МЕХАНИЧЕСКИЙ ЯКОРЬ ПАКЕРА

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначена для перекрытия межтрубного пространства нефтяных и газовых скважин при разработке и эксплуатации многопластовых месторождений углеводородов.
Известен пакер по патенту на изобретение РФ №2397310 Изобретение относится к устройствам для разобщения внутреннего пространства в процессе эксплуатации и ремонта эксплуатационной колонны скважины. Обеспечивает упрощение конструкции пакера с возможностью расхаживания пакера в процессе спуска при прихватах, а также надежную и герметичную посадку пакера при небольших усилиях. Пакер включает полый ствол, уплотнительный элемент, конус, верхний упор, полый патрубок, обойму, шлипсы, направляющий штифт, фиксатор положения уплотнительного элемента, пружинное стопорное кольцо во внутренней кольцевой канавке конуса. На наружной поверхности ствола выполнен замкнутый фигурный паз в виде продольных короткого и длинного участков, соединенных фигурным участком. При перемещении в пазе направляющего штифта вниз-вверх на величину, превышающую длину от верхней кромки фигурного паза до низа длинного продольного участка, обойма остается в транспортном положении, если меньше - переходит в рабочее. Фиксатор положения уплотнительного элемента выполнен в виде гильзы с наружными проточками для взаимодействия с пружинным кольцом. Полый патрубок сверху может быть оснащен заглушкой, герметично перекрывающей его полость. Недостатком пакера является высокая трудоемкость изготовления и сборки
Известен пакер по патенту на изобретение РФ №2358089 Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к скважинным устройством для многократной поинтервальной опрессовки эксплуатационных колонн. Пакер включает ствол с фигурным пазом, центратор, самоуплотняющуюся манжету, уплотнительный элемент и конус. На стволе ниже конуса с возможностью осевого перемещения расположена обойма с направляющим штифтом. Обойма по окружности снабжена шлипсами, подпружиненными внутрь в радиальном направлении посредством пружин и имеющими возможность взаимодействия в рабочем положении с конусом. В верхний конец ствола ввернут шток, заглушенный сверху и соединенный снизу со стволом. Сверху шток соединен с грузом, имеющим камеру в нижней части. Шток оснащен радиальными отверстиями и расположенными выше отверстий пальцами, а груз - продольными сквозными проточками под пальцы штока. Нижняя часть камеры выполнена с возможностью герметичного перекрытия радиальных отверстий штока при перемещении груза вниз. Два осевых коротких участка фигурного паза замкнуты между собой так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении обоймы относительно ствола на длину, равную или превосходящую длину L коротких осевых участков, штифт располагается в пределах коротких осевых участков - транспортное состояние. При перемещении вниз обоймы относительно ствола на величину, меньшую длины L коротких осевых участков и последующем перемещении вверх, штифт перемещается в длинный осевой участок фигурного паза, направленный вверх и со смещением по периметру относительно коротких осевых участков, - рабочее состояние. Также из рабочего состояния при перемещении вниз обоймы относительно ствола на величину, большую или равную длине В фигурного паза, штифт перемещается в транспортное состояние. Недостатком пакера является сложность замены фрикционных плашек объединенных с кулачками и высокие затраты времени на техническое обслуживание механического якоря пакера.
Известен часовой пакер по патенту РФ на полезную модель №54392. Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована в любых скважинах обсаженных трубой. В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей увеличить надежность работы пакера при работе с высоким давлением. Часовой пакер содержит полый вал, механический якорь, уплотнители, фиксирующий механизм. Полый вал имеет верхний и нижний участки с разнонаправленными резьбами - левой и правой, соответственно, и с гладкой поверхностью между ними, а фиксирующий механизм содержит транспортную гайку с правой резьбой, ответной резьбе нижнего участка полого вала, и стопорную гайку с левой резьбой, ответной резьбе его верхнего участка, установленные между кольцом, в отверстиях которого размещены пружины сжатия, имеющие каждая четное количество сегментов, по крайней мере, четыре с замыкающей пружиной, и снабженные удерживающими элементами, например, винтами, размещенными в отверстиях наружной втулки фиксирующего механизма с возможностью перемещения их в пределах отверстий, при этом в кольце каждой паре сегментов соответствует отверстие для пружины сжатия. Недостатком пакера является сложность конструкции и низкая надежность.
