ТУРБУЛИЗАТОР-ОТКЛОНИТЕЛЬ НАПРАВЛЕНИЯ ПОТОКА

Предложение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к средствам наружной оснастки обсадной колонны, в частности к турбулизаторам-отклонителям направления потока.
Известно устройство для турбулизации потока жидкости в скважине (см. патент РФ №159839, 7 E21B 17/10, опубл. в БИ №33, 27.11.2000 г. под названием «Центратор-турбулизатор для обсадной колонны»), содержащее полый корпус в виде двух колец со спиралевидными центрирующими ребрами, играющими одновременно роль турбулизатора, наклонно закрепленными к корпусу, и крепежные элементы для закрепления его к трубам обсадной колонны.
Недостатком известного центратора-турбулизатора является низкая эффективность турбулизации, сложность конструкции, а также ненадежность крепежных элементов.
Известен также отклонитель направления потока (см. описание к патенту РФ №49090 МПК E21B 17/10, опубл. в БИ №31, 10.11.2005 г., под названием «Центратор-отклонитель потока корончатый для обсадной колонны»), содержащий корпус в виде патрубка с наклонно выполненными окнами виде прорези под углом 25-45 к образующим его наружной поверхности, ограниченными с нижней стороны кольцом. При этом центрирующие элементы, выполняющие одновременно роль турбулизатора потока, размещенные между прорезями выполнены полусферической формы в сечении и жестко закреплены к корпусу.
Недостатком известного отклонителя направления потока является низкая эффективность турбулизации потока и нетехнологичность его изготовления.
Указанные недостатки выше приведенных аналогов частично устранены в турбулизаторе потока жидкости (см. описание к патенту РФ №47945 МПК E21B 17/10, опубл. в БИ N 25, 10.09.2005 г., 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 канавке, выполненные с внутренней стороны кольца для закрепления турбулизатора к трубам обсадной колонны, и турбулизирующие элементы, выполняющие одновременно роль центрирующих элементов, выполнены выпуклой формы, разделенные наклонно расположенными окнами.
Этот турбулизатор-центратор по технической сущности более близок к предлагаемому и может быть принят в качестве прототипа.
Общим недостатком как аналогов, так и прототипа является то, что в них турбулизирующие элементы, выполняющие роль центраторов установлены без учета эксцентриситета (смещения осей) колонны относительно оси скважины, в результате не исключается одностороннее соприкосновение колонны труб со стенками ствола скважины, а также недостаточная эффективность турбулизации восходящего потока.
Технической задачей предложения является создание полезной модели, устраняющей все перечисленные недостатки прототипа.
Поставленная задача решается описываемым турбулизатором-отклонителем направления потока, включающим 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 центрирующие элементы, выполненные выпуклой формы, разделенные наклонно расположенными окнами.
Новым является то, что в верхнем кольце выполнены окна с тем же углом наклона, что и окна между центрирующими элементами и сообщены с ними, при этом турбулизирующие элементы выполнены полнотелыми полусферической формы снаружи в сечении и за одно целое с корпусом путем литья, а канавки для стопорных клинов выполнены по форме и длине клина эксцентричной механической обработкой.
Представленные рисунки поясняют суть заявляемой полезной модели, где на фиг.1 изображен общий вид турбулизатора-отклонителя направления потока, одетый на отрезок обсадной трубы.
На фиг.2 - сечение по А-А фиг.1, где видны центрирующие элементы сфероидной формы, часть корпуса и отрезок обсадной трубы.
На фиг.3 - односторонний клин для закрепления центратора к трубе обсадной колонны, вид сбоку.
На фиг.4 - то же, что и на фиг.3, вид сверху на наклонную поверхность клина, где видны выполненные в продольном направлении зубчатые насечки.
