Центратор обсадной колонны для ее вращения при цементировании - RU2731723C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в процессе строительства скважин.

Известен пружинный центратор и его фиксатор на обсадной трубе (Патент RU № 98220, МПК Е21В 17/00, опубл. 10.10.2010, бюл. № 28), содержащий цельный корпус с центрирующими ребрами, соединенными с концевыми частями в виде верхнего и нижнего колец, фиксаторы пружинного центратора на обсадной трубе, и трубки с развальцованными концами, установленные в отверстиях нижнего кольца, причем фиксаторы и трубки выполнены с внешней и внутренней резьбой соответственно с возможностью ввинчивания фиксаторов до упора в обсадную трубу.

Недостатком известного центратора является низкая надежность работы, обусловленная тем, что он неподвижно соединен фиксаторами с обсадной трубой. Это обстоятельство затрудняет осуществление вращения обсадной колонны, необходимое, например, для устранения ее прихвата в процессе спуска в скважину, поскольку центрирующие ребра, контактирующие со стенкой скважины, будут врезаться в горную породу, создавая сопротивление и препятствуя вращению обсадной колонны. При этом возможна деформация центрирующих ребер с изменением их формы и последующей поломкой, что исключает возможность выполнения известным центратором своего функционального назначения. Кроме того, обломки центрирующих ребер, застряв в зазоре между элементами компоновки обсадной колонны и стенкой скважины, могут заклинить обсадную колонну, что усугубит аварию или же не позволит осуществить спуск обсадной колонны в заданный интервал.

Таким образом, конструктивное исполнение известного центратора не обеспечивает достаточной надежности его эксплуатации.

Наиболее близким является центратор обсадной колонны (Патент RU № 2475618, МПК Е21В 17/10, опубл. 20.02.2013, бюл. № 5), содержащий корпус, установленный на обсадной трубе, выполненный из пружинной стали и включающий верхний и нижний пояса в виде цилиндрических колец, соединенных с центрирующими ребрами, равномерно расположенными по окружности и выгнутыми по дуге в плоскости образующих выпуклостью наружу, и фиксирующие винты, при этом дополнительно снабжен ограничителями перемещения корпуса, неподвижно установленными на обсадной трубе и выполненными в виде колец с резьбовыми отверстиями, в которых установлены фиксирующие винты, взаимодействующие с обсадной трубой, корпус установлен на обсадной трубе с возможностью вращения и продольного перемещения, а наружная поверхность центрирующих ребер в диаметральной плоскости выполнена дугообразной с радиусом, равным наружному радиусу поясов корпуса.

Несмотря на все достоинства приведенного центратора, а также нахождение центратора в свободном и не зафиксированном состоянии относительно обсадной трубы он не обеспечивает возможность проворота обсадной трубы внутри центратора в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, ввиду возникновения силы трения между наружной стенкой обсадной трубы и внутренней поверхностью верхнего нижнего поясов представленного центратора. Как следствие, вероятность слома ребер центратора при вращении обсадной колонны в процессе спуска и в процессе цементирования очень велика, что в свою очередь приводит к аварийной ситуации. Поэтому использование данных центраторов с возможностью вращения обсадной колонны ограничено применением только на вертикальных скважинах.

Техническими задачами являются повышение надежности работы центратора обсадной колонны и расширение его эксплуатационных возможностей за счет возможности свободного вращения обсадной колонны в процессе цементирования.

Технические задачи решаются центратором обсадной колонны для ее вращения при цементировании, содержащим корпус, установленный на обсадной трубе, выполненный из пружинной стали и включающий верхний и нижний пояса в виде цилиндрических колец, соединенных с центрирующими ребрами, равномерно расположенными по окружности и выгнутыми по дуге в плоскости образующих выпуклостью наружу, и снабженный ограничителями перемещения корпуса, неподвижно установленными на обсадной трубе и выполненными в виде колец с резьбовыми отверстиями, в которых установлены фиксирующие винты, взаимодействующие с обсадной трубой.

Новым является то, что верхний и нижний пояса центратора в виде цилиндрических колец оснащены равномерно расположенными по окружности колец посадочными местами с внутренним конусом, в которые установлены стальные шары с возможностью взаимодействия с обсадной трубой, при этом с наружной стороны цилиндрические кольца оснащены предохранительными кольцами, исключающими выпадение стальных шаров из посадочных мест, а на внешних поверхностях центрирующих ребер нанесены продольные насечки.

На фиг. 1 представлен общий вид центратора обсадной колонны, на фиг. 2 - разрез А-А центратора обсадной колонны.

