ЦЕНТРАТОР ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ С ИЗМЕНЯЕМОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ
CASING STRING CENTRALISER WITH VARIED GEOMETRY

Изобретение относится к строительству скважин и может быть использовано в компоновке обсадной колонны или хвостовиков при креплении нефтяных и газовых скважин, а также боковых стволов.
Для повышения качества крепления скважин, особенно в наклонно-направленных скважинах, обсадные колонны должны обязательно центрироваться.
Для центрирования обсадных колонн могут применяться жесткие центраторы, закрепляемые на обсадной колонне [Л.Н.Шадрин. Технология и организация крепления скважин. М., Недра, 1975, с.255]. Недостатком жестких центраторов является ухудшение проходимости обсадной колонны при ее спуске, особенно в местах сужений или перегибов профиля скважины.
В настоящее время для центрирования обсадных колонн наиболее широко применяются пружинные центраторы [Справочник по креплению нефтяных и газовых скважин. М., Недра, 1977, с.98], у которых в качестве центрирующих элементов используются металлические пластины, закрепляемые на кольцах. Центратор закрепляется на обсадной колонне с помощью специального стопорного кольца, что обеспечивает безопасный спуск обсадной колонны через места сужений, благодаря сжатию центрирующих пластин и уменьшению диаметра центратора. Недостатком указанного центратора является низкая центрирующая способность.
Известен центратор с изменяемой геометрией центрирующих элементов [пат. РФ 2151853, Е21В 17/10, Центратор бурильного инструмента, опубл. 27.06.2000], содержащий муфту для присоединения к колонне бурильных труб, соединенный с муфтой резьбой полый шток, крышку, являющуюся ограничителем хода для плашек, перемещающихся по конусному корпусу, переводник с гидравлическими каналами для промывочной жидкости, к которым приварены фонари с отверстиями, внутри которых расположены полые тефлоновые шары с плотностью, меньшей плотности промывочной жидкости, и цилиндр, являющиеся направляющими для поршня-толкателя, разрезанного на четыре части по числу плашек, резиновое кольцо, четыре винта, манжету, стальное нажимное кольцо, образующие сальниковый узел, башмак, гибко связывающий переводник и цилиндр, служащий также для соединения центратора с колонной бурильных труб. Недостатком указанного центратора является его сложность.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту является центратор [Патент РФ №2405101. Центратор обсадной колонны, опубл. 27.11.2010], содержащий корпус и центрирующие элементы, выполненные из эластичного материала, имеющие внутреннюю полость и жестко закрепленные на корпусе концами, отличающийся тем, на месте закрепления центрирующих элементов к обсадной колонне внутренняя полость центрирующего элемента и внутренняя полость обсадной колонны соединены каналом, имеющим обратный клапан, кроме того, центрирующие элементы имеют в сечении различный профиль и расположены по спирали на поверхности корпуса центратора, нижняя грань эластичного центрирующего элемента закреплена на корпусе центратора, при этом для закрепления концов эластичных центрирующих элементов используются кольца, фиксируемые на корпусе центратора. При этом центрирующие элементы имеют в сечении форму прямоугольника, круга, трапеции, треугольника или иную форму, нижняя грань эластичного центрирующего элемента закреплена на корпусе центратора с помощью клея или иным способом. Кроме того, кольца для закрепления концов эластичных центрирующих элементов фиксируются на корпусе центратора с помощью шпилек, сварки или иным способом, одна из граней кольца скошена под углом от 20 до 70 градусов. Кроме того, на корпусе центратора имеются ниппель и муфта для соединения центратора с обсадными трубами.
Недостатком центратора-прототипа является сложность в изготовлении и недостаточная эффективность при центрировании обсадных колонн. Изобретение направлено на создание центратора с изменяемой геометрией для обсадной колонны, обладающего минимальным диаметром при спуске колонны в скважину и максимальным после ее спуска и при цементировании наклонного или горизонтального ствола.
Поставленная задача достигается тем, что в центраторе обсадной колонны с изменяемой геометрией, содержащем корпус и центрирующие элементы из эластичного материала, имеющие внутреннюю полость, расположенные по спирали на поверхности корпуса и жестко закрепленные на корпусе, согласно изобретению внутренняя полость центрирующих элементов заполнена водонабухающим полимером, а наружные боковые грани эластичного центрирующего элемента выполнены полупроницаемыми.
Конструкция и принцип работы центратора обсадной колонны поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства, на фиг.2 - разрез по линии А-А.
Центратор обсадной колонны состоит из корпуса 1, на концах которого имеются муфта 2 и ниппель 3 для соединения с обсадной колонной. На корпусе 1 располагаются эластичные центрирующие элементы 4, которые закрепляются жестко на корпусе кольцами 5. Эластичные центрирующие элементы 4 имеют внутреннюю полость 6. Эластичный центрирующий элемент 4 закрепляется нижней гранью на корпусе центратора 1, например с помощью специального клея, и может иметь различный профиль, например прямоугольный, круглый, трапецеидальный, треугольный и т.д. Внутренняя полость 6 эластичного центрирующего элемента 4 заполняется водонабухающим полимером 7. Кольца 5 закрывают концы эластичных центрирующих элементов, предупреждают их повреждение при спуске обсадной колонны или ее расхаживании в скважине.
Центратор обсадной колонны работает следующим образом.
В процессе спуска обсадной колонны в скважину центраторы соединяют с обсадными трубами с таким расчетом, чтобы после спуска обсадной колонны центраторы располагались в заданных интервалах скважины.
В процессе спуска обсадной колонны центратор находится в транспортном положении, т.е. внутренние полости 6 эластичных центрирующих элементов 4, заполненные водонабухающим полимером 7, имеют минимальный наружный диаметр, не превышающий диаметра муфты обсадной колонны, что обеспечивает беспрепятственный спуск обсадной колонны в скважину до проектной глубины. После спуска колонны в процессе промывки скважины жидкость диффундирует через наружные боковые полупроницаемые грани эластичного центрирующего элемента 4 внутрь него и, взаимодействуя с водонабухающим полимером, вызывает его набухание (более чем в 4 раза). При этом эластичные центрирующие элементы равномерно со всех сторон обсадной колонны увеличиваются в размерах и, переходя в рабочее состояние, центрируют обсадную колонну. Таким образом, к началу цементирования обсадная колонна будет отцентрирована в скважине с любым углом наклона, в том числе и скважинах с горизонтальным проложением.
Спиральное размещение центрирующих элементов обеспечивает закручивание потока цементного раствора, обеспечивая тем самым лучшее замещение промывочной жидкости цементным раствором в «защемленных» зонах, т.е. центратор одновременно выполняет и роль турбулизатора.
Применение данного устройства по сравнению с имеющимися центраторами позволяет более эффективно центрировать обсадную колонну и повысить качество цементирования обсадных колонн за счет:
- принудительного центрирования обсадных колонн, прилегающих к стенке скважины;
- лучшего центрирования обсадных колонн в скважинах с любой траекторией;
- более полного замещения промывочной жидкости цементным раствором за счет спирального расположения центрирующих элементов, которые одновременно будут выполнять роль турбулизаторов.
Кроме того, применение предлагаемых центраторов снизит риск недохождения обсадных колонн до проектной глубины за счет того, что в транспортном положении диаметр близок к диаметру муфты обсадной колонны.