Устройство для установки якоря в скважине
Полезная модель относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использована при установке якоря, спускаемого в скважину на проволоке или на тросе, не имеющих средств для подвода в скважину электроэнергии. Полезная модель содержит якорь с корпусом, шариками, подвижным конусом, пружинами и коническим хвостовиком для извлечения якоря и привод на тросе или на проволоке, имеющий корпус, шарики, подпружиненную подвижную втулку, присоединенную через хвостовик к тросу или к проволоке. Окна под шарики якоря выполняют наклонными под углом, примерно равным углу трения скольжения контактирующих материалов. Подвижный конус якоря выполняют с величиной конусности, равной двум углам наклона окна под шарики. Зазор между шариками и подвижным конусом при спуске якоря обеспечивают расчетным соотношением жесткости пружины якоря и массы корпуса якоря. Конический хвостовик якоря зацепляют шариками привода. Шарики привода от перемещения удерживают расчетно подпружиненной подвижной втулкой. При использовании предложенной полезной модели обеспечивается возможность устанавливать якорь на проволоке за счет создания расчетных сил трения для расцепления привода от якоря.
Полезная модель относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использована при установке якоря, спускаемого в скважину на проволоке или на тросе, не имеющих средств для подвода в скважину электроэнергии.
Известны различные устройства для установки якоря в скважине, включающие якори и механические или инерционные приводы (патенты РФ №№2178064, 2195543, 27155, 28726, 52922,56472,61343).
Наиболее близким аналогом предложенной полезной модели является устройство для установки якоря в скважине, содержащее якорь с корпусом, шариками, подвижным конусом, пружинами, коническим хвостовиком для извлечения якоря и привод на тросе или на проволоке, имеющий корпус, шарики, подпружиненную подвижную втулку, присоединенную через хвостовик к тросу или к проволоке (см. якорь по патенту РФ №27155 и привод по патенту №2195543).
Недостатком прототипа является то, что при спуске устройства на проволоке установить якорь в скважине нет никакой возможности. Это обусловлено тем, что двухмиллиметровая проволока, вынужденно используемая для уменьшения выталкивающей силы скважинного давления, не выдерживает значительных нагрузок, включая и нагрузок от инерционного привода, который способен установить якорь при его спуске на тросе.
Задачей полезной модели является устранение приведенного недостатка и получение возможности устанавливать якорь в скважине при его спуске на проволоке.
Техническим результатом, достигаемым при использовании предложенного технического решения, является обеспечение возможности устанавливать якорь на проволоке за счет создания расчетных сил трения для расцепления привода от якоря.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для установки якоря в скважине, содержащем якорь с корпусом, шариками, подвижным конусом, пружинами и коническим хвостовиком для извлечения якоря и привод на тросе или на проволоке, имеющий корпус, шарики, подпружиненную подвижную втулку, присоединенную через хвостовик к тросу или к проволоке, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, окна под шарики якоря выполнены наклонными под углом, примерно равным углу трения скольжения контактирующих материалов; подвижный конус якоря выполнен с величиной конусности, равной двум углам наклона окна под шарики; зазор между шариками и подвижным конусом при спуске якоря обеспечен расчетным соотношением жесткости пружины якоря и массы корпуса якоря; конический хвостовик якоря зацеплен шариками привода; шарики привода от перемещения удерживает
расчетно подпружиненная подвижная втулка, нагруженная корпусом привода, опирающимся на пружины привода.
Выполнение окон под шарики якоря под углом, примерно равным углу трения скольжения контактирующих материалов, создает разные условия для заталкивания шариков кромками муфтовых зазоров и стенками труб, в которые спускают якорь, при спуске и при подъеме якоря. При спуске якоря вниз шарики, ударяясь о кромки и стенки труб, закатываются в окна, так как возникает крутящий момент, вращающий шарик с заталкиванием его в окно. При подъеме якоря вверх силы от контакта шариков с кромками и стенками труб прижимают шарики ко дну окон с вращением их в сторону выкатывания шариков из окон наружу. Таким образом, при спуске якоря вниз имеет место трение качения шариков, а при подъеме якоря вверх имеет место трение скольжения. Известно, что силы трения скольжения в несколько раз превышают силы трения качения. Именно эта разность сил при спуске и подъеме якоря и позволяет, во-первых, беспрепятственно спускать якорь в скважину при имеющих степень свободы перемещения вдоль окон шариках, а, во-вторых, обеспечить появление дополнительных расчетных сил при подъеме якоря, что и предложено использовать для расцепления привода от якоря с установкой якоря в скважине и с извлечением привода без якоря на поверхность.
Выполнение подвижного конуса якоря с величиной конуса, равной двум углам наклона окна под шарики, обеспечивает взаимную перпендикулярность продольной оси каждого окна и образующей конуса, при которой обеспечиваются наилучшие условия для контакта шариков с образующей конуса, и, следовательно, наилучшие условия их работы.
То, что зазор между шариками и подвижным конусом при спуске якоря обеспечен расчетным соотношением жесткости пружины якоря и массы корпуса якоря, позволяет надежно спускать якорь в скважину, а затем выполнить начальный подъем якоря до его отцепа от привода действием возросших сил трения шариков в окнах при подъеме якоря.
То, что конический хвостовик якоря зацеплен шариками привода, обеспечивает, во-первых, наиболее простое и надежное удержание якоря за его хвостовик, а, во-вторых, наиболее простое и надежное расцепление привода и якоря путем удаления шариков из зоны зацепления с хвостовиком якоря.
