Устройство для центрирования обсадных колонн

 

Использование: для обеспечения концентричного размещения обсадной колонны в скважине в целях получения последующего качественного разобщения пластов. Устройство для центрирования обсадной колонны содержит цилиндр, зафиксированный жестко на теле обсадной трубы, и центрирующие упругие элементы-флажки, имеющие пружинные дуги и оси вращения, установленные в боковые отверстия цилиндра. При спуске обсадной колонны в скважину флажки разворачиваются вдоль образующей труб, занимая меньший радиус охвата, проходимость колонны улучшается. Если колонну вращать, то флажки занимают положение максимального радиуса охвата, таким образом тело обсадной колонны цементируется в стволе скважины. 4 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к креплению обсадными колоннами скважин при их бурении на нефть и газ.

Известен центратор, состоящий из двух стальных колец, к которым приварены пружинные арочные планки [1] Недостатками этой конструкции являются низкая центрирующая способность, ограниченная проходимость обсадной колонны при ее цементировании и высокая металлоемкость.

Известен центратор, в котором имеются центрирующие элементы в виде флажков, связанные с корпусом осью вращения, и узел принудительного вращения флажков [2] Основным недостатком данного технического решения является необходимость управления его работой дистанционно, то есть по сигналу сверху, так как центратор предназначен для центрирования (расположения) прибора в скважине. Такое решение невозможно распространить на управление центрированием обсадной трубы в скважине.

Целью изобретения является повышение центрирующей способности и проходимости обсадной колонны по стволу скважины.

Цель достигается тем, что в центрирующем устройстве, содержащем цилиндр, зафиксированный жестко на теле обсадной трубы, и центрирующие упругие элементы, используются поворотные центрирующие элементы-флажки, имеющие пружинные дуги и оси вращения, установленные в боковые отверстия цилиндра, причем цилиндр с боковыми отверстиями одевается на тело трубы и фиксируется на ней любым известным способом. Флажки наружной поверхностью соприкасаются со стенками скважины и при движении колонны поступательно или вращательно разворачиваются в сторону, противоположную движению. При этом если флажки занимают вертикальное положение, совпадающее с образующей обсадной трубы, то внешний радиус охвата флажков минимальный. Если колонну вращать, то флажки занимают положение, перпендикулярное образующей обсадной трубы. В этом случае радиус охвата флажков максимален. В зависимости от длины флажков, изгиба дуги и подбора их деформационной упругости этот радиус может быть меньше, равен или несколько больше радиуса скважины в зависимости от требований, устанавливаемых технологией крепления скважин. Поэтому, когда обсадную колонну спускают в скважину, флажки разворачиваются вдоль образующих труб, занимая меньший радиус охвата, проходимость колонны увеличивается, ограничение на скорость спуска снимается. Если колонну вращать, то флажки занимают положение максимального радиуса охвата, таким образом тело обсадной трубы центрируется в стволе скважины.

В одном центраторе должно быть не менее трех флажков.

Известно, что если обсадную колонну вращать с некоторым допустимым числом оборотов во время движения тампонажного раствора по кольцевому пространству, то улучшаются условия для наиболее полного удаления остатков бурового раствора в скважине, что приводит к повышению качества центрирования.

На фиг.1-4 показаны схемы устройства для центрирования обсадной колонны.

На обсадную трубу 1 (фиг.1) одевается цилиндр 2 и неподвижно фиксируется на ней элементами 3 крепления. В боковых отверстиях цилиндра, которых должно быть не менее трех, устанавливаются флажки 4, имеющие ось вращения, содержащую две части разного диаметра: большего а и меньшего b и наружную дугообразную поверхность (фиг.2). При передаче какого-либо усилия на дугу флажка 4, например, когда обсадная колонна, опирающаяся дугой флажка на стенку скважины, движется относительно передней, то флажки разворачиваются в сторону, противоположную движению колонны. Такое усилие может при дальнейшем движении обсадной колонны последовательно передаваться на каждый флажок.

Так при движении колонны в процессе ее спуска вдоль ствола скважины флажки располагаются вдоль образующей тела трубы и занимают положение, соответствующее минимальному радиусу охвата. При вращении колонны флажки, последовательно соприкасаясь с той частью стенки скважины, к которой более приближено тело трубы обсадной колонны, разворачиваются перпендикулярно образующей тела трубы, занимая положение с наибольшим радиусом охвата, и центрируют ее относительно ствола скважины. Такое вращение обсадной колонны совмещают во времени с движением тампонажного раствора по кольцевому каналу.

Однако не всегда возможно вращение обсадной колонны. Например, при искривлении стволов скважин, в осложненных стволах, в наклонных или горизонтальных скважинах. В этом случае используют устройство для центрирования, позволяющее центрировать обсадную колонну, только провернув ее на один или несколько оборотов с минимальной скоростью. На теле трубы 1 фиксируется элементами закрепления цилиндр 2, имеющий боковые отверстия (не менее трех) под большую часть оси а вращения флажка 4. На цилиндре 2 одевается со свободой вращения обойма 5. Флажок 4 имеет дугообразную наружную поверхность и ось вращения, состоящую из двух частей ось а большего диаметра и ось б меньшего диаметра, расположенные друг относительно друга с эксцентриситетом. Оси вращения флажков располагаются в боковых отверстиях обоймы 5. Собранные в единое целое цилиндр 2, обойма 5 и флажок 4, зафиксированные на теле обсадной трубы, образуют центрирующее устройство.

Устройство (фиг.3 и 4) работает следующим образом.

При движении обсадной колонны относительно ствола скважины поступательном или вращательном достаточно воздействовать усилием от стенки скважины на дугу любого флажка, после чего он поворачивается в сторону, противоположную движению обсадной колонны. Синхронно с ним разворачиваются и другие флажки этого центратора, так как усилие от разворачивающегося флажка через оси а и б и обойму 5 передается на каждый флажок.

Для приведения устройства из транспортного положения, когда флажки расположены вдоль образующей трубы, в рабочее положение, чтобы флажки расположились перпендикулярно образующей трубы, что соответствует наибольшему радиусу охвата, достаточно сделать несколько оборотов обсадной колонны на любой скорости в любое время до начала или во время цементирования.

Преимущество предлагаемой конструкции устройства для центрирования обсадных колонн состоит в том, что оно позволяет: путем придания флажкам высоких упругих свойств свести к минимуму эксцентриситет обсадной колонны относительно ствола скважины; путем передачи усилия на один из флажков и его поворота поворачивать остальные в ту же сторону (фиг.3 и 4); вращать обсадную колонну с любой производительностью в целях наиболее полного удаления остатков бурового раствора (фиг.1, 2), обеспечить центрирование обсадных колонн в любых скважинах; обеспечить высокую проходимость обсадных колонн при их спуске, сократив ограничения на скорость спуска; уменьшить расход металла на изготовление устройства для центрирования.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕНТРИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН относительно оси скважины, содержащее цилиндр, жестко связанный с телом центрируемой трубы, центрирующие упругие элементы в виде флажков, связанных с цилиндром осью вращения, и узел принудительного вращения флажков, отличающееся тем, что оси флажков выполнены в виде двух эксцентричных частей равного диаметра, а узел принудительного поворота флажков в виде свободно установленной на корпус обоймы с боковыми отверстиями, причем оси флажков малого диаметра расположены в последних.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4