Известен механический гидромеханический пакер по патенту РФ на полезную модель №78515 Гидромеханический пакер, включающий ствол с радиальным каналом и размещенные на нем байпас с уплотнительным кольцом и кольцевой проточкой, клапан разобщения внутренней и наружной полостей пакера, содержащий корпус, перепускную втулку с уплотнительным кольцом, блок гидравлического якоря с пружинами, пакерующий узел с уплотнительными элементами и связанный с ним посадочный узел, включающий соединительный корпус с защитной гайкой, блок механического якоря с пружинами, отличающийся тем, что перепускная втулка клапана разобщения внутренней и наружной полостей пакера выполнена ступенчатой, с выступом, выходящим за корпус клапана разобщения и заходящим в кольцевую проточку корпуса байпаса, и снабжена срединным упором на корпус гидроякоря, при этом длина выступа перепускной втулки клапана разобщения внутренней и наружной полостей пакера соразмерна длине кольцевой проточки в корпусе байпаса, в посадочном узле защитная гайка выполнена с наружной резьбой и ввинчена в соединительный корпус посадочного узла с ответной резьбой, который выполнен с равномерным по длине диаметром, а пружины гидравлического якоря и механического якоря изготовлены из коррозионно-стойкого металла, например бронзы, нержавеющей стали, титана. Недостатком пакера является сложность конструкции и нерешенность вопроса замены фрикционных плашек после их износа.
Известен пакер по патенту РФ на полезную модель №92084 Пакер, включающий ствол и последовательно размещенные на нем гидравлический якорь, содержащий корпус с установленными в нем поршнями, закрепленными планками через пружины, пакерующий узел, выполненный в виде нажимного кольца и конуса с расположенными между ними манжетами и проставочными кольцами, подвижно закрепленными на стволе пакера, и механический якорь. Корпус гидравлического якоря снабжен вкладышем с радиальными отверстиями и узлом разобщения полости колонны труб и затрубного пространства, содержащим кольцевую проточку, выполненную с внутренней стороны корпуса, и сквозные отверстия в корпусе. Вкладыш снабжен дополнительными радиальными отверстиями, выполненными напротив кольцевой проточки узла разобщения. На внешней поверхности вкладыша выполнены каналы, соединяющие полости между вкладышем и поршнями с кольцевой проточкой. Сквозные отверстия в корпусе выполнены от кольцевой проточки до торцевой поверхности, обращенной к пакерующему узлу. Сквозные отверстия в корпусе выполнены от кольцевой проточки до внешней поверхности, а нажимное кольцо пакерующего узла содержит борт, выполненный с возможностью перекрывания сквозных отверстий. Недостатком пакера является нерешенность вопроса крепления и замены фрикционных плашек.
Известен пакер гидромеханический по патенту на изобретение РФ №2370628 Изобретение относится к скважинной разработке и эксплуатации многопластовых месторождений углеводородов, в частности к технологии и технике одновременно - раздельной эксплуатации нескольких эксплуатационных объектов одной скважиной, и может быть использовано для выполнения капитального ремонта скважин, например, для проведения гидравлического разрыва пластов (ГРП), эксплуатируемых одной скважиной. Пакер гидромеханический для спуска в скважину на колонне насосно-компрессорных труб включает ствол, выполненный в виде двух труб, уплотнительные элементы с нажимным устройством, верхний якорь с гидравлическим приводом, нижний якорь с механическим приводом, соединенные друг с другом посредством байонетного соединения. Оно состоит из находящейся в верхней части пакера втулки с прорезями, выполненными с возможностью размещения в них и взаимодействия с их поверхностями пальцев, расположенных на втулке, находящейся в нижней части пакера. На боковой поверхности верхней втулки выполнены два фигурных, смещенных относительно друг друга на 180°, паза, верхняя часть которых сопряжена с вырезом. Развертка каждого из пазов на плоскость представляет рабочую поверхность для направления пальца в упомянутый вырез, расположенную под острым углом к плоскости поперечного сечения, сопряженную с продольным вырезом. Его нижняя рабочая поверхность выполнена под углом к плоскости поперечного сечения пакера, равным углу трения пары металлов, из которых выполнены взаимодействующие детали, причем упомянутый угол ориентирован против часовой стрелки в случае левостороннего выполнения деталей пакера. Недостатком пакера является сложность сборки и технического обслуживания.
