МЕХАНИЧЕСКИЙ 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.
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 низкая надежность вызванная высокими нагрузками на направляющем штифте и момент возникающий при взаимодействии направляющего штифта с пазом, который может привести к ослаблению натяга в резьбовых соединениях.
Известно устройство для герметизации межтрубного пространства пакер по патенту РФ на полезную модель №92460 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 низкая надежность вызванная высокими нагрузками на направляющем штифте и момент возникающий при взаимодействии направляющего штифта с пазом, который может привести к ослаблению натяга в резьбовых соединениях.
Известен пакер гидравлический по патенту РФ на полезную модель №68055 Пакер гидравлический, включающий 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, 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, включающий 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, причем 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 пакера является низкая надежность вызванная высокими нагрузками на направляющем штифте и момент возникающий при взаимодействии направляющего штифта с пазом, который может привести к ослаблению натяга в резьбовых соединениях.
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 его низкая надежность.
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 низкая надежность вызванная высокими нагрузками на направляющем штифте и момент возникающий при взаимодействии направляющего штифта с пазом, который может привести к ослаблению натяга в резьбовых соединениях.
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. Изобретение позволяет повысить надежность при многократной опрессовке эксплуатационной колонны благодаря возможности герметичного перекрытия снаружи грузом радиальных отверстий штока. Недостатком пакера является низкая надежность вызванная высокими нагрузками на направляющем штифте и момент возникающий при взаимодействии направляющего штифта с пазом, который может привести к ослаблению натяга в резьбовых соединениях.
Известен механический пакер по патенту РФ на полезную модель №85544. (прототип) 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 механического пакера является низкая надежность, отсутствие фиксации резьбового кольца и возможности регулировки зазора между направляющим и резьбовым кольцом, что может приводить к заклиниванию направляющего кольца и поломке штифтов.
Задачами создания полезной модели являются: повышение надежности механического якоря пакера, снижение нагрузок действующих на штифты пакера при его перемещении по фигурному пазу, предотвращение ослабления натяга в резьбовых соединениях.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что механический якорь пакера включающий полый ствол на котором установлена подвижная втулка, на боковой поверхности которой в пазах установлены подпружиненные фрикционные плашки, а 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, на наружной поверхности полого ствола выполнены фигурные пазы, взаимодействующие с штифтами закрепленными напротив друг друга в направляющем кольце, установленном с осевым зазором и возможностью радиального перемещения в кольцевой полости выполненной снизу подвижной втулки, причем осевое перемещение направляющего кольца ограничивает кольцевой выступ резьбового кольца, который упирается в нижний торец подвижной втулки, а резьбовое кольцо зафиксировано на подвижной втулке стопорным винтом. Между нижнем торцом направляющего кольца и кольцевым выступом резьбового кольца установлена шайба регулирующая осевой зазор. Штифты выполнены с полукруглой головкой, которая входит в углубление на направляющем кольце. Углубление на направляющем кольце под полукруглую головку штифта выполнено в виде отверстия. Углубление на направляющем кольце под полукруглую головку штифта выполнено в виде кольцевой проточки.
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 применяются недефицитные материалы и известные технологии.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1…2, где:
на фиг.1 пакер с механическим якорем,
на фиг.2 механический якорь пакера в разрезе.
Механический якорь пакера 1 состоит из полого ствола 2 на котором установлена подвижная втулка 3, на боковой поверхности которой в пазах 4 установлены подпружиненные фрикционные плашки 5, а со стороны верхнего торца выдвигаемые кулачки 6 с возвратной пружиной 7 прижимающей кулачки 6 к стволу 2, кулачки 6 выполнены с рифленой наружной поверхностью и внутренней конической поверхностью направленной в сторону конуса 8, между конусом 8 и упором 9 установлены манжеты 10, на наружной поверхности полого ствола 2 выполнены фигурные пазы 11, взаимодействующие с штифтами 12 закрепленными напротив друг друга в направляющем кольце 13 установленном с осевым зазором h и возможностью радиального перемещения в кольцевой полости выполненной снизу подвижной втулки 3, причем осевое перемещение направляющего кольца 13 ограничивает кольцевой выступ 14 резьбового кольца 15, который упирается в нижний торец 16 подвижной втулки 3, а резьбовое кольцо 15 зафиксировано на подвижной втулке 3 стопорным винтом 17. Между нижнем торцом 18 направляющего кольца 13 и кольцевым выступом 14 резьбового кольца 15 установлена шайба 19 регулирующая осевой зазор h. Штифты 12 выполнены с полукруглой головкой 20, которая входит в углубление 21 на направляющем кольце 13. Углубление 21 на направляющем кольце 13 под полукруглую головку штифта 12 может быть выполнено в виде отверстия. Углубление 21 на направляющем кольце 13 под полукруглую головку штифта 12 может быть выполнено в виде кольцевой проточки.
Механический якорь пакера 1 работает следующим образом. Пакер спускается на транспортной колоне труб в скважину. При этом фрикционные плашки 5 взаимодействуют с внешней колонной, подвижная втулка 3 поднимается, при этом штифт 12 двигается по короткому участку фигурного паза 11. После спуска пакера на глубину установки, транспортную колонну приподнимают и опять спускают, штифт 12 переходит на длинный участок фигурного паза 11, подвижная втулка 3 поднимается по стволу 2 выше, кулачки 6 заходят внутренней конической поверхностью на конус 8, возвратные пружины 7 сжимаются, кулачки 6 выдвигаются и упираются рифленой наружной поверхностью во внешнюю колонну, конус 8 двигается вверх и давит на манжеты 10, которые упираются в упор 9 и увеличиваются в диаметре, изолируя кольцевое пространство между транспортной и внешней колонной. При движении штифта 12 по фигурному пазу 11 вращается только направляющее кольцо 13, а втулка 3 удерживаемая подпружиненными фрикционными плашками 5 перемещается только вдоль оси, что позволяет снизить нагрузки на штифтах 12 и не создавать радиальных нагрузок на стволе 2 пакера. Фиксация резьбового кольца 15 стопорным винтом 17 предотвращает его самопроизвольное откручивание и повышает надежность пакера, а наличие шайбы 19 позволяет регулировать осевой зазор h, что обеспечивает свободное вращение направляющего кольца 13 в кольцевой полости выполненной снизу подвижной втулки 3. Шайба 19 может быть выполнена из антифрикционного материала например чугуна или бронзы.
Применение полезной модели позволило:
1. Повысить надежность механического якоря пакера.
2. Снизить нагрузки действующие на пальцы пакера при его перемещении по фигурному пазу.
3. Предотвратить ослабление натяга в резьбовых соединениях.
4. Снизить затраты времени на техническое обслуживание механического якоря пакера.
5. Увеличить межремонтный период.