ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ЯКОРЬ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для заякорения башмака обсадной или бурильной колонны при натяжении.
Известен якорь, содержащий шток, конус с заклинивающими плашками, синхронизатор перемещения плашек, корпус замка с цангой в виде пружинных лепестков, фрикцион с подпружиненными плашками, жестко связанный с корпусом замка. На наружной поверхности штока выполнена правая резьба, цанга установлена на шток внутри корпуса замка, на внутренней поверхности концов пружинных лепестков выполнена правая упорная резьба, находящаяся в зацеплении с резьбой штока. На наружной поверхности лепестков выполнена канавка, в которой установлены амортизационные кольца, для регулирования жесткости прижатия пружинных лепестков. Цанга зафиксирована от продольных перемещений внутренним выступом корпуса замка, а от прокручивания относительно корпуса замка и изгиба пружинных лепестков, жестко закрепленными с корпусом замка пластинами, находящимися в шлицевом соединении с лепестками цанги (Патент РФ №2223382, кл. Е 21 В 23/00. Опубл. 10.02.2004 г. Бюл.№4).
Известен также забойный якорь, который содержит верхний переводник, предназначенный для соединения с обсадной колонной, корпус, через продольные окна которого проходит палец, соединяющий втулку с подвеской. Втулка имеет седло под бросовый шар, перекрывает в исходном положении окна корпуса и закреплена внутри него срезной шпилькой. На корпусе расположен с возможностью взаимодействия с втулкой при ее перемещении узел раскрепления, включающий соединенные шарнирно с подвеской рабочие плашки, которые находятся в постоянном контакте с конусом. Узел раскрепления установлен на корпусе с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно него за счет расположения между конусом и башмаком стоек, нижним концом входящих в продольные отверстия башмака и имеющих срезные упорные бурты, позволяющие сохранять заданное расстояние между конусом и башмаком при сборке забойного якоря и спуске его в скважину (Авторское свидетельство СССР №1229308, кл. Е 21 В 23/00, 33/13. Опубл. 07.05.86 г. Бюл. №17).
Однако эти устройства не могут быть применены для заякорения башмака обсадной колонны при натяжении и дальнейшего углубления ствола скважины.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по своей технической сущности является гидравлический якорь, состоящий из цилиндрического корпуса, в теле которого выполнены радиальные окна, где размещены полые поршни с отверстиями на боковой поверхности, имеющие
с одной стороны внутренний торец и наружный торец в форме усеченной пирамиды с насечкой по ее верхнему основанию. По окружности поршня выполнена канавка, в которой установлено резиновое уплотнительное кольцо. По оси внутренней части корпуса якоря установлен патрубок, одновременно служащий каналом для подачи рабочей жидкости и ограничителем хода поршня наружу, а также он исключает проворачивание поршня вокруг своей оси. В теле патрубка выполнены сквозные радиальные отверстия в местах установки поршней (Авторское свидетельство СССР №1818457, кл. Е 21 В 23/00. Опубл. 30.05.93 г. Бюл. №20).
Но и этот гидравлический якорь, имея малый ход поршня, не может быть применен для заякорения башмака обсадной колонны при натяжении и дальнейшего углубления ствола скважины.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей устройства за счет применения для заякорения башмака обсадной или бурильной колонны при натяжении.
Указанная задача решается тем, что в гидравлический якорь, содержащим полый корпус с радиальными окнами, промывочный канал и поршни, дополнительно введены направляющие гильзы, в которых размещены поршни. При этом гильзы выполнены из двух жестко взаимосвязанных частей: одна составная часть гильз выполнена из высокопрочного металла, установлена в радиальных окнах и жестко соединена с корпусом, а другая - из металла с меньшей прочностью и размещена в полости промывочного канала, причем радиальные окна
расположены в одной плоскости, а наружный торец поршней имеет форму полусферы.
Введение в устройство направляющих гильз, в которых размещены поршни, увеличивает ход поршней, что повышает надежность взаимодействия гидравлического якоря со стенкой скважины.
