ЦЕНТРАТОР ДЛЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Полезная модель относится к оборудованию для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к средствам наружной оснастки обсадной колонны, в частности к центраторам.
Известен центратор для обсадной колонны, содержащий корпус с узлом крепления в нижней части, центрирующие ребра, сужающиеся к нижнему торцу, при этом корпус выполнен в виде втулки пятикратного поперечного сечения с тангенциальными отверстиями над узлом крепления, предназначенные для турбулизации потока цементного раствора (а.с. СССР №1633084, МПК Е21В 17/10, опубл. в БИ №9, 1991).
Известен также центратор для обсадной колонны, включающий полый цилиндрический корпус с центрирующими ребрами и крепежными элементами для закрепления его на трубе обсадной колонны (патент Англии №2285649, МПК Е21В 17/10, 1995)
Известен также центратор для обсадной колонны, включающий корпус в виде двух колец с центрирующими элементами и с окнами, предназначенными для забивания через них стопорных элементов, выполненных в виде клина, в канавки, выполненные с внутренней стороны колец для закрепления центратора на трубе обсадной колонны, центрирующие элементы выполнены выпуклыми сфероидной формы в количестве не менее четырех единиц и за одно целое с кольцами путем литья, расположенные наклонно спиралевидно, при этом окна под стопорные клины выполнены на обеих торцевых частях одного из центрирующего элемента, а канавки под стопорные клины выполнены по обе стороны от окон и по длине равные длине стопорных клинов (патент РФ на полезную модель № RU 83095, МПК Е21В 17/10 (2006.01), опубл. 20.05.2009).
Общим недостатком известных центраторов является ограниченная эксплуатационная возможность, обусловленная тем, что они жестко закреплены на обсадной трубе. Это обстоятельство не позволяет осуществлять вращение и продольное перемещение обсадной колонны, необходимые, например, для устранения ее прихвата в процессе спуска в скважину, поскольку центрирующие ребра, контактирующие со стенкой скважины, будут препятствовать вращению и продольному перемещению обсадной колонны. При этом возможны деформация центрирующих ребер и их последующая поломка, что исключает возможность выполнения центратором своего функционального назначения.
7
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является центратор для обсадной колонны скважины, пробуренной трехшарошечным долотом, включающий полый корпус с центрирующими ребрами, который выполнен бочкообразной формы. Рабочая поверхность которой имеет форму эллипсоида, образованного вращением эллипса вокруг его малой оси, при этом большая ось упомянутого эллипса равна условному диаметру описанной окружности вокруг трехшарошечного долота, которым пробурена скважина, а его малая ось - условному диаметру описанной окружности вокруг его шарошки. По обе стороны от концов центратора закрепляют стопорные муфты, обеспечивающие ему вращение и продольное перемещение (патент РФ на изобретение № RU 2176718 МПК Е21В 17/10 (2006.01), опубликован 10.122001).
В этом центраторе указанный выше недостаток, присущий перечисленным аналогам, устранен. Центратор установлен на обсадной трубе с возможностью вращения и продольного перемещения.
Недостатком данной конструкции является то, что она не позволяет выполнить качественное цементирование скважины, осуществляемое после спуска обсадной колонны на расчетную глубину, так как ламинарный поток раствора, подаваемый в зону цементирования, не обеспечивает полное замещение бурового раствора цементным и ликвидацию застойных зон. Застойные зоны подвергают колонну коррозии, которая приводит к разгерметизации скважины, что в свою очередь вызывает необходимость проведения дорогостоящих ремонтно-восстановительных работ.
Поставлена задача: обеспечить качественное цементирование скважины.
Технический результат достигается тем, что в центраторе для обсадной колонны, содержащем втулку, в виде двух цилиндрических колец, жестко соединенных центрирующими ребрами, установленную на обсадной трубе с возможностью вращения и продольного перемещения, центрирующие ребра которой выполненны выпуклыми сфероидной формы, ограничители перемещения втулки, неподвижно установленные на обсадной трубе по обе стороны от концов втулки, центрирующие ребра выполнены наклонно спиралевидно.
Использование нового отличительного признака, а именно выполнение центрирующих ребер наклонно спиралевидно, позволяет обеспечить полное замещение бурового раствора цементным раствором, путем исключения в зоне цементирования застойных участков и, как следствие, обеспечить качественное цементирование скважины. Исключение застойных зон обеспечивается в результате изменения направления потока цементного раствора, а именно, его завихрения (турбулизации).
Проведенный анализ из уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что аналог, характеризующийся признаками, тождественными существенным признакам заявляемого технического решения, не обнаружен. Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения и выбранного из выявленных аналогов прототипа позволил установить наличие отличительного признака в заявляемом решении, изложенном в формуле полезной модели, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию «новизна».
Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображен центратор, установленный на обсадную трубу.
Центратор для обсадной колонны содержит втулку, выполненную в виде двух цилиндрических колец 1 и 2, жестко соединенных с центрирующими ребрами 3 неразъемным соединением, например методом литья или сваркой.
Центрирующие ребра 3 имеют выпуклую сфероидную форму и расположены наклонно спиралевидно относительно оси обсадной трубы 4 и отстоят друг от друга на равных расстояниях образуя зазоры для прохода цементного раствора.
Центратор установлен на обсадной трубе 4 с возможностью вращения и продольного перемещения между ограничителями 5, выполненными в виде колец, зафиксированных винтами 6 в резьбовых отверстиях 7 на ограничителях 5.
В случае если компоновка обсадной трубы 4 оснащена муфтами 8, количество ограничителей 5 может быть уменьшено до одного, так как вторым ограничителем центратора будет являться муфта 8.
Центратор для обсадной колонны работает следующим образом.
Перед спуском обсадной колонны в скважину 9 центратор, с требуемой периодичностью, устанавливают на обсадную трубу 4, для чего на обсадную трубу 4 устанавливают первый ограничитель 5 и закрепляют его, вворачивая в резьбовые отверстия 7 фиксирующие винты 6 до упора в тело обсадной трубы 4. Затем на обсадную трубу 4 устанавливают центратор и на расстоянии, обеспечивающем возможность беспрепятственного продольного перемещения его на обсадной трубе 4, примерно 50-60 см., монтируют второй ограничитель 5. Затем колонну обсадных труб 4 спускают в скважину 9. Поскольку заявляемый центратор отделен от ограничителей 5 и установлен на обсадной трубе 4 с возможностью продольного перемещения и вращения, он не препятствует повороту и продольной подаче обсадной трубы 4, например, для предотвращения ликвидации прихвата.
В процессе цементирования раствор проходит между центрирующими ребрами 3, выполненными наклонно спиралевидно, которые изменяют направление потока и создают последующее его завихрение (турбулизацию), исключая возможность образования застойных участков в зоне цементирования, что обеспечивает полное замещение бурового раствора цементным раствором. Заявляемое техническое решение позволяет обеспечить высокое качество цементирования обсадной колонны.
Таким образом, использование предлагаемого центратора для обсадной колонны обеспечивает высокое качество цементирования обсадной колонны.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании с использованием известных материалов и технологий.
Были проведены промысловые испытания заявляемого центратора на одной из нефтяных скважин ОАО «Татнефть», которые показали высокое качество цементирования обсадной колонны.