности, местных прихватов и т.п. между якорем и устьем скважины накапливается значительная неконтролируемая упругая деформация труб. Поэтому для осуществления гарантированнрго перемещения штока якоря приходится пе- редавать с устья скважины завышенное (с запасом) перемещение труб. Это приводит к неконтролируемому

смещению якоря относительно выбранной точки его закрепления, т.е. снижает точность его установки по глубине скважины.

Упругая деформация труб быстро нарастает с увеличением глубины установки якоря. При большом неконтролируемом смещении якоря некоторые виды работ с испытательном оборудованием, такие как поинтервальное исследование продуктивного пласта, испытание тонких пропластков, установка якоря и испытательного оборудования на коротком кондиционном .участке ствола осложненной скважины и др., не могут быть проведены качественно или не могут быть осуществлены вообще.

Известен также якорь, содержащий конус с плашками, синхронизатор перемещения плашек, шток с выступом, фрикцион, корпус замка, подпружиненную защелку и связанный со штоком ползун, взаимодействующий с защелкой с выступом штока. В нем для отцепления фрикциона необходимо шток вначале переместить вверх и затем опустить его вниз Г 2

Недостатком этой конструкции является низкая точность установки якоря по глубине скважины, связанна с необходимостью смещения штока якоря вдоль ствола скважины.

Цель изобретения - обеспечение точности установки якоря по глубине скважины.

Поставленная цель достигается тем, что на внутренней поверхности корпуса замка выполнена винтовая нарезка, а ползун снабжен подпружиненным сектором с винтовой нарезкой под нарезку корпуса замка, причем шток имеет кольцевую проточку для размещения сектора при взаимодействии ползуна с защелкой и выступом штока.

Узел связи ползуна со штоком выполнен в виде подпружиненного фрикционного башмака или в виде шпоночного соединения.

На фиг. 1 представлен якорь в транспортном положении, общий вид; на фиг. 2 - замковая часть якоря в закрытом (транспортном) положении, в которой соединение ползуна со штоком выполнено в виде связанного с ползуном фрикционного башмака, упруго прижатого к поверхности штока; на фиг. 3 - то же, в открытом попоже

НИИ, в которой соединение ползуна со штоком выполнено в виде жестко установленной в ползуне шпонки, находящейся в зацеплении со шпоночным пазом в теле штока якоря.

Якорь содержит конус 1, по наклонным направляющим которого могут перемещаться заклинивающие плашки 2. С конусом 1 жестко соединен шток 3. На нем подвижно установлен синхронизатор перемещения заклинивающих плашек 2, объединяющий их посредством Т-образных подвижных соединений. Синхронизатор Ц с помощью S-образного замка связан с фрикционом 5 который подвижно установлен на штоке 3. S-образный замок позволяет фрикциону 5 свободно поворачиваться относительно синхронизатора 4. Внутри фрикциона 5 установлены башмаки 6, прижатые пружинами 7 к стенке скважины. С фрикционом 5 жестко связан корпус 8.замка, в котором подвижно установлена защелка 9 изготовленная в виде разрезанного кольца, охваченного кольцевой пружиной 10. Ниже фрикциона 5 на штоке имеется выступ А, предназначенный для ограничения перемещения подвижных деталей якоря и их фиксации в транспортном положении. На внутренней поверхности корпуса 8 замка нарезана левая резьба 11. Сторона В ее профиля, обращенная к конусу 1, наклонена к оси штока якоря, а противоположная сторона В - перпендикулярна или мало наклонена к этой оси. Между корпусом 8 замка и штоком 3 установлен ползун 12. Он может перемещаться относительно штока 3 и снабжен кольцевым выступом Г, охватывающим шток 3. В радиальном окне ползуна подвижно установлен сектор 13 который на своей внешней поверхности имеет винтовую нарезку с профилем, соответствующим профилю винтовой нарезки корпуса 8 замка. Между сектором 13 и ползуном 12 установлена пружина 14.

В первом варианте исполнения соединения ползуна 12 со штоком 3 в ползуне 12 смонтирован фрикционный башмак 15, который с помощью пружины 16 прижат к поверхности штока 3. При этом на штоке 3 выполнена кольцевая проточка Д, в которую может погружаться сектор 13.

