ЯКОРЬ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ
HYDRAULIC ANCHOR

Изобретение относится к оборудованию для нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для фиксации и удержания внутрискважинного оборудования, например пакеров.
Известен гидравлический якорь (патент на полезную модель CN 2184779 (Y), МПК E21B 40/00, E21B 43/12, опубл. 07.12.1994), выбранный за аналог заявляемого изобретения, состоящий из штока, верхней муфты, якорного механизма и цилиндрического корпуса, отличающийся тем, что якорный механизм состоит из конуса, осевых и радиальных плашек, причем осевые и радиальные плашки находятся в зацеплении с наклонной стенкой конуса при помощи паза «ласточкин хвост». Когда конус скользит вниз, два вида плашек одновременно выдвигаются из цилиндрического корпуса и зацепляются за обсадную колонну, в результате достигается осевое и радиальное якорение. При подъеме трубы конус перемещается вверх, плашки отходят от обсадной колонны и возвращаются по пазам «ласточкин хвост» на конусе.
Известен гидравлический якорь (патент на полезную модель CN 2648043 (Y), МПК E21B 23/00, опубл. 13.10.2004), выбранный за прототип предлагаемого изобретения, содержащий верхнюю муфту (1), верхний и нижний поршни (4, 5), шток (9), пружину (7) и плашки (10). Полезная модель характеризуется тем, что шток (9) и кольцо (2) присоединены к верхней муфте (1). С внешней стороны шток (9) оснащен цилиндрическим корпусом (6), верхний и нижний поршни (4, 5) размещены в кольцевом пространстве, образованном цилиндрическим корпусом (6) и штоком (9), конус (8) взаимодействует с нижним поршнем (5), во внутреннем углублении конуса (8) установлена пружина (7), на наклонной поверхности конуса выполнены пазы «ласточкин хвост», по которым перемещаются плашки (10), сверху верхний поршень (4) соединен с кольцом (2) с помощью срезного штифта (3), а снизу с цилиндрическим корпусом (6). Полезная модель дополнительно оснащена устройством принудительного извлечения в случае аварии.
Недостатком известного якоря является то, что усилие пружины может быть недостаточным для осуществления процесса разъякоривания, в связи с чем необходима подача давления в затрубное пространство для перевода плашек в транспортное положение.
Общим недостатком известных якорей является то, что в случаях, когда по ряду причин (негерметичности, перетоки) подача давлений для создания достаточной величины усилия, направленного на перевод плашек в рабочее положение, невозможна, процесс якорения оказывается затрудненным. Также к недостаткам аналога и прототипа относится ненадежность перевода плашек в транспортное положение и невозможность передачи вращения через известные якори нижерасположенному скважинному оборудованию.
Технической задачей настоящего изобретения является повышение надежности фиксации якоря, реализация гарантированного возврата плашек в транспортное положение при разъякоривании, а также обеспечение возможности передачи вращения от колонны труб через якорь гидравлический нижерасположенному скважинному оборудованию.
Поставленная задача решается тем, что часть штока выполнена с верхним и нижним выступами, являющимися поршнями, взаимодействующими с внутренними стенками соответственно верхнего и нижнего корпусов. Ниже поршней имеются камеры, сообщающиеся с внутритрубным пространством через сквозные радиальные отверстия в штоке. Выше поршней расположены камеры, связанные с затрубным пространством через сквозные радиальные отверстия в верхнем и нижнем корпусах. В нижнем корпусе имеются сквозные пазы под фиксаторы, установленные в конусе якоря гидравлического (ЯГ). Фиксаторы предназначены для облегчения перемещения конуса вниз до полного контакта плашек и конуса по направляющим фигурным пазам «ласточкин хвост», а также для вытягивания конуса из-под плашек при осуществлении процесса разъякоривания. Нижний торец конуса взаимодействует с пружиной, служащей для надежного возврата плашек в транспортное положение. В верхней части штока и верхнего корпуса выполнены пазы, в которые установлена шпонка, служащая для передачи вращения от колонны труб через ЯГ нижерасположенному скважинному оборудованию. На поверхности конуса имеются радиально расположенные шлицы, взаимодействующие с соответствующими пазами нижнего корпуса. Шлицевое соединение используется для передачи крутящего момента от ЯГ нижерасположенному скважинному оборудованию. Шток в нижней части имеет радиальную проточку с расположенным в ней разрезным кольцом, препятствующим перемещению накидной гайки и переходника в осевом направлении относительно штока, при этом накидная гайка соединена через переходник с кожухом. Шток может быть выполнен из нескольких частей для обеспечения технологичности конструкции. Резьбовые соединения снабжены стопорными винтами, предохраняющими верхнюю муфту и верхний корпус, верхний и нижний корпуса, а также кожух и накидную гайку от раскручивания.
