ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИЙ ЗАМОК МЕХАНИЧЕСКОГО ЯКОРЯ

Изобретение относится к области горного дела, в частности к нефтедобывающей промышленности, и может быть использовано для эксплуатации нефтяных скважин.

Известен телескопический замок механического якоря, включающий в себя ствол с фигурным пазом по форме «Р»-образного паза, в самой верхней точке напоминающий букву «Л», стороны которой расходятся на два паза А и Б и замыкаются в нижней части с образованием замкнутого выступа В на стволе, причем правый паз А короче по протяженности, чем левый паз Б. В нижней части пазы А и Б связаны наклонным пазом Г (Патент RU №122431 U1. Паз на стволе механического пакера. - МПК: Е21В 33/12. - 27.11.2012). Недостатком известного технического решения является низкая надежность посадки скважинных устройств в скважине.

Известен телескопический замок механического якоря на стволе пакера, включающий укороченный и удлиненные пазы, связанные наклонным пазом, и замыкающие пазы часть, выполненную в виде смещенных в разные стороны относительно укороченного паза соответственно левого и правого продольных пазов, соединенных в нижней части наклонным пазом, причем левый продольный паз длиннее правого и связан сверху с удлиненным пазом и с нижней частью наклонного паза. Укороченный паз А выполнен Л-образным, между пазами: левым продольным Е, наклонным Д и правым продольным Г имеется замкнутый D-образный выступ И на поверхности ствола пакера, а пересекающиеся боковые образующие Ж и 3 выступа И сопряжены дугой R (Патент RU №2489565 C1. Паз на стволе пакера. - МПК: Е21В 33/12. - 10.08.2013). Недостатком известного технического решения является низкая надежность посадки скважинных устройств в скважине.

Известен телескопический замок механического якоря с замкнутым фигурным пазом в виде продольных короткого и длинного участков, соединенных фигурным участком. При перемещении в пазу 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 (Патенты RU №2397310 C1. Пакер. и RU №2397311 C1. Пакер. - МПК: Е21В 33/12. - 20.08.2010). Недостатком известных технических решений является низкая надежность посадки скважинных устройств в скважине.

Известен телескопический замок механического якоря с фигурным пазом в виде продольных короткого и длинного участков, соединенных фигурным участком. На штоке напротив фигурного паза размещена обойма с направляющим штифтом, размещенным в фигурном пазу с возможностью перемещения по фигурному пазу вместе с обоймой вверх по длинному продольному участку фигурного паза - рабочее положение, и выхода из взаимодействия при расположении штифта в коротком продольном участке фигурного паза - транспортное положение (Патент RU №2446281 C1. Устройство для освоения нефтяной скважины. - МПК: Е21В 43/25. - 27.03.2012). Недостатком известного технического решения является низкая надежность посадки скважинных устройств в скважине.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является телескопический замок механического якоря с фигурным пазом на наружной поверхности ствола пакера, выполненным с продольными короткими и длинными участками, и направляющим штифтом, размещенным в фигурном пазу и установленным на разрезном кольце под нижней крышкой обоймы якоря (Патент RU №2453679 C1. Механический пакер. МПК: Е21В 33/129. - 20.06.2012).

Недостатком известного пакера является низкая надежность посадки скважинных устройств в скважине.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение надежной посадки скважинных устройств, спускаемых в скважину на колонне насосно-компрессорных труб.

Техническим результатом является повышение надежности посадки и работы скважинных устройств в процессе эксплуатации скважин.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном телескопическом замке механического якоря, содержащем замкнутый лабиринтный паз, выполненный на стволе, и плавающий палец, установленный в обойме якоря, телескопически соединенной со стволом, с возможностью прямолинейных и круговых перемещений плавающего пальца в пределах лабиринтного паза, последний включает длинный и короткий продольные каналы и соединяющие их поперечные каналы, и выступ с контуром параллелограмма, длинные стороны которого образуют длинный и короткий продольные каналы, причем поперечные каналы выполнены с наклоном к оси ствола с возможностью перехода плавающего пальца из одного продольного канала в другой под воздействием реактивной силы от боковых сторон наклонных каналов, вызываемой действием силы инерции ствола на плавающий палец, причем поперечный наклонный канал перемещения плавающего пальца из короткого продольного канала в длинный выполнен с заходом в карман опорной позиции плавающего пальца, расположенный на средней линии выступа, согласно предложенному техническому решению, поперечный наклонный канал перемещения плавающего пальца из длинного продольного канала в короткий образован срезом острого угла параллелограмма параллельно боковой стороне лабиринтного паза, а на стволе параллельно продольным каналам дополнительно выполнен глухой продольный паз длиной, большей продольной длины габарита лабиринтного паза, в котором расположен стопорный палец, исключающий поворот ствола относительно обоймы якоря и упор плавающего пальца в нижний предел контура лабиринтного паза.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного телескопического замка механического якоря, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленное техническое решение может быть реализовано на любом предприятии машиностроения общеизвестной технологии и успешно использовано в нефтегазовых скважинах. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

На представленной фигуре показана развертка пазов телескопического замка механического якоря.

