Центратор для расширяемого трубчатого элемента в стволе скважины

Изобретение относится к горному делу, в частности к центраторам для обсадных труб. Обеспечивает устойчивость расширяемого в радиальном направлении трубчатого элемента, проходящего в стволе скважины, пробуренном в пласте земли. Центратор содержит трубчатый компонент, выбранный из части трубчатого элемента и гильзы, окружающей трубчатый элемент, и, по меньшей мере, одну лопасть, имеющую первый рычаг, соединенный с трубчатым компонентом с возможностью поворота первого рычага относительно трубчатого компонента между положением, при котором первый рычаг отведен в радиальном направлении, и положением, при котором первый рычаг выдвинут в радиальном направлении, и второй рычаг, присоединенный к трубчатому компоненту в точке, расположенной на расстоянии в окружном направлении от точки соединения первого рычага с трубчатым компонентом. Второй рычаг имеет концевую часть, соединенную с первым рычагом с возможностью смещения первого рычага из положения отвода в выдвинутое положение при радиальном расширении трубчатого компонента. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к центратору, предназначенному для центрирования или обеспечения устойчивости трубчатого элемента, проходящего в стволе скважины, пробуренном в пласте земли. Трубчатый элемент представляет собой, например, обсадную колонну, которая должна быть зацементирована в стволе скважины. Как правило, желательно, чтобы обсадная колонна была расположена центрально в стволе скважины перед цементированием и в процессе цементирования, чтобы гарантировать то, что кольцевой слой цемента между обсадной колонной и стенкой ствола скважины обеспечит достаточную изоляцию как в радиальном, так и в продольном направлении.

Различные типы центраторов применялись для обеспечения устойчивости или центрирования трубчатого элемента, такого как обсадная колонна, в стволе скважины. Один такой центратор представляет собой рессорный центратор, который выполнен с рычагами рессорного типа, проходящими к стенке ствола скважины. Однако такие известные центраторы в меньшей степени применимы для трубчатых элементов, которые должны быть радиально расширены в стволе скважины.

Следовательно, целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного центратора, который в достаточной степени центрирует или обеспечивает устойчивость расширяемого трубчатого элемента в стволе скважины.

В соответствии с изобретением создан центратор для расширяемого в радиальном направлении трубчатого элемента, проходящего в стволе скважины, пробуренном в пласте земли, содержащий расширяемый в радиальном направлении, трубчатый компонент, выбранный из части трубчатого элемента и гильзы, окружающей трубчатый элемент, по меньшей мере, одну лопасть, имеющую первый рычаг, соединенный с трубчатым компонентом с возможностью поворота первого рычага относительно трубчатого компонента между положением, при котором первый рычаг отведен в радиальном направлении, и положением, при котором первый рычаг выдвинут в радиальном направлении, и второй рычаг, присоединенный к трубчатому компоненту в точке, расположенной на расстоянии в окружном направлении от точки соединения первого рычага с трубчатым компонентом, и имеющий концевую часть, соединенную с первым рычагом с возможностью смещения первого рычага из положения отвода в выдвинутое положение при радиальном расширении трубчатого компонента.

В описанном центраторе достигается то, что при радиальном расширении трубчатого компонента в стволе скважины расстояние в окружном направлении между точками, в которых соответствующие первый и второй рычаги присоединены к трубчатому компоненту, увеличивается, так что второй рычаг заставляет первый рычаг поворачиваться в положение, при котором первый рычаг выдвинут в радиальном направлении. В результате этого крыловидный элемент поджимается к стенке ствола скважины и обеспечивает устойчивость трубчатого элемента/центрирует трубчатый элемент в стволе скважины.

Второй рычаг может быть присоединен к трубчатому компоненту с возможностью поворота второго рычага относительно трубчатого компонента между положением, при котором второй рычаг отведен в радиальном направлении, и положением, при котором второй рычаг выдвинут в радиальном направлении.

Предпочтительно, чтобы первый и второй рычаги проходили от трубчатого компонента в одном и том же окружном направлении, когда они находятся в их соответствующих положениях отвода. Это может быть достигнуто, например, если второй рычаг будет длиннее первого рычага.

Изобретение будет описано далее более подробно и в качестве примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 схематично показывает продольное сечение ствола скважины с вариантом осуществления центратора по изобретению в его нерасширенном состоянии;

фиг.2 схематично показывает поперечное сечение 2-2 по фиг.1;

фиг.3 схематично показывает ствол скважины по фиг.1 с центратором в его расширенном состоянии;

фиг.4 схематично показывает сечение 4-4 на фиг.3.

На фиг.1 показан ствол 1 скважины, образованный в пласте 3 земли, при этом расширяемая в радиальном направлении, обсадная колонна 4 проходит в ствол 1 скважины. Обсадная колонна 4 снабжена центратором 6 для обеспечения устойчивости и/или центрирования обсадной колонны 4 в стволе 1 скважины.

