ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ЯКОРЬ ПАКЕРА

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может использоваться в пакерах предназначенных для перекрытия межтрубного пространства нефтяных и газовых скважин при разработке и эксплуатации многопластовых месторождений углеводородов.
Известно устройство для герметизации межтрубного пространства пакер по патенту РФ на полезную модель №92460 Устройство для герметизации межтрубного пространства скважины, включает 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, гидроплашки 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. Байпасный узел устройства содержит фторопластовое кольцо и кольцевой резиновый уплотнитель, размещенные в кольцевой канавке полого штока, закрытых сверху цилиндрической поверхностью корпуса разобщающего клапана. Недостатком является сложность технического обслуживания и сборки гидравлического якоря пакера, а также возможность заклинивания плашек в корпусе.
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, 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 является сложность сборки гидравлического якоря пакера.
Известен пакер гидравлический по патенту РФ на полезную модель №68055 Пакер гидравлический, включает полый ствол с кольцевой канавкой и рядом радиальных отверстий, уплотнительный элемент, втулку-толкатель с радиальными отверстиями и кулачками в них, конус, соединенный с втулкой-толкателем срезными винтами, цилиндр, плашкодержатель с плашками, закрепленный на стволе срезными винтами, храповик для фиксации втулки-толкателя относительно конуса, стопорное кольцо, муфту с седлом и шаром, отличающийся тем, что он снабжен гидравлическим якорем, соединенным с верхней частью ствола, с подпружиненными в радиальном направлении и сообщающимися с внутренней полостью ствола цилиндрическими шлипсами, установленной на стволе обечайкой с наружным кольцевым выступом, верхней упорной гайкой, закрепленной на якоре, с внутренним кольцевым выступом, охватывающим наружный кольцевой выступ обечайки и фиксирующим ее от осевых перемещений, нижней упорной гайкой с внутренним кольцевым выступом, закрепленной на втулке-толкателе, при этом уплотнительный элемент размещен на обечайке между верхней и нижней упорными гайками, а стопорное кольцо закреплено на обечайке с возможностью взаимодействия с внутренним кольцевым выступом нижней упорной гайки. Обечайка установлена на стволе с возможностью осевого перемещения относительно верхней упорной гайки и ствола. В стволе и в верхней упорной гайке в зоне кольцевого выступа обечайки выполнены радиальные отверстия с возможностью сообщения между собой. Пакер гидравлический, включает полый ствол с кольцевой канавкой и рядом радиальных отверстий, уплотнительный элемент, втулку-толкатель с радиальными отверстиями и кулачками в них, конус, соединенный с втулкой-толкателем срезными винтами, цилиндр, плашкодержатель с плашками, закрепленный на стволе срезными винтами, храповик для фиксации втулки-толкателя относительно конуса, стопорное кольцо, муфту с седлом и шаром, отличающийся тем, что он снабжен гидравлическим якорем со ступенчатым корпусом, в большей ступени которого размещены подпружиненные в радиальном направлении и сообщающиеся с внутренней полостью ствола цилиндрические шлипсы, а меньшая ступень соединена с верхней частью ствола, нижней упорной гайкой с внутренним кольцевым выступом, закрепленной на втулке-толкателе, при этом уплотнительный элемент размещен на меньшей ступени корпуса якоря, а стопорное кольцо закреплено в нижней части меньшей ступени якоря с возможностью взаимодействия с внутренним кольцевым выступом нижней упорной гайки. Недостатком является низкая надежность гидравлического якоря пакера.
Известен гидромеханический пакер по патенту РФ на полезную модель №78515 Гидромеханический пакер, включает 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 его технического обслуживания и сборки.
Известен пакер по патенту РФ на полезную модель №92084 (прототип) Пакер, включает 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, отличающийся тем, что 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 полезной модели является низкая надежность гидравлического якоря пакера и сложность его технического обслуживания и сборки.