Турбулизатор-отклонитель направления потока содержит корпус 1 (см. фиг.1) с полнотелыми и за одно целое с ним выполненными путем литья турбулизирующими элементами 2, 3, 4 и 5 (см. фиг.1 и 2) снаружи полусферической формы в сечении, которые одновременно играют роль центрирующих элементов. Они расположены наклонно спиралевидно по отношению к оси корпуса для турбулизации восходящего потока цементного раствора и отстоят друг от друга на равных расстояниях и образуют окна 6, 7, 8 и 9, расположенные также наклонно как и турбулизирующие элементы для прохода цементного раствора. Экспериментально установлено, что количество турбулизирующих (центрирующих) элементов в четыре единицы является оптимальным. Угол наклона турбулизирующих элементов и, следовательно, окон может быть 28-32°. В корпусе 1 выполнены отверстия 10 и 11, предназначенные для забивания через них стопорных клинов 12 в канавки 13, 14, 15 и 16, выполненными по обе стороны от отверстий 10 и 11 по форме и по длине равные длине стопорных клинов эксцентричной механической обработкой (канавки обозначены штрихпунктирными линиями). Стопорные клины предназначены для закрепления турбулизатора к трубе 17 обсадной колонны. Стопорные клины 12 (см. фиг.3 и 4) выполнены в виде одностороннего клина с фиксирующими зубчатыми насечками 18, выполненными на его наклонной поверхности 19 в продольном направлении. Их изготавливают в количестве 4 единиц из расчета по два клина для каждого отверстия 10 и 11 для забивания их в канавки в противоположные стороны до положения заподлицо.
Изготовление заявляемого турбулизатора осуществляют следующим образом. Сначала путем литья его изготавливают с верхним и нижним кольцами, представляющие корпус. Затем в верхнем кольце выполняют окна с тем же углом наклона, что и окна 7, 8 и 9 и сообщают с последними. Отдельные фрагменты верхнего кольца в виде отдельных частей готового к использованию турбулизатора на фиг.1 обозначены буквами а, б и в.
Турбулизатор работает следующим образом.
Перед спуском обсадной колонны в скважину турбулизаторы одевают на трубы 17 обсадной колонны и закрепляют стопорными клинами 12. Для этого через отверстия 10 и 11 корпуса 1, сообщающие наружное пространство с канавками 13, 14, 15 и 16 вводят стопорные клины, направив наклонную его поверхность 19 с фиксирующими зубчатыми насечками 18 к наружной поверхности обсадной трубы. Затем ударом молотка стопорные клины перемещают до полного утопления в канавки корпуса 1. Стендовыми испытаниями установлено, что более надежное фиксирование турбулизатора достигается тогда, когда через каждое окно забивают по два стопорных клина в противоположные направления до положения «заподлицо».
Турбулизаторами обсадная колонна оснащается там, где необходимо обеспечить максимальное удаление остатков бурового раствора со стенок скважины и минимальный эксцентриситет колонны относительно ствола скважины.
В процессе спуска за счет касания турбулизатора к стенке скважины двумя соседними вершинами сфероидов турбулизирующих элементов предотвращается формирование сальников из глинистой корки и уменьшается сила трения их со стенками скважины.
Цементирование скважины при спущенной в нее колонны обсадных труб с турбулизаторами осуществляют по принятой технологии с использованием цементировочных агрегатов.
В процессе цементирования восходящий поток тампонажного раствора проходит между турбулизирующими элементами, вытесняя глинистый буровой раствор вверх. Происходит замещение глинистого бурового раствора тампонажным, при котором за счет исключения одностороннего прилегания колонны труб к стенкам ствола скважины обеспечивается образование цементного камня вокруг колонны на все 360°, следовательно, повышая и качество крепления.
Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем.
Использование турбулизатора предлагаемой конструкции улучшает проходимость колонны обсадных труб и спускаемого с ней скважинного оборудования, исключая аварийные ситуации, обеспечивает качество крепления скважины за счет турбулизации потока, следовательно, и разобщения пластов.
Он прост по конструктивному исполнению, технологичен в изготовлении, обладает малой металлоемкостью и повышенной надежностью и эффективностью.
На дату подачи заявки центратор испытан в промысловых условиях. Результаты испытаний положительные.
Источники информации
1. Коломейцев В.Т., Сооружение оснований под кустовые буровые в условиях Западной Сибири»
2. РД-ЗД-133-94 «Инструкция по охране окружающей среды при строительстве скважины на нефть и газ на суше»
3. Патент RU №2159839, 7 E21B 17/10, опубл. в БИ N 33, 27.11.2000 г.
4. Патент RU №49090 МПК E21B 17/10, опубл. в БИ N 31, 10.11.2005 г.
5. Патент RU №47945 МПК E21B 17/10, опубл. в БИ N 25, 10.09.2005 г.