ЦЕНТРАТОР-ЯКОРЬ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ КОНСТРУКЦИИ СТЕПАНОВА
ANCHOR-CENTRALISER OF STEPANOV HYDRO-MECHANICAL STRUCTURE

Изобретение относится к области цементирования затрубного пространства колонны, а именно цементирование обсадной колонны в скважине.
Известен центратор гидромеханический обсадной колонны, включающий связанный со стволом цилиндра, в полости которого установлены втулки в количестве 3 штук, выполненные в виде полувтулок, связанных между собой попарно шпонками, рабочий поршень, установленный под втулками и выполненный в виде полупоршней, жестко скрепленных в конической части, центрирующие рычаги, нижними концами шарнирно связанные со стволом, замковые устройства, выполненные в виде Т-образных пазов на нижней части рабочего поршня, взаимодействующих с Т-образными штифтами, жестко скрепленными с верхними концами центрирующих рычагов, разрушаемую пробку, ввинченную в радиальное отверстие с резьбой, соединяющее внутренние полости цилиндра и ствола, выполненного по длине наружной рабочей поверхности ступенчато, золотниковую втулку с наружной конической поверхностью на верхней части ее для взаимодействия с внутренней конической поверхностью цилиндра и радиальным отверстием, расположенным ниже конической поверхности, установленную над втулками и на большем диаметре ствола во внутренней полости цилиндра с возможностью перекрытия ею радиального отверстия в стволе после срабатывания центратора и выполненную по наружному диаметру меньше внутреннего диаметра цилиндра, и тарированный штифт, фиксируемый относительно цилиндра рабочий поршень (Пат. RU №2275489, кл. Е21В 17/10, опубл. в бюл. 12 - 27.04.2006).
Основным недостатком данного устройства является ненадежность его работы.
В процессе цементирования обсадной колонны оснащенной центраторами гидромеханическими и при срабатывании последних увеличивается гидравлическое сопротивление из-за уменьшения проходного сечения в кольцевом пространстве между центратором гидромеханическим и стенками скважины в местах расположения центрирующих рычагов центраторов гидромеханических.
Увеличение гидравлического сопротивления ухудшает условие для срабатывания центратора.
После окончания цементирования колонны избыточное внутреннее давление внутри нее на устье скважины сбрасывается до атмосферного. В этом случае цементный раствор, проходя через каналы, образованные между двумя полупоршнями рабочего поршня центратора гидромеханического, сдвигает втулки и золотниковую втулку в исходное положение. При этом повышается вероятность возврата рабочего поршня в исходное положение, так как рабочий поршень удерживается в рабочем положении за счет трения между центрирующими рычагами и рабочим поршнем.
Предложен центратор-якорь гидромеханический, включающий связанный со стволом цилиндр, в полости которого установлены втулки в количестве 3 штук, выполненные в виде полувтулок, связанных между собой попарно шпонками, рабочий поршень, установленный над втулками и выполненный в виде полупоршней, жестко скрепленных в конической части, центрирующие рычаги, нижними концами шарнирно связанные со стволом, замковые устройства, выполненные в виде Т-образных пазов на нижней части рабочего поршня, взаимодействующих с Т-образными штифтами, жестко скрепленными с верхними концами центрирующих рычагов, разрушаемую пробку, ввинченную в радиальное отверстие с резьбой, соединяющее внутренние полости цилиндра и ствола, выполненного по длине наружной рабочей поверхности ступенчато, золотниковую втулку с наружной конической поверхностью на верхней части ее для взаимодействия с внутренней конической поверхностью цилиндра и радиальным отверстием, расположенным ниже конической поверхности, установленную над втулками и на большем диаметре ствола во внутренней полости цилиндра с возможностью перекрытия ею радиального отверстия в стволе после срабатывания центратора-якоря и выполненную по наружному диаметру меньше внутреннего диаметра цилиндра, и тарированный штифт, фиксируемый относительно цилиндра рабочий поршень, причем нижняя часть рабочего поршня имеет пазы, выполненные вдоль образующих рабочего поршня в зазорах между центрирующими рычагами.
Предлагаемое изобретение решает следующие задачи.
Выполнение радиальных пазов в зазорах между центрирующими рычагами на нижней части рабочего поршня вдоль образующей увеличивает площадь проходного сечения в кольцевом пространстве между центратором-якорем и стенками скважины и создает дополнительное трение между стволом и рабочим поршнем из-за нарушения целостности поперечного сечения по окружности рабочего поршня в местах взаимодействующих между центрирующими рычагами последних с рабочим поршнем при срабатывании центратора-якоря.
Увеличение площади проходного сечения в кольцевом пространстве между центратором-якорем и стенками скважины уменьшает гидравлическое сопротивление в процессе цементирования обсадной колонны с установленными на ней центраторами-якорями, что улучшает условие для срабатывания последних и повышает надежность работы центраторов-якорей.