Известен механический пакер по патенту РФ на полезную модель №85544. Механический пакер, содержащий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, опору, жестко связанную со стволом, под опорой расположены нажимной уплотнительный элемент и конус, который установлен с возможностью осевого перемещения относительно ствола, на стволе расположена с возможностью осевого перемещения обойма с размещенными по ее окружности шлипсы, подпружиненные относительно обоймы в радиальном направлении, удерживаемые ограничителем и выполненные в виде двуплечих рычагов, кольцо, установленное в обойме с возможностью радиального вращения относительно обоймы и жестко связанное с ней в осевом направлении, направляющие штифты, жестко посаженные диаметрально противоположно на внутренней поверхности кольца, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен упорной втулкой, установленной в выемке, выполненной в нижней торцевой части обоймы, а кольцо состоит из двух полуколец и размещено в обойме с зазором в осевом и радиальном направлениях. Недостатком пакера является сложность сборки и замены подпружиненных фрикционных плашек.
Известно устройство для герметизации межтрубного пространства пакер по патенту РФ на полезную модель №92460 (прототип) Устройство для герметизации межтрубного пространства скважины, включающее функционально раздельные узлы: байпасный узел, состоящий из установочного переводника, закрепленного на полом штоке, перепускного плунжера, размещенного внутри корпуса разобщающего клапана, кольцевого резинового уплотнителя, расположенного в кольцевой проточке корпуса байпаса, перепускной ступенчатой втулки, расположенной в корпусе разобщающего клапана; гидроякорный узел, состоящий из корпуса, внутри которого размещены цилиндрические пружины, гидроплашеки и гидропоршни; узел герметизации, состоящий из герметизирующих элементов с проставочными кольцами; посадочный узел с механическим якорем, состоящий из корпуса посадочного узла, внутри которого размещена цанга, удерживающая полый шток (в транспортном положении), а в нижней части корпуса закреплен конус, ниже размещен механический якорь, снабженный плашками и фрикционными планками, равномерно распределенными по окружности, байонет посредством стопора соединен с переводником, детали и узлы устройства соединены резьбами, отличающееся тем, что байпасный узел устройства содержит фторопластовое кольцо и кольцевой резиновый уплотнитель, размещенные в кольцевой канавке полого штока, закрытых сверху цилиндрической поверхностью корпуса разобщающего клапана. Недостатком пакера является сложность технического обслуживания при сборке и замене подпружиненных фрикционных плашек.
Задачами создания полезной модели являются: снижение трудоемкости сборки, времени технического обслуживания механического якоря пакера.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что механический якорь пакера включающий полый ствол на наружной поверхности которого выполнен фигурный паз, взаимодействующий с пальцем закрепленным на подвижной втулке охватывающей ствол, на боковой поверхности подвижной втулки в пазах установлены подпружиненные фрикционные плашки, со стороны верхнего торца выдвигаемые кулачки с возвратной пружиной прижимающей кулачки к стволу, кулачки выполнены с рифленой наружной поверхностью и внутренней конической поверхностью направленной в сторону конуса, между конусом и упором установлены манжеты, а фрикционные плашки выполнены с верхним и нижним выступами, которые упираются в выступающее за край пазов ограничительное кольцо и резьбовое кольцо установленные на подвижной втулке. Ограничительное кольцо установлено выше фрикционной плашки и упирается в упорный бурт выполненный на подвижной втулке. На выступающей за край пазов внутренней поверхности ограничительного кольца выполнено кольцевое углубление в которое входит замок выполненный на верхнем выступе фрикционной плашки. Резьбовое кольцо установлено ниже фрикционной плашки и выполнено с кольцевым выступом упирающимся в нижний торец подвижной втулки. Резьбовое кольцо зафиксировано на подвижной втулке стопорным винтом.
