Центратор обсадной колонны

 

Изобретение относится к области цементирования затрубного пространства обсадной колонны, а именно центрирования обсадной колонны в скважине. Центратор содержит сплошной рабочий цилиндр с поршнем, расположенными на обсадной трубе, центрирующие рычаги, пружинное разрезное кольцо и разрушаемые пробки. Верхний конец цилиндра жестко соединен с обсадной трубой. Нижний конец поршня выполнен коническим и взаимодействует с рычагами. Пружинное разрезное кольцо установлено в радиальных пазах рычагов. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции, повышение надежности работы центратора. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области цементирования затрубного пространства обсадной колонны, а именно центрирования обсадной колонны в скважине.

Известен центратор (патент РФ N 2034128 кл. E 21 B 17/10 от 30.04.1995 г. ), содержащий установленные на обсадной трубе рабочий цилиндр с рабочим поршнем с возможностью взаимодействия с одним из концов центрирующих элементов, шарнирно связанных с другим концом обсадной колонны, на внутренней поверхности которой установлены разрушаемые пробки, а противоположный конец рабочего поршня (гидравлически) взаимодействует с коническим хвостовиком замкового поршня, который сопрягается с пружинным разрезным кольцом, жестко связанным с обсадной колонной. Центрирующие элементы представлены в виде рычагов, выполненных клиновидными, для взаимодействия с клиновидными поверхностями рабочего поршня. Рабочий цилиндр смонтирован с возможностью осевого перемещения и имеет на нижнем конце уступ, взаимодействующий с выступом замкового поршня, а на верхнем конце - П-образные пазы для фиксаций центрирующих элементов.

Недостатком данного центратора является сложность конструкции и, как следствие этого, ненадежность его работы.

В процессе спуска обсадной колонны в скважину дополнительно происходят ее поперечно-колебательные, вращательные и возвратно-поступательные движения. При этом возникает опасность разрушения пружинного разрезного кольца о выступы стенок скважины, осевого перемещения рабочего цилиндра и, как следствие этого, самопроизвольное раскрытие центрирующих элементов. Шарнирное крепление центрирующих элементов к колонне их верхними концами при соприкосновении нижних концов со стенками скважины обуславливает положительный момент раскрытия центрирующих элементов, что приводит к их заклиниванию и предотвратит возможность дальнейшего спуска колонны или к разрушению центрирующих элементов.

В транспортном положении центратора поршень с клиновидными выступами для взаимодействия с рычагами свободно может вращаться относительно обсадной трубы. Из-за вращательного движения обсадной колонны в процессе спуска ее в скважину есть возможность проворота поршня относительно центрирующих элементов и выхода из взаимодействия клиновидных поверхностей с рычагами. При попытке приведения центратора в рабочее положение центрирующие элементы в этом случае не раскроются.

Наличие замкового поршня с выступом и коническим хвостовиком и рабочего цилиндра, имеющего с одного конца выступ, с другого - П-образные пазы, усложняет конструкцию и снижают надежность работы устройства, т.к. появляется возможность образования дополнительных каналов перетока скважинной жидкости между внутренней поверхностью рабочего цилиндра и внешней поверхностью замкового поршня и между внутренней поверхностью замкового поршня и внешней поверхностью обсадной трубы.

После спуска обсадной колонны до проектной глубины и слома разрушаемой пробки цементировочной пробкой внутриколонная жидкость поступает в полость рабочего цилиндра. Образованные дополнительные каналы будут пропускать эту жидкость. В результате этого в полости рабочего цилиндра величина давления жидкости окажется незначительной для раскрытия центрирующих элементов и центрирования обсадной колонны относительно скважины.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности работы центратора обсадной колонны.

Цель достигается тем, что из конструкции исключаются башмаки и замковый поршень, сложный по конфигурации. Рабочий цилиндр, выполненный без уступа и П-образных пазов, жестко скреплен верхним концом с обсадной трубой. Выполнение цилиндра сплошным технологичнее при его изготовлении.

Рабочий цилиндр, жестко соединенный верхним концом с обсадной колонной, исключает переток жидкости между полостью цилиндра и заколонным пространством, что способствует более надежной работе центратора.