Создание дополнительной силы трения между рабочим поршнем и стволом при срабатывании центратора-якоря увеличивает вероятность исключения возврата рабочего поршня в исходное положение, что способствует повышению надежности работы центратора-якоря.
На фиг.1 показан центратор-якорь гидромеханический, осевой разрез; на фиг.2 показан разрез А-А, на фиг.3 - разрез Б-Б, на фиг.4 - разрез В-В.
Центратор-якорь гидромеханический (фиг.1) состоит из ствола 1 с навинченным на него цилиндром 2. Внутри цилиндра 2 установлены золотниковая втулка 3, полувтулки 4, попарно соединенные между шпонками 5, защитные кольца 6, резиновые уплотнительные кольца 7 и рабочий поршень 8, выполненный в виде полупоршней, жестко соединенных между собой по конической поверхности. На нижней части рабочего поршня 8 выполнены Т-образные пазы 9, взаимодействующие с Т-образными штифтами 10. Штифты 10 жестко закреплены к верхним концам центрирующих рычагов 11. Нижние концы центрирующих рычагов 11 шарнирно установлены в фиксаторе-гайке 12. На стволе 1 имеется радиальное отверстие 13 с резьбой, в которое навинчена разрушаемая пробка 14. На золотниковой втулке 3 выполнено радиальное отверстие 15, расположенное ниже конической поверхности. Рабочий поршень 8 фиксируется относительно цилиндра 2, тарированным штифтом 16, причем на нижней части рабочего поршня 8 вдоль образующей в зазорах между центрирующими рычагами 11 имеются радиальные пазы 17. И к верхнему концу ствола 2 навинчены удлинитель 18 с муфтой 19.
Центратор-якорь гидромеханический работает следующим образом.
После спуска обсадной колонны с установленными центраторами-якорями в скважину под действием перепада давления продавочной жидкости сверху вниз движется цементировочная пробка, которая, проходя через центратор-якорь гидромеханический, разрушает разрушаемую пробку 14, навинченную в радиальное отверстие 13 с резьбой. После этого через радиальное отверстие 13 открывается доступ внутриколонной жидкости в полость цилиндра 2. Под действием перепада давления заколонной и внутриколонной жидкостей золотниковая втулка 3, полувтулки 4, соединенные между собой шпонками 5, защитные кольца 6, резиновые уплотнительные кольца 7 и рабочий поршень 8 двинутся вниз, срезая тарированный штифт 16. Во время движения вниз рабочего поршня 8 происходит перемещение центрирующих рычагов 11 в радиальном направлении. При достижении верхних концов центрирующих рычагов 11 стенок скважины обсадная колонна в местах установки центраторов-якорей центрируется относительно скважины.
В процессе цементирования обсадной колонны и при срабатывании центраторов-якорей выполненные радиальные пазы 17 на нижней части рабочего поршня 8 вдоль его образующей в зазорах между центрирующими рычагами 11 способствуют уменьшению величины гидравлического сопротивления в кольцевом пространстве между стенками скважины и центратором-якорем в местах установки последних на обсадной колонне. Это улучшает условие срабатывания центраторов-якорей, установленных на обсадной колонне.
После окончания процесса цементирования обсадной колонны внутреннее избыточное давление в колонне на устье скважины стравливается до атмосферного.
При этом под действием давления из-за разности плотностей внутриколонной и заколонной жидкостей последняя, попадая через каналы в рабочем поршне 8, выполненном в виде полупоршней, жестко скрепленных между собой по конической поверхности, действует на торцы полувтулок 4, соединенных между собой шпонками 5. В результате этого полувтулки 4, предохранительные кольца 6, резиновые уплотнительные кольца 7 и золотниковая втулка 3 двигаются с большой скоростью наверх. В момент достижения ствола 1 полувтулками 4 последние и предохранительные кольца 6 и резиновые уплотнительные кольца 7 останавливаются, а золотниковая втулка 3 продолжает по инерции дальше двигаться до того момента, пока она не зафиксируется с конической поверхностью цилиндра 2. При этом радиальное отверстие 15, выполненное на золотниковой втулке 3, позволяет повысить фиксацию последней.
Выполнение радиальных пазов 17 на нижней части рабочего поршня 8 вдоль его образующей в зазорах между центрирующими рычагами 11 уменьшает гидравлическое сопротивление в процессе цементирования и создает дополнительную силу трения между стволом 1 и рабочим поршнем 8, что улучшает условие для срабатывания центратора-якоря гидромеханического и способствует исключению возврата последнего в исходное положение в момент сбрасывания внутреннего избыточного давления в колонне на устье скважины.
Предлагаемое техническое решение значительно повышает надежность работы центратора-якоря за счет выполнения пазов на нижней части рабочего поршня вдоль его образующих в зазорах между центрирующими рычагами.