Как показано на фиг.2, центратор 6 включает расширяемый в радиальном направлении трубчатый компонент в виде гильзы 8, окружающей обсадную колонну 6. Гильза 8 выполнена с продольными прорезями (непоказанными), которые перекрываются в продольном направлении, так что требуется лишь небольшая расширяющая сила для расширения гильзы 8 в радиальном направлении. Центратор дополнительно содержит три одинаковые лопасти 10, 12, 14. Для обеспечения простоты описания здесь будет описана только лопасть 10, при этом остальные лопасти 12, 14 аналогичны лопасте 10. Лопасть 10 имеет первый рычаг 16, присоединенный с возможностью поворота к гильзе 8 посредством первого шарнира 18 с возможностью поворота первого рычага 16 между положением, при котором он отведен в радиальном направлении (как показано на фиг.2), и положением, при котором он выдвинут в радиальном направлении. Кроме того, лопасть 10 имеет второй рычаг 20, присоединенный с возможностью поворота к гильзе 8 посредством второго шарнира 22, с возможностью поворота второго рычага 20 между положением, при котором он отведен в радиальном направлении (как показано на фиг.2), и положением, при котором он выдвинут в радиальном направлении. Шарнир 22 расположен на расстоянии в окружном направлении от шарнира 18. Два рычага 16, 20 соединены друг с другом с возможностью поворота друг относительно друга посредством третьего шарнира 24.

Как показано на фиг.3 и 4, обсадная колонна 4 была расширена в радиальном направлении в стволе 1 скважины. В результате расширения обсадной колонны 4 гильза 8 также была расширена в радиальном направлении, так что расстояние в окружном направлении между шарнирами 18 и 22 увеличилось, и, следовательно, второй рычаг 20 обеспечил вытягивание первого рычага 16 в его положение, при котором он выдвинут в радиальном направлении (как показано на фиг.4).

Во время нормальной работы гильза 8 с лопастями 10, 12, 14, присоединенными к ней, расположена вокруг обсадной колонны 4, при этом первый и второй рычаги 16, 20 каждой лопасти находятся в их соответствующих положениях отвода. Затем обсадную колонну 4 опускают в ствол 1 скважины и после этого расширяют в радиальном направлении, например, посредством обычного расширителя (непоказанного), который вталкивают, втягивают или нагнетают через обсадную колонну 4. В результате этого гильза 8 также расширяется, так что расстояние в окружном направлении между шарнирами 18 и 22 увеличивается. В результате этого второй рычаг 20 тянет первый рычаг 16 для его поворота вокруг первого шарнира 18 в его положение, при котором он будет выдвинут в радиальном направлении. В результате поворота первого рычага 16 наружу второй рычаг 20 поворачивается относительно второго шарнира 22 в положение, при котором второй рычаг 20 будет выдвинут в радиальном направлении. За счет этого лопасть 10 расширяется в радиальном направлении к стенке ствола 1 скважины (как показано на фиг.3). Другие лопасти 12, 14 расширяются одновременно к стенке ствола 1 скважины аналогичным образом.

Вместо присоединения рычагов с возможностью поворота к гильзе рычаги могут быть непосредственно присоединены с возможностью поворота к обсадной колонне, так что не потребуется никакой гильзы.

Вместо трех указанных лопастей центратора может быть использовано любое их соответствующее количество.

Кроме того, гильза не обязательно должна быть выполнена с прорезями, и вместо этого может быть использована любая пригодная расширяемая в радиальном направлении гильза.

1. Центратор для расширяемого в радиальном направлении трубчатого элемента, проходящего в стволе скважины, пробуренном в пласте земли, содержащий расширяемый в радиальном направлении трубчатый компонент, выбранный из части трубчатого элемента и гильзы, окружающей трубчатый элемент, по меньшей мере, одну лопасть, имеющую первый рычаг, соединенный с трубчатым компонентом с возможностью поворота первого рычага относительно трубчатого компонента между положением, при котором первый рычаг отведен в радиальном направлении, и положением, при котором первый рычаг выдвинут в радиальном направлении, и второй рычаг, присоединенный к трубчатому компоненту в точке, расположенной на расстоянии в окружном направлении от точки соединения первого рычага с трубчатым компонентом, и имеющий концевую часть, соединенную с первым рычагом с возможностью вызвать смещения первого рычага из положения отвода в выдвинутое положение при радиальном расширении трубчатого компонента.

2. Центратор по п.1, в котором второй рычаг присоединен к трубчатому компоненту с возможностью поворота второго рычага относительно трубчатого компонента между положением, при котором второй рычаг отведен в радиальном направлении, и положением, при котором второй рычаг выдвинут в радиальном направлении.

3. Центратор по п.1 или 2, в котором второй рычаг присоединен к первому рычагу с возможностью поворота второго рычага относительно первого рычага.

4. Центратор по п.1 или 2, в котором трубчатый элемент представляет собой обсадную колонну, проходящую в ствол скважины.

5. Центратор по п.1 или 2, в котором гильза представляет собой гильзу с прорезями или сплошную гильзу.

6. Центратор по п.1 или 2, в котором первый и второй рычаги проходят от трубчатого компонента в одном и том же окружном направлении, когда они находятся в их соответствующих положениях отвода.

7. Центратор по п.1 или 2, в котором второй рычаг имеет большую длину по сравнению с первым рычагом.