В другом варианте изготовления этого соединения в ползуне 12 жестко 59 установлена шпонка 17, которая находится в зацеплении со шпоночным пазом Е, выполненным на наружной повер ности штока 3. В этом варианте на штоке 3 вместо кольцевой проточки Д выфрезерована выемка Ж. Элементы 15 и 16 или 17 и Е образуют соединение ползуна 12 со штоком 3, которое может передавать вращательное движение от штока 3 на ползун 12. Сектор 13, пружина 14 и кольцевая проточка Д или выемка Ж образуют сое динение ползуна 12 с винтовой нарезкой 11 корпуса 8 замка, размыкающееся при взаимодействии ползуна 12 с выступом А на штоке 3- Угол наклона стороны Б профиля винтовой нарезки 11, обращенной к конусу 1, и соответ ствующей стороны профиля резьбы сектора 13, а также усилие пружины I выбираются таким образом, чтобы резь бовое соединение сектора 13 с корпусом 8 замка размыкалось при определенном осевом усилии на ползуне 12 с стороны выступа Г. Угол наклона стороны В профиля винтовой нарезки 11 и соответствующей стороны профиля резьбы сектора 13 опреде.ляется из условия сохранения заце ления сектора 13 с корпусом 8 замка при любой величине осевого усилия на ползуне 12, приложенного со сторо ны, противоположной выступу Г. Вычис ления углов могут быть выполнены по известным правилам для расчета самотормозящих и несамотормозящих клино.вых замковых соединений. Якорь работает следующим образом. Якорь опускается в скважину в тран спортном положении. При этом заклинивающие плашки 2 находятся в утопленном положении, а ползун 12 уделен от защелки 9. Защелка 9 зацеплена за выступ А поверхности штока 3, а между фрикционом 5 и выступом А остается небольшой зазор. Сектор 13 находится в зацеплении с резьбой 11 корпуса 8 замка. При движении якоря в скважине силы трения башмаков 6 о ее стенку не могут вывести якорь из транспортного положения, так как этому препятствует зацепление защелки 9 за выступ А. После достижения необходимой глубины погружения якоря шток 3 приводят во вращение по часовой стрелке. Фрикцион 5 и корпус 8 замка под действием сил сцепления 7« башмаков 6 со стенкой скважины остаются неподвижными, несмотря на вращение штока 3, а ползун 12 под действием силы трения башмака 15 о поверхность штока 3 или под действием шпонки 17, находящейся в зацеплении с пазом Е, вращается -вместе со штоком 3. Вращение ползуна 12 относительно корпуса 8 замка вызывает перемещение ползуна 12 в сторону защелки 9, так как сектор 13 находится в зацеплении с резьбой 11. При движении ползун 12 выступом Г сначала открывает защелку 9, преодолевая сопротивление кольцевой пружины 10, и затем упирается в выступ А на,штоке 3. При этом сектор 13 располагается напротив кольцевой проточки Д или выемки Ж (в зависимости от варианта исполнения якоря). Теперь при вращении ползуна 12 вместе со штоком 3 относительно корпуса 8 замка из-за наклона стороны Б профиля резьбы 11 к оси штока 3 сектор 13 отжимается от корпуса 8 замка и погружается в проточку Д или выемку Ж, преодолевая сопротивление пружины Tt, и таким образом размыкает соединение ползуна 12 с корпусом 8 замка. Дальнейшее вращение штока 3 с ползуном 12 будет вызывать периодическое замыкание и размыкание резьбового соединения сектора 13 с корпусом 8 замка. Чтобы обеспечить полное размыкание сектора 13 с винтовой нарезкой, 11, глубина проточки Д или выемки Ж делается больше величины зацепления сектора 13 с резьбой 11. После того, как будет набрано необходимое для открытия защелки 9 количество оборотов штока 3, вращение штока 3 прекращают и его вместе с конусом 1 опускают вниз. Фрикцион 5 из-за трения башмаков 6 о стенку скважины остается неподвижным, а связанные с ним заклинивающие плашки 2 конусом 1 выдвигаются в радиальном направлении. В это время ползун 12, увлекаемый выступом А на штоке 3, перемещается относительно корпуса 8 замка вниз, удаляясь от защелки 9. При этом сектор 13 прощелкивает по резьбе 11, периодически погружаясь в проточку Д или выемку Ж. ПЬсле соп-;рикосновения заклинивающих плашек 2 со стенкой скважины происходит заклинивание конуса 1 в скважине, чем

и заканчивается перевод якоря в рабочее положение.