Телескопический замок механического якоря содержит замкнутый лабиринтный паз 1, выполненный на стволе (условно не показан), и плавающий палец 2, установленный в обойме якоря (условно не показан), телескопически соединенный со стволом, с возможностью прямолинейных и круговых перемещений плавающего пальца 2 в пределах лабиринтного паза 1. Лабиринтный паз включает длинный продольный канал 3 и короткий продольный канал 4, соединяющие их верхний поперечный канал 5 и нижний канал 6, выполненные с наклоном к оси ствола с возможностью перехода плавающего пальца 2 из одного продольного канала в другой под воздействием реактивной силы от боковых сторон наклонных каналов 5 и 6, вызываемой действием силы инерции ствола на плавающий палец 2, и выступ 7 с контуром параллелограмма, длинные стороны которого образуют длинный и короткий продольные каналы 3 и 4. Поперечный наклонный канал 5 перемещения плавающего пальца 2 из короткого продольного канала 4 в длинный продольный канал 3 выполнен с заходом в карман 8 опорной позиции плавающего пальца 2, расположенный на средней линии 9 выступа 7. Поперечный наклонный канал 6 перемещения плавающего пальца 2 из длинного продольного канала 3 в короткий продольный канал 4 образован срезом 10 острого угла параллелограмма параллельно боковой стороне 11 лабиринтного паза 1 с заходом плавающего пальца 2 в нижний карман 12. На стволе параллельно продольным каналам 3 и 4 дополнительно выполнен глухой продольный паз 13 длиной, большей продольной длины габарита лабиринтного паза 1, в котором расположен стопорный штифт 14, исключающий поворот ствола относительно обоймы якорного узла и упор плавающего пальца 2 в нижний предел контура лабиринтного паза 1. Такая конструкция телескопического замка позволяет посредством осевых перемещений ствола обеспечить якорю транспортное или рабочее состояние.

Телескопический замок механического якоря работает следующим образом.

Перед спуском в скважину ствол находится в вертикальном положении, плавающий палец 2 телескопического замка расположен в точке А нижнего кармана 12 лабиринтного паза 1, а стопорный штифт 14 - в глухом продольном пазу 13 с упором в нижний его конец, позволяющие стволу перемещаться в обойме механического якоря в пределах длины короткого продольного канала 4. Такое положение плавающего пальца 2 в лабиринтном пазу 1 обусловлено весом якоря. В таком положении якорь фрикционными плашками устанавливается в устье скважины, а ствол с лабиринтным пазом 1 под собственным весом продолжает перемещаться вниз на высоту, равную длине короткого продольного канала 4. Одновременно плавающий палец 2 передвигается параллельно оси ствола до столкновения с нижней боковой наклонной стороной выступа 7 в точку Б, в которой под воздействием реактивной силы от наклонной боковой стороны выступа 7, вызываемой действием силы инерции ствола на плавающий палец 2, последний затем перемещается вдоль нижней боковой наклонной стороны выступа 7, затем по короткому продольному каналу 4 в точку В и далее в верхний карман 8 лабиринтного паза 1 в позицию I, определяющую транспортное состояние якоря, а стопорный штифт 14 при этом передвигался вверх по глухому продольному пазу 13, исключая собой поворот ствола относительно обоймы якоря. В этом состоянии перемещение ствола относительно обоймы якоря прекращается, и они продолжают совместное перемещение вниз. Спуск в скважину ствола с лабиринтным пазом 1 и якоря с плавающем пальцем 2 в обойме осуществляется на фрикционных плашках якоря, взаимодействующими со стенками скважины, до установки якоря в заданном интервале скважины, в котором передвижение якоря останавливают. После достижения якорем планируемого интервала скважины, якорь переводят из транспортного состояния в рабочее, для чего ствол приподнимают, а якорь удерживается на заданном уровне прижатыми к стенке скважины фрикционными плашками и будет оставаться на месте, и ствол с лабиринтным пазом 1 перемещается вверх относительно стоящего на месте якоря. Одновременно плавающий палец 2 перемещается относительно ствола из позиции I вниз до столкновения с верхней стороной контура выступа 7 в точке Г, после чего под воздействием реактивной силы от наклонной боковой стороны выступа 7, вызываемой действием силы инерции ствола на плавающий палец 2, последний перемещается по верхнему наклонному каналу 5 до точки Д, затем по длинному продольному каналу 3 в точку Е, а стопорный штифт 14 при этом передвигался вниз по глухому продольному пазу 13, исключая собой поворот ствола относительно обоймы якоря. Затем ствол с лабиринтным пазом 1 опускают, в результате чего происходит переключение якоря из транспортного состояния в рабочее. Одновременно плавающий палец 2 перемещается вверх из точки Е по длинному продольному каналу 3, стремясь достигнуть позицию II, и якорь зафиксируется на стенке скважины. Стопорный штифт 14 при этом передвигается вверх по глухому продольному пазу 13.

Для демонтажа выполняют подъем ствола. При этом одновременно плавающий палец 2 будет перемещаться по длинному продольному каналу 3 до точки Ж, затем по наклонному каналу 6 до точки А в нижнем кармане 12 лабиринтного паза 1, с упором стопорного штифта 14 в нижний конец глухого продольного паза 13, исключая возможность упора плавающего пальца 2 в нижний предел контура лабиринтного паза 1. После этого перемещение ствола относительно обоймы якоря прекратится и начнется их совместное перемещение вверх. Одновременно плавающий палец 2 будет передвигаться параллельно оси ствола до столкновения с нижней боковой наклонной стороной выступа 7 в точку Б, в которой под воздействием реактивной силы от наклонной боковой стороны выступа 7, вызываемой действием силы инерции ствола на плавающий палец 2, последний будет перемещаться вдоль нижней боковой наклонной стороны выступа 7, затем по короткому продольному каналу 4 в точку В и далее в верхний карман 8 лабиринтного паза 1 в позицию I, обеспечивая транспортное состояние якоря. При этом стопорный штифт 14 будет совершать возвратно-поступательные перемещения по глухому продольному пазу 13, исключая собой поворот ствола относительно обоймы якоря.

Предложенная конструкция телескопического замка механического якоря позволяет повысить надежность работы скважинных устройств в процессе эксплуатации скважин.