ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ЯКОРЬ
HYDRO-MECHANICAL ANCHOR

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для фиксации оборудования в скважине, например пакеров, домкратов и т.д.
Известен «Якорь» (авторское свидетельство №953184, Е21В 23/06, опубл. Бюл. №31 от 23.08.1982 г.), включающий полый шток, установленные с возможностью перемещения друг относительно друга корпусы и толкатели башмаков с упругими элементами и конусы с упорными плашками, при этом упругие элементы выполнены в виде подпружиненных в продольном направлении конических упоров, установленных с возможностью взаимодействия с концевой частью башмаков.
Недостатками устройства являются сложная многоэлементная конструкция с большим количеством сопрягаемых деталей, требующих высокой точности изготовления, а также сложный механизм вывода плашек в рабочее положение и возврата их в транспортное положение, требующий сложных манипуляций инструментом (подъемы с поворотом, разгрузка инструмента с поворотом и др.).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Гидромеханический якорь» (патент RU №2009309, Е21В 23/06, опубл. Бюл. №5 от 15.03.1994 г.), включающий полый шток с радиальными каналами, наружным выступом в верхней части и поршнем, телескопически установленный относительно штока корпус с внутренним выступом в верхней части, подпружиненный относительно штока, размещенной над его поршнем пружиной и образующий со штоком кольцевую полость и подпоршневую камеру, связанную радиальными каналами с полостью штока, переводник с уступом, жестко связанный с ним патрубок с опорой, установленный с возможностью осевого перемещения относительно штока корпуса, жестко связанный с корпусом конус и связанные со штоком плашки, при этом якорь снабжен жестко связанным с опорой патрубка хвостовиком, который размещен в кольцевой полости между штоком, а патрубок установлен с возможностью сопряжения наружным торцом его опоры с внутренним выступом корпуса и взаимодействия нижним торцом опоры с наружным выступом штока, при этом расстояние от верхней конической части конуса до верхнего торца шлипсов меньше расстояния между выступом штока и нижним торцом опоры патрубка, а последнее меньше расстояния между уступом переводника и верхним торцом внутреннего выступа корпуса.
Недостатками данного устройства также являются сложная многоэлементная конструкция с большим количеством сопрягаемых деталей, требующих высокой точности изготовления. Кроме этого, для устранения преждевременной посадки якоря необходим компенсационный узел, который также усложняет как саму конструкцию якоря, так и работу с ним.
Технической задачей предлагаемого гидравлического якоря является создание упрощенной надежной конструкции, исключающей возможность его посадки при спуске в скважину и не требующей проведения дополнительных манипуляций с бурильной колонной при заякоривании.
Техническая задача решается гидромеханическим якорем, содержащим полый шток с радиальными каналами, установленный соосно относительно штока корпус с внутренним выступом в верхней части с образованием между ними кольцевой камеры, сообщенный сверху радиальными каналами с полостью штока, в которой расположен подпружиненный от корпуса поршень, связанный с плашками, и толкатель, выполненный с возможностью взаимодействия изнутри с плашками.
Новым является то, что шток соединен сверху жестко с корпусом, а поршень подпружинен снизу и вставлен в кольцевую камеру с возможностью ограниченного перемещения вниз, причем корпус снабжен окнами, сообщающимися с нижней частью кольцевой камеры, в которых размещены шарнирно закрепленные сверху окон плашки, снабженные изнутри наклонной выборкой, расширяющейся от центральной оси, при этом толкатель снизу жестко соединен с поршнем и снабжен наружными выступами с расширениями под соответствующие им выборки плашек.
На фиг.1 изображен гидравлический якорь с частичным разрезом в транспортном положении.
На фиг.2 изображен разрез А-А.
На фиг.3 изображен гидравлический якорь с частичным разрезом в рабочем положении.
На фиг.4 изображен вид Б.
Гидромеханический якорь содержит полый шток 1 (см. фиг.1) с радиальными каналами 2, сборный корпус 3 с внутренним выступом 4 сверху и технологический переводник 5 снизу с верхним ограничителем 6, установленный соосно относительно штока 1 и образующий с ним кольцевую камеру 7, сообщающуюся с полостью штока радиальными каналами 2, присоединительные соответственно верхняя и нижняя резьбы 8 и 8', поршень 9, выполненный с возможностью ограниченного перемещения вниз по штоку 1 и поджатый снизу пружиной 10 от корпуса 3 посредством технологической втулки 11. При этом корпус 3 равномерно по периметру снабжен плашками 12, выполненными с наклонными продольными выборками 13 и закрепленными в окнах 14 на шарнирах 15, которые выполнены с возможностью взаимодействия изнутри с толкателем 16, жестко связанным с поршнем 9, посредством наружных выступов 17 с расширениями 18 (см. фиг.2) продольных выборок 13. При этом выход плашек наружу ограничен ограничителями 6 переводника 5. Герметичность поршня 9 и корпуса 3 обеспечивается уплотнителями, соответственно уплотнительными кольцами 19 и 20.
Устройство работает следующим образом.
Якорь гидравлический при помощи присоединительных резьб 8 и 8' (см. фиг.1) присоединяют соответственно к колонне бурильных труб (не показана) и скважинному оборудованию (не показано) и спускают в требуемый интервал скважины (не показана) для фиксации скважинного оборудования. Затем в колонну труб подают промывочную жидкость под давлением, которая, проходя через радиальные каналы 2 полого штока 1, благодаря перепаду давлений внутри штока 1 и снаружи корпуса 3 попадает в кольцевую камеру 7 и передает усилие на поршень 9, который, противодействуя внешнему усилию пружины 10, перемещается вниз с толкателем 16. Перепад давлений внутри штока 1 и снаружи корпуса 3 образуется благодаря скважинному оборудованию, создающему сопротивление потоку жидкости. При этом выступы 17 толкателя 16, взаимодействуя с плашками с помощью расширений 18 (см. фиг.2), перемещаются вниз по соответствующим им наклонным и расширяющимся от центра выборкам 13 и, поворачивая плашки 12 (см. фиг.3) относительно их шарнирного соединения 15 с корпусом 3 до упора в ограничитель 6 переводника 5, выводя их в рабочее положение (см. фиг.4) из окон 14 (см. фиг.3), прижимают к стенкам скважины, фиксируя полый шток 1 и корпус 3 со скважинным оборудованием относительно скважины. По завершении работ давление в колонне труб сбрасывается и поршень 9 с толкателем 16 под действием пружин 10 перемещается вверх в исходное состояние и тем самым возвращает плашки 12 в транспортное положение (см. фиг.1).
При заякоривании плашки «вгрызаются» в стенку открытого ствола скважины или обсадную колонну и надежно фиксируют оборудование от продольного перемещения. Для ограничения вылета плашек 12 (см. фиг.3) переводник 5 корпуса 3 снабжен ограничителем 6, который взаимодействует с плашками 12 при их максимальном вылете. При этом исключается возможность взаимодействия витков пружин 10, что защищает их от преждевременного разрушения.
Преимущество предлагаемой конструкции гидромеханического якоря заключается в большей надежности, простоте конструкции, исключении возможности посадки якоря при спуске в скважину и отсутствии необходимости проведения дополнительных манипуляций с бурильной колонной при заякоривании.