Центратор обсадной колонны

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в процессе строительства скважин. Обеспечивает повышение надежности работы центратора, особенно в процессе крепления стволов горизонтальных и наклонно-направленных скважин с большим зенитным углом. Центратор включает корпус в форме полого цилиндра с радиальными каналами и присоединительными резьбами на концах, центрирующие элементы в виде цилиндрических штоков с опорами, установленных в радиальных каналах с возможностью осевого перемещения, узлы фиксации центрирующих элементов и средство перевода центрирующих элементов в рабочее положение. Центратор снабжен разрезным кольцом, состоящим из отдельных секторов, которые жестко связаны со штоками и выполнены с возможностью взаимодействия со средством перевода центрирующих элементов в рабочее положение. На внутренней поверхности корпуса, на уровне его радиальных каналов, выполнена кольцевая канавка, в которой размещены секторы разрезного кольца. Внутренний диаметр разрезного кольца в исходном положении меньше, чем внутренний диаметр обсадной колонны. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

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

Известен центратор обсадной колонны, содержащий установленные на обсадной колонне рабочий цилиндр с поршнем, который имеет возможность взаимодействия с одним из концов центрирующих элементов, шарнирно связанных с другим концом обсадной колонны. На внутренней поверхности обсадной колонны установлены разрушаемые пробки. Поршень может взаимодействовать с коническим хвостовиком замкового поршня, который сопряжен с пружинным разрезным кольцом, жестко связанным с обсадной колонной. Центрирующие элементы выполнены в виде клиновидных рычагов, которые взаимодействуют с ответной поверхностью поршня [1].

Недостатком известного центратора является сложность конструкции и ненадежность в работе.

Известен также центратор обсадной колонны, содержащий расположенный на обсадной колонне рабочий цилиндр с кольцевым поршнем, выполненный с возможностью взаимодействия с одним из концов центрирующих элементов, шарнирно связанных другим концом с обсадной колонной, пружинное разрезное кольцо и разрушаемые пробки. Рабочий цилиндр верхним концом жестко связан с обсадной колонной. Нижний конец кольцевого поршня выполнен коническим и может взаимодействовать с центрирующими элементами, а пружинное кольцо установлено в радиальных пазах центрирующих элементов. Последние выполнены в виде рычагов с утолщениями круглого сечения на концах, противоположных кольцевому поршню. В поперечном сечении рычаги представляют собой секторы трубной заготовки. Их круглые утолщения образуют с обсадной колонной шарнирные соединения, которые обеспечивают возможность радиального отклонения рычагов относительно обсадной колонны [2].

К недостаткам известного центратора следует отнести невозможность фиксации центрирующих элементов после стравливания избыточного давления из внутренней полости обсадной колонны. Как правило, в период ОЗЦ избыточное давление во внутренней полости обсадной колонны стравливается, чтобы обсадная колонна не испытывала радиальных деформаций, которые негативно влияют на ее сцепляемость с цементным камнем.

Известен центратор обсадной колонны, содержащий размещенный на обсадной трубе сегментный корпус, в котором выполнен радиальный канал. В указанном канале размещен центрирующий орган цилиндрической формы. Его осевое перемещение (самовыдвижение) внутри радиального канала корпуса обеспечивается за счет перепада давления между трубным и заколонным пространствами. Центратор имеет узел фиксации центрирующего органа, который позволяет жестко зафиксировать его в выдвинутом из корпуса (рабочем) положении [3]. Указанный центратор может быть принят в качестве прототипа.

К недостаткам известного центратора следует отнести низкую надежность в работе, особенно в процессе крепления стволов горизонтальных и наклонно-направленных скважин с большим зенитным углом, т.к. не обеспечивается выход всех центрирующих элементов в рабочее положение.

Задачей настоящего изобретения является создание конструкции простого и надежного устройства, позволяющего принудительно центрировать обсадную колонну в стволе наклонно-направленной или горизонтальной скважины в процессе ее цементировании.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности в работе, особенно в процессе крепления стволов горизонтальных и наклонно-направленных скважин с большим зенитным углом.