Таким образом, в процессе перевода якоря в рабочее положение фрикцион 5 и связанные с ним плашки 2 все время остаются на одной и той же глубине скважины, что позволяет точно закрепить якорь на выбранном участке ее ствола.

Перевод якоря из рабочего положения в транспортное осуществляется путем подъема конуса 1 и штока 3 вверх. Фрикцион 5 и корпус 8 замка из-за связи со стенкой скважины остаются неподвижными. Остается неподвижным и ползун 12, так как сектор 13 под действием пружины 14 входит в зацепление с резьбой 11 на корпусе 8 замка. В ходе подъема штока 3 выступ А проходит зону расположения защелки 9 и упирается в рикцион 5, а защелка 9 под действием кольцевой пружины tO перемещается к штоку 3 и входит в зацепление с выступом А. Ползун 12 при этом оказывается на удалении от защелки 9, т.е. якорь возвращается в транспортное положение.

Для перевода якоря в. новое рабочее положение вновь необходимо: совершить определенное количество оборотов штока 3 относительно фрикциона 5. В реальной конструкции эта величина может составлять от нескольких единиц до нескольких десятков обороС целью повышения надежности рабо ты якоря в сильно загрязненных средах пространство, в котором размещена защелка 9 и ползун 12, может быть загерметизировано и заполнено рабоче жидкостью со смазывающими свойствами Однако при работе в чистых средах целесообразно использовать более дешевую модификацию якоря без герметизирующих устройств. В принципе-без нарушения работоспособности якоря зазор между сектором 13 и штоком 3 на всем пути перемещения ползуна 12 вдоль штока 3 может быть выполнен больше глубины зацепления сектора 13 с винтовой нарезкой 11 корпуса 8 замка. При это необходимо обеспечить сохранение зацепления сектора 13 с нарезкой 11 во время открытия защелки 9- Это мож но сделать надлежащим выбором угла наклона стороны Б профиля нарезки 11

и. усилия пружины 14. Однако с целью повышения надежности открытия замка целесообразно этот зазор на пути подхода ползуна 12 к защелке 9 и на пути

ее открытия сделать малым с тем,

чтобы соединение ползуна 12 с винтовой нарезкой 11 не размыкалось даже под действием больших случайных осевых усилий, действующих на ползун 12.

Защелка 9 может быть размещена не только в кольцевой проточке корпуса 8 замка, но и кольцевой проточке на поверхности штока 3 и входить в зацепление с уступом на внутренней

поверхности корпуса 8 замка.

В результате использования предлагаемого якоря .появляется возможность установки испытательного оборудования на более коротких участках ствола

скважины. Кроме того, повышается

надежность фиксации якоря в транспортном положении, что позволяет увеличить скорость спуска якоря в скважину. Все это сокращает продолжительность испытания скважин и экономит материальные и трудовые ресурсы за счет уменьшения количества неудачных спусков испытательного оборудования в скважину. В ряде случаев можно

избежать применения более трудоемких методов исследования скважин, связанных с установкой цементных мостов или с последовательным проведением испытаний всех потенциальных объектов по мере увеличения глубины скваины непосредственно в процессе ее урения. Формула изобретения Якорь, содержащий конус с плашками, синхронизатор перемещения плашек, шток с выступом, фрикцион, корпус замка, подпружиненную защелку и связанный со штоком ползун, взаимодействующий с защелкой и выступом штсэка, отличающийся тем, что, с целью обеспечения точности установки якоря по глубине скважины, на внутренней поверхности корпуса замка выполнена винтовая нарезка, а ползун снабжен подпружиненным сектором с винтовой нарезкой под нарезку корпуса замка, причем шток имеет кольцевую проточку для размещения сектора при взаимодействии ползуна с защелкой и выступом штока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Патент США № 3331 0, кл. 166-120, опублик. 1967.