На фиг.1 представлена схема якоря гидравлического в транспортном положении. На фиг.2 приведена схема ЯГ в рабочем положении.
Якорь гидравлический соединен с колонной насосно-компрессорных, бурильных или стеклопластиковых труб (на фиг.1 не показана) через верхнюю муфту 1. Якорь гидравлический состоит из штока 2, верхнего 3 и нижнего 4 корпусов, кожуха 5, конуса 6, плашек 7, пружины 8 (фиг.1). Верхняя муфта 1 присоединена к верхнему корпусу резьбовым соединением и зафиксирована от раскручивания стопорным винтом 9. Шток 2, который может быть выполнен из нескольких частей, установлен в верхнем 3 и нижнем 4 корпусах, соединенных между собой резьбовым соединением. Верхний 3 и нижний 4 корпусы защищены от раскручивания стопорным винтом 10. В верхней части штока 2 и верхнего корпуса 3 выполнены пазы, в которые установлена шпонка 11. Шток 2 имеет верхний и нижний выступы, являющиеся соответственно верхним 12 и нижним 13 поршнями. Ниже поршней 12, 13 соответственно имеются камеры 14, 15 для сообщения с внутритрубным пространством через сквозные радиальные отверстия 16, 17. Камера 14 расположена между верхним поршнем 12 и верхней внутренней торцевой поверхностью нижнего корпуса 4, при этом слева ограничена телом штока 2, а справа верхним корпусом 3. Камера 15 расположена между нижним поршнем 13 и верхним торцом конуса 6, при этом слева ограничена телом штока 2, а справа нижним корпусом 4. Для предотвращения перетока внутрискважинной жидкости за пределы камеры 14 между верхним поршнем 12 и верхним корпусом 3, между штоком 2 и нижним корпусом 4, а также между нижним корпусом 4 и верхним корпусом 3 установлены соответственно уплотнительные кольца 18, 19, 20. Для исключения возможности перетока скважинной жидкости за пределы камеры 15 между нижним поршнем 13 и нижним корпусом 4, между штоком 2 и конусом 6, а также между конусом 6 и нижним корпусом 4 установлены соответственно уплотнительные кольца 21, 22, 23. Выше поршней 12, 13 имеются камеры 24, 25 для сообщения с затрубным пространством через сквозные радиальные отверстия 26, 27. Камера 24 расположена между нижним торцом верхней муфты 1 и верхним поршнем 12, при этом слева ограничена телом штока 2, а справа верхним корпусом 3. Камера 25 ограничена снизу нижним поршнем 13, сверху и справа внутренней поверхностью нижнего корпуса 4, а слева штоком 2. Для предотвращения перетока жидкости из камеры 24 через зазор между штоком 2 и верхней муфтой 1 имеется установленное между верхней муфтой 1 и штоком 2 уплотнительное кольцо 28. В конусе 6 установлены фиксаторы 29. На поверхности конуса 6 имеются радиально расположенные шлицы 30, взаимодействующие с соответствующими пазами нижнего корпуса 4. В нижнем корпусе 4 имеются сквозные пазы 31 под фиксаторы 29. На наклонной поверхности конуса 6 выполнены направляющие пазы «ласточкин хвост» 32. Плашки 7 имеют соответствующие фигурным пазам «ласточкин хвост» 32 выступы (на фиг.1 не показаны). Нижняя Т-образная часть плашек 7 находится в соответствующих по форме сквозных пазах 33 кожуха 5, обеспечивающих свободное движение плашек 7 в радиальном направлении. В кожухе 5 установлены проставочное кольцо 34 и пружина 8. Нижний торец конуса 6 находится в контакте с пружиной 8 через проставочное кольцо 34. Кожух 5 крепится к накидной гайке 35 через переходник 36 резьбовыми соединениями. Кожух 5 и накидная гайка 35 защищены от раскручивания стопорным винтом 37. Накидная гайка 35 и переходник 36 зафиксированы от осевого перемещения относительно штока 2 при помощи разрезного кольца 38, установленного в радиальной проточке нижней части штока 2.