Технический результат достигается тем, что центратор обсадной колонны, включающий корпус в форме полого цилиндра с радиальными каналами и присоединительными резьбами на концах, центрирующие элементы в виде цилиндрических штоков с опорами, установленных в радиальных каналах с возможностью осевого перемещения, узлы фиксации центрирующих элементов и средство перевода центрирующих элементов в рабочее положение, в соответствии с изобретением снабжен разрезным кольцом из отдельных секторов, жестко связанных со штоками и выполненных с возможностью взаимодействия со средством перевода центрирующих элементов в рабочее положение, при этом на внутренней поверхности корпуса, на уровне его радиальных каналов, выполнена кольцевая канавка, в которой размещены секторы разрезного кольца, при этом внутренний диаметр разрезного кольца в исходном положении меньше, чем внутренний диаметр обсадной колонны.

Указанная совокупность существенных признаков находится в причинно-следственной связи с техническим результатом, поскольку обеспечивает повышение надежности.

Способствует достижению технического результата то, что радиальные каналы в корпусе выполнены в его средней части.

Каждый узел фиксации центрирующего элемента в конкретном примере выполнен в виде двух принудительно изогнутых упругих стержней, размещенных с противоположных боковых сторон опоры и взаимодействующих с ними, причем концы упругих стержней заневолены на корпусе при помощи фигурных накладок, жестко присоединенных к наружной поверхности корпуса.

Каждая опора выполнена в виде сектора трубной заготовки и жестко присоединена к наружному торцу соответствующего штока.

Средство перевода центрирующих элементов в рабочее положение может представлять собой цементировочную пробку с распорным конусом.

Секторы разрезного кольца имеют конусную фаску для взаимодействия с распорным конусом цементировочной пробки.

Конструкция предлагаемого центратора поясняется с помощью чертежей, где на фиг.1 показан общий вид центратора в исходном (транспортном) положении; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.1; на фиг.4 - общий вид центратора в рабочем положении; на фиг.5 - вид А на фиг.2; на фиг.6 - вид Б на фиг.2.

Центратор обсадной колонны включает полый цилиндрический корпус 1, в средней части которого выполнены радиальные каналы. На обоих концах корпуса 1 выполнены муфтовые резьбы для присоединения труб 2 обсадной колонны.

В качестве исходной заготовки для изготовления корпуса 1 допускается использовать серийно выпускаемые муфты для соединения труб 2 обсадной колонны.

В корпусе 1 устанавливают не менее трех центрирующих элементов, каждый из которых состоит из штока 3 и опоры 4. На внутренней поверхности корпуса 1, на уровне размещения радиальных каналов, выполнена кольцевая канавка 5.

Каждый из штоков 3 установлен в соответствующем радиальном канале корпуса 1 с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения относительно него. Герметизация штоков 3 в радиальных каналах корпуса 1 обеспечивается с помощью эластичных уплотнительных элементов. К наружному торцу штока 3 жестко присоединена опора 4, которая выполнена в виде сектора трубной заготовки и размещена с наружной стороны корпуса 1.

В кольцевой канавке 5 корпуса 1, между торцами обсадных труб 2, размещено разрезное кольцо, выполненное в виде отдельных секторов 6. Каждый из секторов 6 жестко связан с внутренним торцом соответствующего ему штока 3. Секторы 6 разрезного кольца выполнены с конусной фаской. Наружный диаметр секторов 6 выполнен большим, а внутренний диаметр соответственно меньшим, чем внутренний диаметр обсадных труб 2.

В исходном (транспортном) положении опоры 4 прижаты к корпусу 1, т.е. внутренние поверхности опор 4 взаимодействуют с наружной поверхностью корпуса 1. Узел фиксации опоры 4 представляет собой два упругих стержня 7, расположенных на наружной поверхности корпуса 1. Упругие стержни 7 принудительно изогнуты и размещены с противоположных боковых сторон опоры 4 (как правило, они продольно ориентированы относительно образующей цилиндрического корпуса) с возможностью взаимодействия с ними. Концы стержней 7 заневолены с помощью фигурных накладок 8, жестко присоединенных к наружной поверхности корпуса 1, например, сваркой.

