Якорь

(23) ПриоритетЗЪаударетваваыЯ квинтет СССР ао делан кзабретеккЯ н открытей, Опубликовано 30 Ш,82, б 1 оллетень РВ 4(5 З) Уйб 22,245. .7(088.8) Дата опубликования описания 300182(54) ЯКОРЬ 1Изобретение относится к техникедля проводки, испытания и эксплуатации скважин и предназначено для установки различных устройств на произвольно заданной глубине скважины.Наиболее важной областью применения изобретения является установкапакеров при испытании скважин с помощью испытателей пластов на трубах.Конкретно изобретение относится кякорям механического типа, переводкоторых из транспортного положенияв рабочее и обратно производится поддействием 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 1,1 .Недостатком конструкции является низкая точность его установки, а следовательно, и связанного с ним испытательного или другого оборудования 2на заданной глубине скважины. Этовызвано тем, что для отцепления фрикциона используется перемещение штокаякоря вдоль ствола скважины. Дляосуществления операции отцепленияв принципе достаточно малое осевоесмещение штока (порядка несколькихсантиметров), однако это перемещениенеобходимо осуществлять через длинную колонну труб, на которых якорь то спускается в скважину. При работеякоря в глубоких, наклонных илиосложненных скважинах из-за трениятруб о стенку скважины, зацеплениямуфт за уступы на ее поверхности, 15местных прихватов и т.п. между яко"рем и устьем скважины накапливаетсязначительная неконтролируемая упругая деформация труб, Поэтому для 20осуществления гарантированного перемещения штока якоря приходится передавать с устья скважины завышенное (с запасом) перемещение труб.Это приводит к неконтролируемому3 90146смещению якоря относительно выбранной точки его закрепления, т.е,снижает точность его установки поглубине скважины.Упругая деформация труб быстронарастает с увеличением глубиныустановки якоря. При большом неконтролируемом смещении якоря некоторыевиды 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 1и др., не могут быть проведены качественно или не могут быть осуществлены вообще,Известен также якорь, содержащийконус с плашками, синхронизатор пере- вмещения плашек, шток с выступом,фрикцион, корпус замка, подпружиненную защелку и связанный со штокомползун, взаимодействующий с защелкойс выступом штока. В нем для отцепления фрикциона необходимо шток вначалепереместить вверх и затем опуститьего вниз 2 1.Недостатком этой конструкции является низкая точность установки якоря зопо глубине скважины, связанна с необходимостью смещения штока якорявдоль ствола скважины,Цель изобретения - обеспечениеточности установки якоря по глубинескважины,Поставленная цель достигается тем,что на внутренней поверхности корпусазамка выполнена винтовая нарезка,а ползун снабжен подпружиненным сектором с винтовой нарезкой под нарезкукорпуса замка, причем шток имеет кольцевую проточку для размещения секторапри взаимодействии ползуна с защелкойи выступом штока. 45 7 4нии, в которой соединение ползунасо штоком выполнено в виде жесткоустановленной в ползуне шпонки, находящейся в зацеплении со шпоночнымпазом в теле штока якоря.Якорь содержит конус 1, по наклонным направляющим которого могут перемещаться заклинивающие плашки 2. Сконусом 1 жестко соединен шток 3.На нем подвижно установлен синхронизатор 4 перемещения заклинивающихплашек 2, объединяющий их посредствомТ-образных подвижных соединений. Син"хронизатор 4 с помощью 5-образногозамка связан с фрикционом 5, которыйподвижно установлен на штоке 3. 3-образный замок позволяет фрикциону 5свободно поворачиваться относительносинхронизатора 4. Внутри фрикциона 5установлены башмаки б, 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 5на штоке имеется выступ А, предназначенный для ограничения перемещенияподвижных деталей якоря и их фиксации в транспортном положении. Навнутренней поверхности корпуса 8 замка нарезана левая резьба 11, 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 13В другом варианте изготовления этого соединения в ползуне 12 жестко Узел связи ползуна со штоком выполнен в виде подпружиненного фрикционного башмака или в виде шпоночного соединения.На фиг. 1 представлен якорь в тран-фф 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 положе5 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 о 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 еся при взаимодействии ползуна 12 с выступом А на штоке 3. Угол наклона стороны 6 профиля винтовой нарезки11, обращенной к конусу 1, и соответ.- ствующей стороны профиля резьбы сек- ро 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 со 25 стороны выступа Г. Угол наклона стороны В профиля винтовой нарезки 11 и соответствующей стороны профиля резьбы сектора 13 определяется из условия сохранения зацепо 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 само- тормозящих и несамотормозящих клино.