Якорь гидравлический работает следующим образом.
Перед спуском якоря гидравлического в скважину необходимо произвести очистку стенок эксплуатационной колонны в интервалах установки ЯГ, также следует прошаблонировать эксплуатационную колонну известным способом.
Якорь гидравлический (фиг.1) спускают в скважину на насосно-компрессорных, бурильных или стеклопластиковых трубах (на фиг.1 не показаны), соединенных с верхней муфтой 1, на требуемую глубину вместе с другим необходимым скважинным оборудованием, например пакером (на фиг.1 не показаны).
Установка ЯГ производится путем подачи давления в колонну труб. Шток 2 с выполненными на нем верхним 12 и нижним 13 поршнями, перемещается вверх относительно верхнего 3 и нижнего 4 корпусов до упора штока 2 в верхнюю муфту 1 (фиг.2). Скважинная жидкость проникает из внутритрубного пространства через сквозные радиальные отверстия 16, 17 в камеры 14, 15. Данный процесс сопровождается выталкиванием жидкости из камер 24, 25 (фиг.1) через сквозные радиальные отверстия 26, 27 (фиг.2) в затрубное пространство. При этом происходит сокращение длины ЯГ. При попадании скважинной жидкости в камеру 15 конус 6 движется вниз. Фиксаторы 29 по сквозным пазам 31 нижнего корпуса 4 перемещаются вниз до крайнего рабочего положения. В результате конус 6 своей наклонной поверхностью наезжает на плашки 7, выдвигая их в радиальном направлении по направляющим фигурным пазам «ласточкин хвост» 32 до внедрения зубьев плашек 7 в стенку обсадной колонны. При этом движение конуса 6 вниз приводит к тому, что пружина 8 сжимается. Таким образом происходит процесс заякоривания.
Для освобождения ЯГ прекращают подачу давления в колонну труб (на фиг.1 не показана). Затем производится натяжение колонны труб. Верхняя муфта 1 совместно с верхним 3 и нижним 4 корпусами перемещаются вверх относительно штока 2 с верхним 12 и нижним 13 поршнями (фиг.1). В результате скважинная жидкость из затрубного пространства проникает в камеры 24, 25 через сквозные радиальные отверстия 26, 27. Данный процесс сопровождается выталкиванием скважинной жидкости из камер 14, 15 через сквозные радиальные отверстия 16, 17 во внутритрубное пространство. При этом происходит увеличение длины ЯГ. При движении верхней муфты 1 вместе с верхним 3 и нижним 4 корпусами вверх, фиксаторы 29 по сквозным пазам 31 нижнего корпуса 4 переходят в транспортное положение, поднимая конус 6 вверх. Наклонная поверхность конуса 6 выходит из контакта с плашками 7 по направляющим фигурным пазам «ласточкин хвост» 32. Зубья плашек 7 выходят из зацепления со стенкой обсадной колонны. Пружина 8 надежно переводит плашки 7 в транспортное положение, предотвращая их возврат в рабочее положение при осуществлении подъема ЯГ на колонне труб.
Таким образом, благодаря заявляемой конструкции якоря гидравлического достигается надежность срабатывания якорного механизма, а также обеспечивается передача вращения от колонны труб через ЯГ нижерасположенному скважинному оборудованию.