Стандартная цементировочная пробка дополнительно оснащена распорным конусом 9, который имеет возможность взаимодействия с секторами 6. Конусная маска, выполненная на секторах 6 разрезного кольца, способствует их взаимодействию с распорным конусом 9 цементировочной пробки.

Центратор работает следующим образом.

При спуске обсадной колонны в ствол скважины центраторы устанавливают в заранее выбранных местах вместо муфт обсадных труб.

В процессе спуска обсадной колонны следует убедиться, что все установленные на ней центраторы находятся в исходном (транспортном) положении, т.е. их опоры 4 плотно прижаты к наружной поверхности корпусов 1.

Прямое одноступенчатое цементирование обсадной колонны осуществляют традиционным образом. В процессе продавки цементного раствора осуществляется перемещение цементировочной пробки с распорным конусом 9 по трубному каналу обсадной колонны.

При прохождении цементировочной пробки с распорным конусом 9 внутри корпуса 1 она взаимодействует с кольцевыми секторами 6, раздвигая их в радиальном направлении. Радиальное перемещение кольцевых секторов 6 посредством штоков 3 передается опорам 4, заставляя последние выдвинуться наружу относительно корпуса 1. При этом упругие стержни 7 соскакивают с боковых поверхностей опор 4 и фиксируют их в выдвинутом (рабочем) положении, не позволяя опорам 4 вернуться в первоначальное (транспортное) положение.

Последовательный переход центрирующих элементов из транспортного положения в рабочее приводит к тому, что обсадная колонна принудительно центрируется в стволе скважины, что облегчает выполнение процесса цементирования и оказывает положительное влияние на качество крепления.

Источники информации

1. Патент РФ №2034128, опубл. 30.04.1995.

2. Патент РФ №2176719, опубл. 10.12.2001.

3. Патент РФ №2209291, опубл. 27.11.2001.

1. Центратор обсадной колонны, включающий корпус в форме полого цилиндра с радиальными каналами и присоединительными резьбами на концах, центрирующие элементы в виде цилиндрических штоков с опорами, установленных в радиальных каналах с возможностью осевого перемещения, узлы фиксации центрирующих элементов и средство перевода центрирующих элементов в рабочее положение, отличающийся тем, что он снабжен разрезным кольцом, состоящим из отдельных секторов, которые жестко связаны со штоками и выполнены с возможностью взаимодействия со средством перевода центрирующих элементов в рабочее положение, при этом на внутренней поверхности корпуса на уровне его радиальных каналов выполнена кольцевая канавка, в которой размещены секторы разрезного кольца, при этом внутренний диаметр разрезного кольца в исходном положении меньше чем внутренний диаметр обсадной колонны.

2. Центратор обсадной колонны по п.1, отличающийся тем, что радиальные каналы в корпусе выполнены в его средней части.

3. Центратор обсадной колонны по п.1, отличающийся тем, что каждый узел фиксации центрирующего элемента выполнен в виде двух принудительно изогнутых упругих стержней, размещенных с противоположных боковых сторон опоры и взаимодействующих с ними, причем концы упругих стержней заневолены на корпусе.

4. Центратор обсадной колонны по п.3, отличающийся тем, что концы упругих стержней заневолены на корпусе фигурными накладками, жестко присоединенными к наружной поверхности корпуса.

5. Центратор обсадной колонны по п.1, отличающийся тем, что каждая опора выполнена в виде сектора трубной заготовки и жестко присоединена к наружному торцу соответствующего штока.

6. Центратор обсадной колонны по п.1, отличающийся тем, что средство перевода центрирующих элементов в рабочее положение представляет собой цементировочную пробку с распорным конусом.

7. Центратор обсадной колонны по п.6, отличающийся тем, что секторы разрезного кольца имеют конусную фаску для взаимодействия с распорным конусом цементировочной пробки.