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.

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.

1 с.п-т ф-лы, 5 зав. п-тов, илл. 3.

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.13, 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,

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 ₁ меньше, чем с верхней ₂. 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 1,52,0 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.

1. Гидравлический якорь пакера, включающий 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, отличающийся тем, что боковая поверхность поршня выполнена сферической.

2. Гидравлический якорь пакера по п.1, отличающийся тем, что на сферической поверхности поршня выполнена канавка под уплотнительное кольцо.

3. Гидравлический якорь пакера по п.1, отличающийся тем, что на поверхности поршня, упирающейся в ограничительную планку, выполнены углубления, облегчающие захват поршня съемником.

4. Гидравлический якорь пакера по п.1, отличающийся тем, что рифление выполнено перпендикулярно поверхности поршня, упирающейся в ограничительную планку.

5. Гидравлический якорь пакера по п.1, отличающийся тем, что рифление выполнено в виде зубьев, причем угол наклона поверхности с нижней стороны зуба меньше, чем с верхней.

6. Гидравлический якорь пакера по п.1, отличающийся тем, что на поверхности поршня, упирающейся в ограничительную планку, выполнены несквозные отверстия, направляющие пружины.