Якорь

Якорь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз .Советских

Социалистических

Респубики

<ц901467 (5 I ) Дополнительное к авт. саид-ву (SI)NL. %(л. (22) Заявлено 30.0480 (21) 2919229/22-03

5, 21 8 23/06 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет3Ъаударстваваыа квинтет

CCCP ао делан кзабретекки н открытей, Опубликовано 30Ш.82 . бюллетень №4 (») УЙК622. 245. .7(088.8) Дата опубликования описания 300182 (72) Авторы изобретения

Ю.А. Дудин, А.Н. Замараев, В.И. Гайдамака и P.Ñ. Латыпов

Г

Всесоюзный научно-исследовательский,и%ститу™т нефтепромысловой геофизики (ВНИИНПГ)

i (71) Заявитель (54) ЯКОРЬ

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

Наиболее важной областью 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 Ч-образным пазом (1 ).

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

2 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 длинную 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, 15 местных прихватов и т.п. между якорем и устьем скважины накапливается значительная неконтролируемая упругая деформация труб. Поэтому для

20 осуществления гарантированного перемещения штока якоря приходится передавать с устья скважины завышенное (с запасом) перемещение труб.

Это приводит к неконтролируемому

3 90146 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 пере- gp мещения плашек, шток с выступом, фрикцион, корпус замка, подпружиненную защелку и связанный со штоком ползун, взаимодействующий с защелкой с выступом штока. В нем для отцепле- 2s ния фрикциона необходимо шток вначале переместить вверх и затем опустить его вниз (2 J.

Недостатком этой конструкции является низкая точность установки якоря щ 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. 45

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

На фиг. 1 представлен якорь в тран-@ спортном 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 положе

7 4 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 4 перемещения заклинивающих плашек 2, объединяющий их посредством

Т-образных подвижных соединений. Син" хронизатор 4 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

YcTGHoBJI8HbI 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 ll. Сторона

В ее профиля, обращенная к конусу 1, наклонена к оси штока якоря, а проти" воположная 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 ползу" не 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.

B другом варианте изготовления этого соединения в ползуне 12 жестко

5 9014 установлена шпонка 17, которая находится в зацеплении со шпоночным пазом Е, выполненным на наружной поверхности 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 пол- 10 зун 12.

Сектор 13, пружина 14 и кольцевая проточка Д или выемка Ж образуют соединение ползуна 12 с винтовой нарезкой 11 корпуса 8 замка, размыкающе- ts еся при взаимодействии ползуна 12 с выступом А на штоке 3. Угол наклона стороны 6 профиля винтовой нарезки

l1, обращенной к конусу 1, и соответ.ствующей стороны профиля резьбы сек- рв тора 13, а также усилие пружины 14 выбираются таким образом, чтобы резьбовое соединение сектора 13 с корпусом 8 замка размыкалось при определенном осевом усилии на полэуне 12 co2s стороны выступа Г. Угол наклона стороны В профиля винтовой нарезки

ll и соответствующей стороны профиля резьбы сектора 13 определяется из условия сохранения зацеп о ления сектора 13 с корпусом 8 замка при любой величине осевого усилия на ползуне 12, приложенного со стороны, противоположной выступу Г. Вычисления углов могут быть выполнены по известным правилам для расчета самотормозящих и несамотормозящих клино.вых замковых соединений.

67 6 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 што-. ком 3. Вращение полэуна 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 (e 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 14, 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 сек" гора 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.

Якорь работает следующим образом. 4ц

Якорь опускается в скважину в транспортном 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

55 необходимой глубины погружения якоря шток 3 приводят во вращение по часовой стрелке. Фрикцион 5 и корпус 8 замка под действием сил сцепления

После того, как будет набрано не" обходимое 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 скважиныостается неподвижным, а связанные с ним заклинивающие плашки 2 конусом 1 выдвигаются в радиальном направлении. В это время полэун 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. После соприкосновения эаклинивающих плашек 2 со стенкой скважины происходит эаклинивание конуса 1 в скважине, чем

7 901 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 э 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 фрикцион 5, а защелка 9 под действием кольцевой пружины 10 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 о6оротов.

С целью повышения надежности работы якоря в сильно загрязненных средах пространство, в котором размещена защелка 9 и ползун 12, может быть загерметизировано и заполнено рабочей жидкостью со смазывающими свойствами.

Однако при работе в чистых средах целесообразно использовать более дешевую модификацию якоря без герметизирующих устройств.

467

Формула изобретения

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 этом необходимо обеспечить сохранение за цепления сектора 13 с нарезкой 11

so время открытия защелки 9. Это можно сделать надлежащим выбором угла наклона стороны Б профиля нарезки 11

1о !

25 зо

35 и. усилия пружины 14. Однако с целью повышения надежности открытия заика 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 раэмыкалось 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 эа 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 скважины непосредственно в процессе ее бурения.

1. 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 штока., о т л и ч à ю шийся 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.

901467

2. Якорь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что узел связи ползуна со штоком выполнен в виде подпружиненного фрикционного башмака.

Якорь по п.1, о т л и ч а вщ и и с

" с я тем что узел связи полВ зуна со штоком выполнен в виде шпоночного соединения.

Источники информации. принятые во внимание при экспертизе

1. Ситдыков Г.А. и др. Пакер ме» ханический без опоры на забой скважины. HTC "Машины и нефтяное оборудование", 1975, М 10, с. 7-10.

2. Патент США N 3331 440, кл. 166-120, опублик. 1967.

Риг. 1