ТУРБУЛИЗАТОР ПОТОКА - ЦЕНТРАТОР ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ ТПЦ-Л5М

Предложение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, а именно к техническим средствам наружной оснастки обсадной колонны, в частности к турбулизации потока и центрирования обсадной колонны.
Известен турбулизатор потока (см. полное описание Патента Р.Ф. №47945, МПК 7 Е21В под названием «Центратор - вращатель потока корончатый»), содержащий полый корпус, концевая часть которого выполнена в виде кольца с отверстиями для забивания через них стопорных элементов в виде клина в канавки, выполненные с внутренней стороны кольца для закрепления турбулизатора к трубам обсадной колонны, и турбулизирующие ребра, выполняющие одновременно роль центрирующих элементов, выполнены выпуклой полусферической формы, наклонно расположенными на равных расстояниях по образующим корпуса.
Недостатком известного турбулизатора является то, что в нем турбулизирующие ребра, выполняющие роль центраторов установлены без учета эксцентриситета (смещения осей) колонны относительно оси скважины, в результате зазор между стенками ствола колонны увеличивается, недостаточна также эффективность турбулизации восходящего потока.
Известен также турбулизатор - центратор для обсадной колонны (см. полное описание Патента Р.Ф. №91101, МПК 7 Е21В 17/10, опубл. в Б.И. №3, 27.01.2010 г.), содержащий корпус в виде кольца с выполненными отверстиями для забивания стопорных клинов во внутренние его проточки и наклонно расположенными центрирующими элементам полусфероидной формы, выполненными за одно целое с корпусом и частично выступающие по его торцам.
Указанный турбулизатор - центратор по технической сущности более близок к предлагаемому и может быть принят в качестве прототипа.
Его недостатком является то, что он не обеспечивает качественное центрирование обсадной колонны вследствие большого зазора между колонной и ствола скважины. Кроме того, используемые в нем стопорные элементы не обеспечивают надежное крепление его к трубам обсадной колонны, имеются случаи сползания турбулизатора с места установки при спуске колонны обсадных труб и прохождении через проблемные участки ствола (уступы, сужения ствола, фильтрационная корка на проницаемых участках ствола, большой зенитный угол и др.). Например, при значениях зенитного угла ствола скважины более 45 градусов усилие на центратор, закрепленный четырьмя стопорными клинами (в каждом из двух окон в корпусе по два клина) может оказаться выше 9 тонн.
Задачей настоящей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Поставленная задача решается описываемым турбулизатором потока, включающим корпус в виде кольца с выполненными окнами для забивания стопорных клинов во внутренние его проточки и наклонно расположенными турбулизирующими ребрами полусфероидной формы, выполненными за одно целое с корпусом и выступающие частично по его торцам.
Новым является то, что турбулизирующие ребра выполнены в количестве не менее пяти штук, отстоящие друг от друга на равных расстояниях, при этом окна для забивания стопорных клинов выполнены по обе стороны одного из этих турбулизирующих ребер на разных уровнях, причем на внутренние стенки корпуса с диаметрально противоположной стороны от расположения окон нанесены твердосплавные мелко зернистые выступы путем напыления или выступы, выполненные путем наплавления из твердосплавного материала, и расположенные поперек образующим корпуса, а в качестве материала для изготовления корпуса с турбулизирующими ребрами выбрана сталь.
Представленные рисунки поясняют суть предлагаемой полезной модели, где на фиг.1 изображен общий вид турбулизатора потока -центратора обсадной колонны, где на поверхности корпуса видны оптимальное количество турбулизирующих потока ребер, выполняющие одновременно роль центраторов, окна для забивания клинов в проточки, выполненные по обе стороны от окон, а также мелкозернистые твердосплавные выступы (выступы на рисунке изображены в виде множества точек), нанесенные на участок с внутренней стороны корпуса, расположенный на диаметрально противоположной стороне от окон.
На фиг.2 - тоже, что на фиг.1, фотоснимок готового к использованию турбулизатора, где на диаметрально противоположной стороне от окон участке с внутренней стороны корпуса нанесены выступы в виде борозд путем наплавления из твердосплавного материала и, расположенные поперек образующим корпуса.
На фиг.3 - односторонний клин, вид сбоку;
На фиг.4 - то же, что на фиг.3, вид сверху по стрелке А на наклонную его поверхность, где видны фиксирующие зубчатые насечки;
На фиг.5 - фрагмент закрепления турбулизатора к наружной стенке трубы обсадной колонны.
Турбулизатор потока - центратор включает корпус 1 (см фиг.1 и 2) в виде кольца с выполненным окнами 2 и 3, размещенными на разных уровнях и по обе стороны одного из турбулизирующих ребер 4, в количестве не менее 2 шт.на одной из сторон и внутренними проточками 5, 6 и 7, 8 (прточки на рис.1 и 2 указаны пунктирными линиями), выполненными в противоположных направлениях от окон на длину клина 9 и 10 (см. фиг.5).