вых замковых соединений. 67 б 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 действиемшпонки 17, находящейся в зацеплениис 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 открываетзащелку 9, преодолевая сопротивлениекольцевой пружины 10, и затем упирается в выступ А на штоке 3. При этомсектор 13 располагается напротивкольцевой проточки Д или выемки Жв зависимости от варианта исполнения якоря). Теперь при вращении ползуна 12 вместе со штоком 3 относительно корпуса 8 замка из-за наклонастороны Б профиля резьбы 11 к осиштока 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 12с корпусом 8 замка, Дальнейшее вращение штока 3 с ползуном 12 будетвызывать периодическое замыкание и размыкание резьбового соединения сек"тора 13 с корпусом 8 замка. Чтобыобеспечить полное размыкание сектора 13 с винтовой нарезкой 11, глубинапроточки Д или выемки Ж делаетсябольше величины зацепления сектора13 с резьбой 11, Якорь работает следующим образом,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 достижения55 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. ПЬсле соприкосновения эаклинивающих плашек 2 со стенкой скважины происходит эаклинивание конуса 1 в скважине, чем7 901и заканчивается перевод якоря в рабочее положение,Таким образом, в процессе переводаякоря в рабочее положение фрикцион 5и связанные с ним плашки 2 все времяостаются на одной и той же глубинескважины,. что позволяет точно закре"пить якорь на выбранном участке еествола.Перевод якоря из рабочего положения в транспортное осуществляетсяпутем подъема конуса 1 и штока 3вверх. Фрикцион э и корпус 8 замкаиз-за связи со стенкой скважиныостаются неподвижными. Остаетсянеподвижным и ползун 12, так каксектор 13 под действием пружины, входит в зацепление с резьбой 11на корпусе 8 замка. В ходе подъемаштока 3 выступ А проходит зону расположения защелки 9 и упирается вфрикцион 5, а защелка 9 под действием кольцевой пружины 10 перемещается к штоку 3 и входит в зацеплениес выступом А. Ползун 12 при этомоказывается на удалении от защелки9, т.е, якорь возвращается в транспортное положение,Для перевода якоря в новое рабочее положение вновь необходимо: совершить определенное количестВо оборотов штока 3 относительно фрикциона5. В реальной конструкции эта величина может составлять от несколькихединиц до нескольких десятков оборотов.С целью повышения надежности работы якоря в сильно загрязненных средах пространство, в котором размещена защелка 9 и ползун 12, может бытьзагерметизировано и заполнено рабочейжидкостью со смазывающими свойствами,Однако при работе в чистых средахцелесообразно использовать болеедешевую модификацию якоря без герметизирующих устройств. 467 Формула изобретения 4 о 45 50 55 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 зацепления сектора 13 с нарезкой 11 во время открытия защелки 9. Это можно сделать надлежащим выбором угла наклона стороны Б профиля нарезки 11 5 1 о 5 20 25 зо 35 и. усилия пружины 14, Однако с цельюповышения надежности открытия заикацелесообразно этот зазор на пути подхода ползуна 12 к защелке 9 и на путиее открытия сделать малым с тем,чтобы соединение ползуна 12 с винтовойнарезкой 11 не раэмыкалось даже поддействием больших случайных осевыхусилий, действующих на ползун 12.Защелка 9 может быть размещенане только в кольцевой проточке корпуса 8 замка, но и кольцевой проточкена поверхности штока 3 и входить взацепление с уступом на внутреннейповерхности корпуса 8 замка,В результате использования предлагаемого якоря, появляется возможностьустановки испытательного оборудованияна более коРотких участках стволаскважины. Кроме того, повышаетсянадежность фиксации якоря в транспортном положении, что позволяет увеличить скорость спуска якоря в скважину. Все это сокращает продолжительность испытания скважин и экономитматериальные и трудовые ресурсы эасчет уменьшения количества неудачныхспусков испытательного оборудованияв скважину. В ряде случаев можноизбежать применения более трудоемкихметодов исследования скважин, связанных с установкой цементных мостовили с последовательным проведениемиспытаний всех потенциальных объектов по мере увеличения глубины скважины непосредственно в процессе еебурения. 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 а ю щ и й с я 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 ющ и й с я тем, что узел связи ползуна со штоком выполнен в виде подпружиненного фрикционного башмака.3. Якорь по п.1, о т л и ч а вщ и и с" с я тем что узел связи пол 9зуна со штоком выполнен в виде шпоночного соединения. 1 ОИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Ситдыков Г.А. и др. Пакер механический без опоры на забой скважины. НТС "Машины и нефтяное оборудование", 1975, М 10, с. 7-10.2. Патент США Ю 3331 440,кл. 166-120, опублик. 1967901467НИИПИ Заказ 12322/ ираж 623 Подписное лиал ППП "Патент", Ужгород, ул.Проектная,