Центратор обсадной колонны для ее вращения при цементировании (фиг. 1) содержит корпус 1, установленный на обсадной трубе 2, выполненный из пружинной стали и включающий верхний 3 и нижний 4 пояса в виде цилиндрических колец. Верхний 3 и нижний 4 пояса центратора в виде цилиндрических колец оснащены равномерно расположенными по окружности колец посадочными местами (на фиг. 1 показано условно) с внутренним конусом 5. В посадочные места установлены стальные шары 6 (фиг. 1 и фиг. 2) с возможностью взаимодействия с обсадной трубой 2. Продольное и радиальное вращение центратора относительно обсадной трубы 2 происходит за счет свободного движения шаров 6 внутри верхнего 3 и нижнего 4 (фиг. 1) поясов центратора в виде цилиндрических колец. При этом с наружной стороны цилиндрические кольца оснащены предохранительными кольцами 7, исключающими выпадение стальных шаров 6 из посадочных мест. Верхний 3 и нижний 4 пояса в виде цилиндрических колец соединены с центрирующими ребрами 8, равномерно расположенными по окружности и выгнутыми по дуге в плоскости образующих выпуклостью наружу.

Корпус 1 центратора также снабжен двумя ограничителями 9 и 10 перемещения корпуса 1, неподвижно установленными на обсадной трубе 2 и выполненными в виде колец, с резьбовыми отверстиями (на фиг. 1 показано условно), в которых установлены фиксирующие винты (на фиг.1, 2 не показаны), взаимодействующие с обсадной трубой 2. На внешних поверхностях центрирующих ребер 8 нанесены продольные насечки (на фиг. 1 показано условно), предотвращающие вращение центратора относительно стенки скважины, что способствует наиболее свободному вращению обсадной трубы 2 в составе обсадной колонны (на фиг. 1, 2 не показано) вокруг своей оси.

Центратор обсадной колонны работает следующим образом.

На устье скважины при спуске обсадной колонны в скважину на обсадные трубы 2 (фиг. 1) устанавливают центраторы в необходимом количестве и с требуемой периодичностью. Для этого на обсадную трубу 2 устанавливают ограничитель 9 в виде кольца, жестко закрепляя его на обсадной трубе 2 винтами. Далее на обсадную трубу 2 надевают корпус 1 центратора с верхним 3 и нижним 4 поясами в виде цилиндрических колец. При этом шары 6, установленные в посадочные места с внутренним конусом 5, с внутренней стороны верхнего 3 и нижнего 4 поясов касаются поверхности обсадной трубы 2 (фиг. 2). Далее на некотором расстоянии от ограничителя 9 (фиг. 1) на длину не менее линейного удлинения корпуса 1 центратора закрепляют второй ограничитель 10 в виде кольца.

Таким образом, центратор в составе обсадной трубы 2 на протяжении всего спуска свободно вращается как вдоль оси трубы, так и в поперечном направлении, тем самым, не мешая свободному спуску обсадной трубы 2 в составе обсадной колонны до проектной глубины скважины. После спуска обсадной колонны до забоя скважины, горизонтальная часть последней буквально лежит на шарах 6, установленных внутри верхнего 3 и нижнего 4 поясов корпуса 1 центратора. При передаче вращательного движения обсадным трубам 2 в составе обсадной колонны вокруг своей оси в процессе цементирования обсадные трубы 2 свободно вращаются, касаясь шаров 6 внутри центратора, при этом сам центратор остается в неподвижном состоянии, за счет наличия продольных насечек, не позволяющих вращаться центратору относительно стенки скважины, что способствует наиболее свободному вращению обсадной колонны вокруг своей оси.

Так, наличие возникающих сил трения между внутренней поверхностью центратора и поверхностью обсадной трубы в известных центраторах не обеспечивает возможности свободного вращения обсадной колонны. Применение предлагаемого центратора обсадной колонны для ее вращения при цементировании повышает надежность центрирования в любых траекториях, в том числе и в горизонтальных участках ствола скважины, а также расширяет эксплуатационные возможности в сравнении с известными аналогами.

Реферат

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в процессе строительства скважин. Технический результат – повышение надежности работы центратора обсадной колонны и расширение его эксплуатационных возможностей за счет возможности свободного вращения обсадной колонны в процессе цементирования. Центратор обсадной колонны для ее вращения при цементировании содержит корпус, установленный на обсадной трубе, выполненный из пружинной стали и включающий верхний и нижний пояса в виде цилиндрических колец, соединенных с центрирующими ребрами, равномерно расположенными по окружности и выгнутыми по дуге в плоскости образующих выпуклостью наружу, и снабженный ограничителями перемещения корпуса. Ограничители перемещения неподвижно установлены на обсадной трубе и выполнены в виде колец с резьбовыми отверстиями, в которых установлены фиксирующие винты, взаимодействующие с обсадной трубой. Верхний и нижний пояса центратора в виде цилиндрических колец оснащены равномерно расположенными по окружности колец посадочными местами с внутренним конусом, в которые установлены стальные шары с возможностью взаимодействия с обсадной трубой. При этом с наружной стороны цилиндрические кольца оснащены предохранительными кольцами, исключающими выпадение стальных шаров из посадочных мест. На внешних поверхностях центрирующих ребер нанесены продольные насечки. 2 ил.

Формула