Задачами создания полезной модели являются: повышение надежности, а также снижение трудоемкости сборки и времени технического обслуживания гидравлического якоря пакера.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что гидравлический якорь пакера включает корпус с отверстиями в которых установлены поршни с рифленой наружной поверхностью подпружиненные пружинами относительно ограничительной планки, установленной в продольном пазу и закрепленной к корпусу винтами. Боковая поверхность поршня выполнена сферической. На сферической поверхности поршня выполнена канавка под уплотнительное кольцо. На поверхности поршня упирающейся в ограничительную планку выполнены углубления облегчающие захват поршня съемником. Рифление выполнено перпендикулярно поверхности поршня упирающейся в ограничительную планку. Рифление выполнено в виде зубьев, причем угол наклона поверхности с нижней стороны зуба меньше, чем с верхней. На поверхности поршня упирающейся в ограничительную планку выполнены несквозные отверстия направляющие пружины.
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…3, где:
на фиг.1 приведен гидравлический якорь пакера,
на фиг.2 приведен разрез поршня со сферической боковой поверхностью,
на фиг.3 приведен внешний вид поршня,
1
2
Гидравлический якорь 1 пакера 2 состоит из корпуса 3 с отверстиями 4 в которых установлены поршни 5 с рифленой наружной поверхностью 6 подпружиненные пружинами 7 относительно ограничительной планки 8, установленной в продольном пазу 9 и закрепленной к корпусу 3 винтами 10. Боковая поверхность 11 поршня 5 выполнена сферической. На сферической поверхности 11 поршня 5 выполнена канавка 12 под уплотнительное кольцо 13. На поверхности 14 поршня 5 упирающейся в ограничительную планку 8 выполнены углубления 15 облегчающие захват поршня 5 съемником. Рифление 6 выполнено перпендикулярно поверхности 14 поршня упирающейся в ограничительную планку 8. Рифление 6 выполнено в виде зубьев 16, причем угол наклона поверхности с нижней стороны зуба φменьше, чем с верхней φ. На поверхности 14 поршня упирающейся в ограничительную планку 8 выполнены несквозные отверстия 17 направляющие пружины 7.
Гидравлический якорь 1 пакера 2 работает следующим образом. Пакер 2 на внутренней колонне труб (на фигурах не показана) спускается в интервал установки. Во внутренней колонне труб и внутри корпуса 3 повышается давление, поршни 5 выдвигаются сжимая пружины 7 и прижимаются наружной рифленой поверхностью 6 к внутренней поверхности внешней трубы (на фигурах не показана) и фиксируют пакер 2 от перемещения. Для снятия пакера выравнивают давление внутри корпуса 3 и снаружи, пружины 7 возвращают поршни 5 в исходное положение.
Для хорошего центрирования поршня 5 в отверстии 4 его длинна должна быть в 1,5…2,0 раза больше диаметра. Применение поршней с такими соотношениями размеров ограничивает толщина стенки корпуса 3 внутренний диаметр которого выбирается из расчета одинакового проходного сечения колонны труб и пакера 2. Так как диаметр поршня больше его длинны при незначительном перекосе поршень с цилиндрической боковой поверхностью заклинивает в отверстии корпуса. Перекос может быть вызван попаданием частиц породы между стенками отверстия и поршня, а также отличающимися по высоте и характеристикам пружинами. Так как сложно правильно сориентировать поршень относительно отверстия в корпусе также возникают сложности при установке поршня во время сборки. Применение поршней 5 со сферической боковой поверхностью 11 обеспечивает легкую сборку и замену поршней при техническом обслуживании, а также плавное перемещение поршня во время срабатывания пакера и перед его удалением.
Применение изобретения позволило:
1. Повысить надежность гидравлического якоря пакера
2. Снизить трудоемкость сборки гидравлического якоря пакера
3. Упростить и ускорить замену поршней
4. Снизить затраты времени на техническое обслуживание гидравлического якоря пакера.