Выполнение нижнего конца поршня коническим для взаимодействия с центрирующими элементами не влияет на работу устройства при его проворотах.

Установка пружинного разрезного кольца в радиальных пазах внешней поверхности центрирующих рычагов и шарнирная связь их нижних концов с обсадной трубой исключает возможность самопроизвольного раскрытия центрирующих элементов.

Выполнение центрирующих элементов в виде секторов трубной заготовки позволяет обеспечить более компактный монтаж на обсадной трубе, не нарушая их поперечной прочности, и увеличить проходимость центратора в скважине.

Выполнение оси шарнира рычагов за одно целое с телом рычага в виде кольцевого утолщения, входящего в зацепление с кольцевой канавкой на обсадной трубе, обеспечивает компактность шарнира, не увеличивая при этом контактных напряжений в нем.

На фиг. 1 показан центратор в транспортном положении.

На фиг. 2 - узел 1 на фиг 1, на фиг. 3 - разрез А-А на фиг 1.

Центратор состоит из обсадной трубы 1 с выполненными в ней тремя отверстиями 2. По концам обсадной трубы 1 расположены присоединительные муфты 3 и 4. В последней выполнена кольцевая канавка 5, в которой равномерно размещены оси 6 рычагов 7, выполненные за одно целое с телом рычага 7. Рычаги 7 представлены в виде секторов трубной цилиндрической заготовки и прилегают к телу обсадной трубы 1. Противоположные от муфты 4 концы рычагов 7 имеют коническую поверхность и опираются на коническую поверхность рабочего поршня 8.

В транспортном положении (состоянии) центратора рычаги 7 прижимаются к обсадной трубе 1 посредством разрезного пружинного кольца 9, которое установлено в радиальных пазах внешней поверхности центрирующих рычагов 7.

Размещенный в цилиндре 10 поршень 8 уплотнен относительно трубы 1 и цилиндра 10 резиновыми кольцами 11. Цилиндр 10 присоединяется к муфте 3 при помощи резьбового соединения. В отверстиях 2 установлены разрушаемые пробки 12 (фиг. 2).

Центратор работает следующим образом.

После спуска обсадной колонны 1 в скважину вместе с установленным на ней центратором под действием давления тампонажного раствора сверху вниз движется продавочная пробка, которая, проходя по обсадной трубе 1 центратора, ломает пробки 12. После этого через отверстия открывается доступ внутриколонной жидкости в полость цилиндра 10. Под действием перепада давления заколонной и внутриколонной жидкостей на торец рабочего поршня 8 последний начинает перемещаться вниз. При этом коническая поверхность поршня 8 воздействует на концы рычагов 7, преодолевая упругость разрезного пружинного кольца 9, рычаги 7 раздвигаются в радиальном направлении и упираются в стенку скважины, устанавливая обсадную колонну аксиально ее оси.

В случае неудачного цементирования цементный раствор промывается, выравнивается давление внутри колонны и за колонной. При этом под действием пружинного разрезного кольца 9 рычаги 7 возвращают поршень 8 в исходное положение, центратор с обсадной колонной можно переместить и повторить вновь операцию по цементированию обсадной колонны.

Формула изобретения

1. Центратор обсадной колонны, включающий расположенный на обсадной трубе рабочий цилиндр с поршнем, выполненным с возможностью взаимодействия с одним из концов центрирующих элементов, шарнирно связанных другим концом обсадной колонной, пружинное разрезное кольцо и разрушаемые пробки, отличающийся тем, что рабочий цилиндр выполнен сплошным и верхним концом жестко связан с обсадной колонной, нижний конец поршня выполнен коническим с возможностью взаимодействия с центрирующими элементами, а пружинное разрезное кольцо установлено в радиальных пазах, выполненных на центрирующих элементах.

2. Центратор по п.1, отличающийся тем, что центрирующие элементы выполнены в виде рычагов с утолщениями круглого сечения на противоположных рабочему поршню концах.

3. Центратор по п.1, отличающийся тем, что рычаги в поперечном сечении представляют сектора трубной заготовки, а их круглые утолщения входят в зацепление с кольцевой канавкой круглого сечения на обсадной трубе, образуя шарнирное сочленение, обеспечивающее при взаимодействии рычагов с коническим концом рабочего поршня, их радиальное отклонение.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3