ЖЕСТКИЙ ЦЕНТРАТОР ДЛЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Предложение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к средствам наружной оснастки обсадной колонны, в частности к центраторам, а по типу к жестким центраторам.
Известно устройство для центрирования колонны обсадных труб в скважине (см. патент РФ N152/8892, 5 Е21В 17/10, опубл. в БИ N8, 94 г.), содержащее центрирующие планки с ограничителем прогиба в виде волнообразной складки и установленные по концам планок муфты. При этом основания склонов и склоны волнообразной складки расположены под острым углом к продольной оси центрирующей планки.
Известен также центратор для обсадной колонны (см. А.с. РФ №1633084, 5 Е21В 17/10, опубл. в БИ N9, 91 г.), 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 углом крепления для турбуляции потока цементного раствора.
Общим недостатком известных центраторов является то, что они сложны по конструкции, а также они обладают низкой эффективностью центрирования колонны обсадных труб, особенно в наклонных и горизонтальных участках ствола скважины, поскольку не исключают прилегания труб к ее стенкам.
Известен также центратор для обсадной колонны (см. патент Англии №2285649, кл. Е21В 17/10, 1995 г.), включающий полый цилиндрический корпус с центрирующими ребрами и крепежные элементы для закрепления его к трубе обсадной колонны.
Этот центратор по своей технической сущности более близок к предлагаемому и может быть принят в качестве прототипа.
В этом центраторе перечисленные выше недостатки, присущие аналогам, устранены. Однако он трудоемок в изготовлении, металлоемок, обладает низкой проходимостью в скважине, особенно в интервале высокопроницаемых пластов, где на стенках скважины сформирована глинистая корка.
Общим недостатком как аналогов, так и прототипа является то, что в них центрирующие ребра установлены без учета эксцентриситета (смещения осей) колонны относительно оси скважины. При концентричном расположении колонны в стволе скважины эксцентриситет равен нулю. На участках разреза пласта с большим эксцентриситетом колонна труб односторонне соприкасается со стенками ствола скважины, образуя защемленные полосы бурового раствора, которые при цементировании не полностью замещаются тампонажным раствором. Таким образом, на таких участках цементный камень не формируется, а где нет цементного камня, колонна подвергается коррозии и происходит разгерметизация в процессе эксплуатации скважины, что в свою очередь вызывает необходимость проведения дорогостоящих ремонтно-изоляционных работ.
Технической задачей предложения является создание полезной модели, устраняющей все перечисленные недостатки прототипа.
Поставленная задача решается описываемым жестким центратором для обсадной колонны, включающим 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 к трубе обсадной колонны.
Новым является то, что центрирующие элементы выполнены выпуклыми сфероидной формы в количестве не менее четырех единиц и заодно 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. При этом стопорные элементы выполнены в виде одностороннего клина с фиксирующими зубчатыми насечками на его наклонной поверхности в продольном направлении в количестве не менее четырех единиц, из расчета по два клина для каждого окна, для забивания их в противоположные стороны до положения «заподлицо».
Прилагаемые к заявке рисунки поясняют суть предлагаемой полезной модели, где на фиг.1 изображен общий вид жесткого центратора, вид спереди.
На фиг.2 - стопорные элементы в виде одностороннего плоского клина для закрепления центратора к трубе обсадной колонны, вид сбоку.
На фиг.3 - то же, что и на фиг.2, наклонная поверхность клина, где видны фиксирующие зубчатые насечки, вид сверху.
Заявляемый жесткий центратор содержит корпус в виде двух колец 1 и 2 (см. фиг.1) заодно целое с ними выполненными путем литья центрирующими элементами 3, выполненными в свою очередь выпуклой сфероидной формы и расположенными наклонно спиралевидно, которые отстоят друг от друга на равных расстояниях и образуют зазоры для прохода цементного раствора. Экспериментальными исследованиями установлено, что количество центрирующих элементов в четыре единицы является оптимальным. В кольцах 1 и 2 на обеих торцевых частях одного из центрирующих элементов выполнены окна 4 и 5, предназначенными для забивания через них стопорных клинов в канавки 6, 7, 8 и 9, выполненными по обе стороны от окон 4 и 5 и по длине равные длине стопорных клинов 10, предназначенных для закрепления центратора к трубе обсадной колонны (канавки обозначены штрихпунктирными линиями). Стопорные клины выполнены в виде одностороннего клина с фиксирующими зубчатыми насечками 11, выполненными на его наклонной поверхности 12 в продольном направлении (см. фиг.2 и 3). Стопорные клины изготавливают в
количестве четырех единиц, из расчета по два клина для каждого окна, для забивания их в противоположные стороны до положения «заподлицо».
Центратор работает следующим образом.
Перед спуском обсадной колонны в скважину центраторы одевают на трубы обсадной колонны (трубы на фиг. не изображены) и закрепляют стопорными клинами 10. Для этого через окна 4 и 5 колец 1 и 2 соответственно, сообщающие наружное пространство с канавками 6 и 7, 8 и 9 вводят стопорные клины, направив наклонную его поверхность 12 с фиксирующими зубчатыми насечками 11 к наружной поверхности обсадной трубы. Затем ударом молотка стопорные клины перемещают до полного утопления в канавки колец 1 и 2. Стендовыми испытаниями установлено, что более надежное фиксирование центратора достигается тогда, когда через каждое окно забивают по два стопорных клина в противоположные направления до положения «заподлицо», это в случае, если в скважинах зенитный угол составляет более 40°. В скважинах с зенитным углом до 40° центраторы закрепляют к трубам забиванием двух стопорных клинов в нижнее окно 5 в противоположных направлениях до положения «заподлицо». Для предупреждения страгивания центратора с места его фиксирования от радиальных нагрузок при спуске в скважину третий клин забивают между трубой и верхним кольцом 1 центратора, напротив одного из центрирующих элементов в вертикальном направлении (на фиг.1 показан стрелкой А).
Центраторами обсадная колонна оснащается там, где необходимо обеспечить минимальный эксцентриситет колонны относительно ствола скважины.
В процессе спуска за счет касания центратора к стенке скважины двумя соседними вершинами сфероидов центрирующих элементов предотвращается формирование сальников из глинистой корки и уменьшается сила трения центрирующих элементов со стенками скважины.
Цементирование скважины при спущенной в нее колонны обсадных труб с центраторами осуществляют по принятой технологии с использованием цементировочных агрегатов.
В процессе цементирования выходящий поток тампонажного раствора проходит между центрирующими 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 центратора предлагаемой конструкции улучшает проходимость колонны обсадных труб и спускаемого с ней скважинного оборудования, исключая аварийные ситуации, обеспечивает качество крепления скважины, 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-3Д-133-94 «Инструкция по охране окружающей среды при строительстве скважины на нефть и газ на суше».
3. Патент RU №2058473 С1, МПК Е21В 21/06, 20.04.1996 г.
4. Патент RU №39616, МПК 7 Е02Д 31/02, опубл. в Б.И. №22, 10.08.2004 г.