То, что шарики привода от перемещения удерживает расчетно подпружиненная подвижная втулка, нагруженная корпусом привода, опирающимся на пружины привода, обеспечивает возможность отцепления якоря от привода за счет возрастания силы воздействия якоря при его подъеме хвостовиком на шарики привода, через них на корпус привода, который сжимает пружины привода и перемещается вниз относительно подвижной втулки. Между корпусом привода и подвижной втулкой привода возникает зазор, в который и уходят шарики привода, обеспечивая тем самым расцепление привода и якоря.
Как видно, запланированный технический результат действительно достигается за счет создания запланированных расчетных сил трения шариков якоря о дно окон якоря.
Предложенное устройство показано на фигуре, где изображен его продольный разрез.
Устройство содержит якорь с корпусом 1, шариками 2, подвижным конусом 3, пружиной 4, коническим хвостовиком 5 для извлечения якоря и привод на тросе или на проволоке, имеющий корпус 6, шарики 7, пружину 8, подвижную втулку 9, присоединенную через хвостовик 10 к тросу или к проволоке.
Окна 11 под шарики 2 якоря выполнены наклонными под углом примерно равным углу трения скольжения контактирующих материалов. Подвижный конус 3 якоря выполнен с величиной конусности, равной двум углам наклона окна 11 под шарики 2. Зазор между шариками 2 и подвижным конусом 3 при спуске якоря обеспечен расчетным соотношением жесткости пружины 4 якоря и массы корпуса 1 якоря. Конический хвостовик 5 якоря зацеплен шариками 7 привода. Шарики 7 привода от перемещения удерживает расчетно подпружиненная пружиной 8 подвижная втулка 9, нагруженная корпусом 6 привода, опирающимся на пружины 8 привода.
Устройство работает следующим образом.
Собранное устройство в составе привода и якоря опускают в скважину на проволоке диаметром два миллиметра, закрепленной за хвостовик 10.
При спуске устройства в скважину масса корпуса 1 якоря сжимает пружину 4 и обеспечивает наличие зазора между подвижным конусом 3 и шариками 2. Это позволяет шарикам 2 свободно входить в окна 11 под воздействием контактирующих с ними внутренних поверхностей труб и кромок труб в муфтовых зазорах.
При достижении заданной точки в скважине спуск устройства прекращают и начинают его подъем. В этом случае внутренние поверхности труб и кромки труб в муфтовых зазорах вращают шарики 2 в другую сторону, выталкивая их из окон наружу. Для заталкивания шариков в окна требуется значительно большая сила, чем при спуске, для преодоления трения скольжения шариков 2 о дно окон 11.
Эта возросшая сила воздействует, во-первых, на корпус 1, а через него на пружину 4, в результате чего подвижный конус 3 перемещается вниз и воздействует на шарики 2, выталкивая их наружу к стенкам трубы и тем самым еще больше увеличивая силы трения; во-вторых, подвижный конус 3 передает возросшую силу через хвостовик 5, шарики 7 и корпус 6 на пружину 8. Пружина 8 сжимается, а корпус 6 перемещается вниз, увеличивая зазор в районе шариков 7 между подвижной втулкой 9 и дном корпуса 6. Как только этот зазор оказывается достаточным для входа в них шариков 2, шарики 2 уходят из-под конического хвостовика 5, освобождая его. Освобожденный привод после этого извлекают на поверхность.
Освобожденный якорь начинает перемещаться вниз по стенкам трубы, но пружина 4 прижимает подвижным конусом 3 шарики 2 к внутренней поверхности трубы, тормозя движение и обеспечивая принудительный вход шариков 2 в первый же муфтовый зазор, к которому якорь подойдет.
Как только шарики 2 войдут в муфтовый зазор, пружина 4 через подвижный конус 3 заталкивает эти шарики 2 до их упора во внутреннюю поверхность муфты или до упора в торцевые кромки окна 11.
Якорь останавливается и висит с приборами, опираясь на кромки труб в муфтовом зазоре.
Когда наступит запланированный срок для извлечения якоря, опускают на тросе ловитель, который захватывает конический хвостовик 5 и извлекает якорь на поверхность. При натяжении хвостовика 5 ловителем подвижный конус 3 сжимает пружину 4, а сам поднимается вверх, так как корпус 1 жестко зафиксирован шариками 2 в муфтовом зазоре трубы. Одновременно с ростом зазора между конусом 3 и шариками 2 нагруженный пружиной корпус 1 воздействует на шарики 2, которые, взаимодействуя с кромками труб в муфтовом зазоре, заталкиваются в окна 11, в связи с чем якорь освобождается от закрепления и перемещается вверх.
Как только шарики будут задевать муфтовые зазоры, или тормозиться стенками трубы, пружина 4 будет сжиматься силами торможения, конус 3 поднимется вверх, зазор между конусом 3 и шариками 2 увеличится, и шарики 2 будут вытолкнуты в окна 11. Процесс подъема якоря продолжится до его извлечения из скважины.
При установке устройства в следующую скважину привод и якорь соединяют, спускают в скважину и весь процесс повторяется.
Устройство для установки якоря в скважине, содержащее якорь с корпусом, шариками, подвижным конусом, пружинами и коническим хвостовиком для извлечения якоря и привод на тросе или на проволоке, имеющий корпус, шарики, подпружиненную подвижную втулку, присоединенную через хвостовик к тросу или к проволоке, отличающееся тем, что окна под шарики якоря выполнены наклонными под углом, примерно равным углу трения скольжения контактирующих материалов; подвижный конус якоря выполнен с величиной конусности, равной двум углам наклона окна под шарики; зазор между шариками и подвижным конусом при спуске якоря обеспечен расчетным соотношением жесткости пружины якоря и массы корпуса якоря; конический хвостовик якоря зацеплен шариками привода; шарики привода от перемещения удерживает расчетно подпружиненная подвижная втулка, нагруженная корпусом привода, опирающимся на пружины привода.