Клины изготавливают из твердосплавной стали, по твердости превышающей твердость материала трубы 11 обсадной колонны.
С наружной стороны корпуса за одно целое с ним выполнены наклонно расположенные турбулизирующие ребра 4 (см. фиг.2) в количестве не менее 5 штук одинакового размера полусфероидной формы, одновременно центрирующие колонну относительно ствола скважины, и отстоящие друг от друга на равных расстояниях. Турбулизирующие ребра частично выступают за пределы корпуса (см. фиг.1 и 2) с целью усиления эффекта турбулизации. На участке 12 внутренней стенки корпуса в диаметрально противоположной стороне от расположения окон нанесены твердосплавные мелкозернистые выступы 13 путем напыления. В качестве такового могут послужить также и выступы 14 в виде борозд, (см. фиг.2) выполненными путем наплавления, и расположенные поперек образующим корпуса. Наличие таких выступов продиктовано в необходимости повышения сопротивляемости корпуса турбулизатора к смещению с места его установки, поскольку, кроме зубчатых насечек 15 стопорных клинов, при этом создается ими дополнительная трущаяся поверхность, контактирующаяся с наружной поверхностью трубы обсадной колонны, и оказывающая значительное сопротивление к смещению.
Изготавливают турбулизатор из стали путем литья, Угол наклона турбулизирующих ребер составляет 15±5 градусов и является оптимальным. Он установлен экспериментальными исследованиями. На наклонной плоскости 16 клинов 9 и 10 (см. фиг.3 и 4) выполнены фиксирующие зубчатые насечки 15.
Работа турбулизатора - центратора заключается в следующем.
Его спускают в интервалы скважины, предварительно надев на трубы 11 обсадной колонны (обсадная колонна на фиг. не изображена), и закрепляют односторонними плоскими клинами 9 и 10 (см. фиг.5) с фиксирующими зубчатыми насечками 15, расположенными вдоль его наклонной плоскости 16. Его изготавливают из гибкого металла по твердости большей, чем материал трубы обсадной колонны. Закрепление турбулизатора-центратора к трубам 11, упомянутым выше односторонними плоскими клинами, осуществляют следующим образом. Рассмотрим процесс закрепления турбулизатора потока клинами 9 и 10 через окно 2. Для этого через указанное окно 2 корпуса 1 вводят острый конец сначала одного клина, например, клина 9, направив наклонную его поверхность 16 с фиксирующими зубчиками 15 к наружной поверхности трубы 11. Затем ударами молотка клин продвигают до полного утопления в проточку 4 заподлицо. При этом клин 9 по мере движения в поступательном направлении, прогибаясь по окружности проточки 5 своими фиксирующими зубчиками, охватывая наружную поверхность трубы 11, врезается в его тело. Далее в это же окно 2, заводят следующий клин 10, и аналогично забивают его в противоположную сторону от первого клина в проточку 6. Аналогично осуществляют закрепление турбулизатора к трубе обсадной колонны и через окно 3. Этим достигается закрепление турбулизатора потока неподвижно, без возможности смещения и вращения по трубе. Закрепление турбулизатора стопорными клинами на различных уровнях, а также наличие мелкозернистых выступов 13 или 14 на участке 12 внутренней стенке корпуса 1 в совокупности обеспечивают повышенную надежность крепления и выдерживает большие усилия страгивания, предотвращая смещение его с места установки. Для повышения усилия страгивания турбулизатора-центратора с мест закрепления в скважинах с зенитным углом более 45 градусов и в продуктивных интервалах разреза, а также для прохода центратора через проблемные участки ствола необходимо дополнительно оснастить колонны ограничительным кольцом, установив вплотную к центратору. При этом усилие страгивания турбулизатора повышается до 50 кН.
В процессе цементирования восходящий поток цементного раствора, проходящий через наклонно расположенные турбулизирующие элементы, получает турбулентное движение, благодаря чему улучшается полнота вытеснения из скважины и от ее кавернозных стенок остатков глинистого раствора и замещение его цементным, способствуя тем самым повышению качества крепления, образованию цементного кольца вокруг обсадной колонны равномерной толщины за счет уменьшения эксцентриситета (смещения осей) колонны относительно оси скважины. Кроме того, такая конструкция турбулизатора-центратора улучшает проходимость колонны обсадных труб в скважину и спускаемого с ней скважинного оборудования через осложненные интервалы, улучшает условия промывки в процессе спуска и цементирования скважины. Турбулизатор-центратор технологичен в изготовлении и обладает малой металлоемкостью в сравнении с известными, взятыми в качестве аналога и прототипа. Заявляемый турбулизатор испытан на надежность закрепления к трубам обсадной колонны в промысловых условиях НГДУ «Джалильнефть» на скважинах №№22399, 7427, 30141. Результаты испытания положительные, отклонения их с мест закрепления находятся в пределах нормы.