Центратор обсадной колонны

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в скважинах. Обеспечивает надежную фиксацию центрирующих элементов в раскрытом положении при проведении цементирования обсадной колонны. Устройство состоит из обсадной трубы, снаружи которой установлен рабочий цилиндр с кольцевым поршнем. Внутренние полости рабочего цилиндра и обсадной трубы сообщаются между собой посредством сквозных каналов, которые перекрыты разрушаемыми пробками. Основные и дополнительные центрирующие элементы выполнены в виде рычагов, поперечное сечение которых представляет собой сектор трубной заготовки. Одним концом основные центрирующие элементы шарнирно связаны с муфтой, а дополнительные - с нижним концом поршня. Свободные концы основных и дополнительных центрирующих элементов попарно связаны между собой с помощью шарнирных соединений. Угол между осью каждого из основных центрирующих элементов с осью обсадной колонны в рабочем положении составляет величину более 90°. 3 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, имеющим 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 рабочего цилиндра [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]. Указанный известный центратор может быть принят в качестве прототипа.

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

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы устройства за счет обеспечения надежной фиксации центрирующих элементов в раскрытом положении при проведении цементирования обсадной колонны.

Поставленная задача достигается в предлагаемом техническом решении за счет того, что устройство, состоящее из расположенного на наружной поверхности обсадной колонны рабочего цилиндра, верхним концом жестко связанного с ней, основных центрирующих элементов, выполненных в виде рычагов, поперечное сечение которых представляет собой сектор трубной заготовки, шарнирно связанных одним концом с обсадной колонной и установленных с возможностью радиального отклонения относительно нее, кольцевого поршня, размещенного внутри рабочего цилиндра, и разрушаемых пробок, установленных с внутренней стороны в радиальных каналах обсадной колонны, снабжено дополнительными центрирующими элементами, которые одним концом шарнирно связаны с нижним концом кольцевого поршня. Свободные концы основных и дополнительных центрирующих элементов попарно связаны между собой посредством шарнирных соединений. Угол, образованный осью каждого из основных центрирующих элементов с осью обсадной колонны, может составлять величину более 90°.

Конструкция центратора обсадной колонны поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства в транспортном положении, на фиг.2 - общий вид устройства в момент перемещения центрирующих элементов в радиальном положении, на фиг.3 - совмещение сечений А-А на фиг.1 и Б-Б на фиг.2.

Предлагаемое устройство состоит из обсадной трубы 1 с выполненными в ней сквозными радиальными каналами 2. С внутренней стороны радиальные каналы 2 закрыты установленными в них разрушаемыми пробками 3.

На концах обсадной трубы 1 установлены муфты 4 и 5. Верхний конец рабочего цилиндра 6 жестко связан с муфтой 4. Внутри рабочего цилиндра 6 размещен кольцевой поршень 7.

Основные 8 и дополнительные 9 центрирующие элементы одним концом шарнирно присоединены соответственно к муфте 5 и к нижней части поршня 7. Свободные концы основных 8 и дополнительных 9 центрирующих элементов попарно связаны между собой с помощью шарнирного соединения 10. Расстояние от центра шарнира 10 до оси обсадной трубы 1 больше, чем соответствующие расстояния до последней от остальных шарниров, за счет чего исключается возможность заклинивания центрирующих элементов в процессе работы устройства. Основные 8 и дополнительные 9 центрирующие элементы имеют возможность радиального отклонения относительно обсадной колонны, причем угол (α) между осью каждого из основных центрирующих элементов 8 с осью обсадной трубы 1 может составлять величину более 90°. Основные 8 и дополнительные 9 центрирующие элементы выполнены в виде рычагов, поперечное сечение которых представляет собой сектор трубной заготовки, на концах которых установлены шарнирные соединения.

Центратор работает следующим образом.

После спуска в ствол скважины обсадной колонны с установленными на ней в расчетных местах центраторами начинают процесс цементирования. При прохождении продавочной пробки по обсадной трубе 1 происходит разрушение пробок 3. Через сквозные радиальные каналы 2 в обсадной трубе 1 продавочная жидкость попадает во внутреннюю полость рабочего цилиндра 6. Под действием избыточного давления жидкости поршень 7 начинает двигаться в осевом направлении относительно обсадной трубы 1. При этом поршень 7 перемещает дополнительные центрирующие элементы 9. Последние через шарнир 10 передают создаваемое усилие на связанные с ними основные центрирующие элементы 8. Основные 8 и дополнительные 9 центрирующие элементы раздвигаются в радиальном направлении и упираются в стенки ствола скважины, обеспечивая тем самым центрирование обсадной колонны. Отклонение основных центрирующих элементов 8 на угол более 90° обеспечивает невозможность их возвращения в исходное положение, т.е. произвольного "закрытия" центратора.

После окончания процесса продавки цементного раствора избыточное давление внутри обсадной колонны на период ОЗЦ может быть полностью стравлено.

Источники информации

1. Патент РФ №2034128, Е 21 В 17/10, 1995.

2. Патент РФ №2176719, Е 21 В 17/10, 2001.

Центратор обсадной колонны, включающий расположенный на наружной поверхности обсадной колонны рабочий цилиндр, верхний конец которого жестко связан с обсадной колонной, основные центрирующие элементы в виде рычагов, поперечное сечение которых представляет собой сектор трубной заготовки, шарнирно связанные одним концом с обсадной колонной и имеющие возможность радиального отклонения относительно нее, размещенный внутри рабочего цилиндра кольцевой поршень и разрушаемые пробки, установленные с внутренней стороны в радиальных каналах обсадной колонны, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными центрирующими элементами, одним концом шарнирно связанными с нижним концом кольцевого поршня, причем свободные концы основных и дополнительных центрирующих элементов попарно связаны между собой с помощью шарнирных соединений, при этом угол между осью каждого из основных центрирующих элементов с осью обсадной колонны в рабочем положении составляет величину более 90°.