Предложенное техническое решение обладает новизной и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями полезной модели. Новизна технического решения подтверждается проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении порохового генератора давления применяются недефицитные материалы и известные технологии.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1…5, где:
на фиг.1 пакер с механическим якорем,
на фиг.2 механический якорь пакера в разрезе,
на фиг.3 подвижная втулка
на фиг.4 ограничительное кольцо,
на фиг.5 фрикционная плашка.
Механический якорь пакера 1 состоит из полого ствола 2 на наружной поверхности которого выполнен фигурный паз 3, взаимодействующий с пальцем 4 закрепленным на подвижной втулке 5 охватывающей ствол 2, на боковой поверхности подвижной втулки 5 в пазах 6 установлены подпружиненные фрикционные плашки 7, со стороны верхнего торца выдвигаемые кулачки 8 с возвратной пружиной 9 прижимающей кулачки 8 к стволу 2, кулачки 8 выполнены с рифленой наружной поверхностью 10 и внутренней конической поверхностью 11 направленной в сторону конуса 12, между конусом 12 и упором 13 установлены манжеты 14, а фрикционные плашки 7 выполнены с верхним 15 и нижним 16 выступами, которые упираются в выступающее за край пазов ограничительное кольцо 17 и резьбовое кольцо 18 установленные на подвижной втулке 5. Ограничительное кольцо 17 установлено выше фрикционной плашки 7 и упирается в упорный бурт 19 выполненный на подвижной втулке 5. На выступающей за край пазов 6 внутренней поверхности ограничительного кольца 17 выполнено кольцевое углубление 20 в которое входит замок 21 выполненный на верхнем выступе 15 фрикционной плашки 7. Резьбовое кольцо 18 установлено ниже фрикционной плашки 7 и выполнено с кольцевым выступом 22 упирающимся в нижний торец 23 подвижной втулки 5. Резьбовое кольцо 18 зафиксировано на подвижной втулке 5 стопорным винтом 24.
Механический якорь пакера 1 работает следующим образом. Пакер спускается на транспортной колоне труб в скважину. При этом фрикционные плашки 7 взаимодействуют с внешней колонной, подвижная втулка 5 поднимается, при этом палец 4 двигается по короткому участку фигурного паза 3. После спуска пакера на глубину установки, транспортную колонну приподнимают и опять спускают, палец 4 переходит на длинный участок фигурного паза, подвижная втулка 5 поднимается по стволу 2 выше, кулачки 8 заходят внутренней конической поверхностью 11 на конус 12, возвратные пружины сжимаются, кулачки 8 выдвигаются и упираются рифленой наружной поверхностью 10 во внешнюю колонну, конус 12 двигается вверх и давит на манжеты 14, которые упираются в упор 13 и увеличиваются в диаметре, изолируя кольцевое пространство между транспортной и внешней колонной. Пакер можно использовать многократно При сборке и техническом обслуживании механического якоря пакера, необходима быстрая установка и замена фрикционных плашек 7. Установка фрикционных плашек 7 выполняется в следующей последовательности. В фрикционную плашку 7 устанавливают пружины, после чего плашка вставляется в паз 6 выполненный на подвижной втулке 5 таким образом, чтобы замок 21 выполненный на верхнем выступе 15 фрикционной плашки 7 вошел в кольцевое углубление 20 ограничительного кольца 17. После установки всех фрикционных плашек, их пружины сжимают и закручивают резьбовое кольцо 18, до упора кольцевого выступа 22 в нижний торец 23 подвижной втулки 5. Резьбовое кольцо 18 выступает за край пазов 6 и удерживает фрикционные плашки 7 за нижние выступы 16 в выдвинутом положении. Верхний 15 и нижний 16 выступы, выполненные на фрикционной плашке 7, а также выступающее за край пазов ограничительное кольцо 17 и резьбовое кольцо 18 установленные на подвижной втулке 5 и замок 21 позволяет зацепить подпружиненную фрикционную плашку за кольцевое углубление 20, что облегчает установку плашек в пазах 6 и снижает время технического обслуживания пакера.
Применение полезной модели позволило:
1. Снизить трудоемкость изготовления и сборки
2. Упростить замену фрикционных плашек
3. Снизить затраты времени на техническое обслуживание механического якоря пакера.
4. Повысить надежность механического якоря