А выполнение гильз из двух жестко взаимосвязанных частей позволяет изготовить эти части гильз из металлов различной прочности. Выполнение же одной составной части гильз, установленной в радиальных каналах и жестко соединенной с корпусом, из высокопрочного металла повышает надежность гидравлического якоря.
А выполнение другой составной части гильз, размещенной в полости промывочного канала, из металла с меньшей прочностью позволяет за счет разрушения этой составной части гильз углублять, при необходимости, ствол скважины ниже башмака спущенной колонны.
Расположение радиальных окон в одной плоскости дает возможность равномерно распределить растягивающую нагрузку на поршни гидравлического якоря при натяжении обсадной колонны.
Выполнение наружного торца поршней в форме полусферы позволяет за счет жесткого взаимодействия с образованным расширителем уступом в стенке скважины надежно фиксировать гидравлический якорь и башмак обсадной колонны в скважине.
На фиг.1 показан общий вид гидравлического якоря.
На фиг.2 - гидравлический якорь в рабочем положении.
Устройство состоит (фиг.1) из полого цилиндрического корпуса 1, имеющего по концам замковые резьбы 2 для присоединения к обсадной колонне и к ее башмаку.
В корпусе 1, имеющем канал 3 для подачи промывочной жидкости (промывочный канал 3), выполнены радиальные окна 4.
В окнах 4 закреплены направляющие гильзы, состоящие из двух взаимосвязанных частей 5 и 6, в которых размещены поршни 7.
Составная часть 5 гильз выполнена из высокопрочного металла(например, сталь 45), установлена в радиальных окнах 4 и жестко соединена (например, сваркой) с корпусом 1 и имеет ограничительный уступ 8. Другая составная часть 6 гильз выполнена из металла с меньшей прочностью (например, серого чугуна или алюминия), размещена в полости промывочного канала 3 и снабжена ограничительной шпилькой 9, предотвращающей выпадение поршня 7 и составной части 6 гильзы. Обе части 5 и 6 гильз жестко связаны между собой, например, посредством прессовой посадки.
Поршни 7 размещены концентрично в составных частях 5 и 6 гильз вместе с уплотнительными кольцами 10. Наружный торец 11 поршней 7 армирован твердосплавными вставками 12 и имеет форму полусферы, упорная часть которой - плоская.
Устройство работает следующим образом (фиг.2).
Обсадную колонну с навернутым на нижнюю трубу с помощью замковых резьб 2 корпусом 1 гидравлического якоря, поршни 7 которого
размещены внутри направляющих гильз 5, 6 (т.е. в транспортном положении) с упором в шпильку 9, спускают в скважину на заданную глубину.
Закачкой рабочей жидкости в обсадные трубы поднимают давление во внутренней полости якоря.
При возникновении избыточного давления в полости промывочного канала 3 промывочная жидкость воздействует на поршни 7, через уплотнительные кольца 10 выдвигая их из направляющих гильз 5 и 6, расположенных в радиальных окнах 4, до упора в стенку скважины.
При вращении обсадной колонны поршень 7 с наружными торцами 11, армированных твердосплавными вставками 12, разрушая горную породу выдвигаются, до упора в ограничительный уступ 8 составной части 5 гильзы, образуя кольцевую выработку в стенке скважины.
В случае невозможности вращения обсадной колонны кольцевую выработку формируют в скважине до спуска обсадной колонны существующими расширяющими устройствами (например, гидравлическим расширителем по авторскому свидетельству №1665016, кл. Е 21 В 10/32. Опубл. 23.07.91 г. Бюл. №27).
После чего производят натяжение обсадной колонны на расчетную величину, при этом верхняя упорная часть поршней 7, имея плоскую форму, взаимодействует с уступом кольцевой выработки и надежно фиксирует якорь и башмак обсадной колонны в скважине.
Затем цементируют скважину путем закачки цементного раствора в затрубное пространство и фиксируют верхнюю часть колонны в натянутом состоянии существующими устройствами (например, клиньями).
При необходимости углубления ствола скважины ниже башмака спущенной колонны, производят разрушение составной части 6 гильз, размещенных в полости промывочного канала 3, тем самым освобождая внутреннюю полость обсадной колонны для прохода бурового инструмента при его спуске в скважину.