ТУРБУЛИЗАТОР ПОТОКА - ЦЕНТРАТОР ДЛЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

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 центратор для обсадной колонны (см. патент на полезную модель 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.
Его недостатком является:
- большой зазор между колонной и стволом скважины, что препятствует качественному центрированию обсадной колонны;
- ненадежные стопорные элементы, не обеспечивающие надежное крепление к трубам обсадной колонны. Были 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° усилие на центратор, закрепленного четырьмя стопорными клинами (в каждом из двух окон в корпусе по два клина) может достигать 9 тонн.
Известен также турбулизатор потока - центратор обсадной колонны (см. патент Р.Ф. на полезную модель №124300, МПК Е21В 17/00, опубл. в Б.И. №2 20.01.2013 г.), включающий корпус в виде кольца с турбулизирующими ребрами полусфероидной формы, выполненными за одно целое с корпусом и наклоном влево, и стопорные элементы для закрепления его к наружной стенке труб обсадной колонны.
Указанный турбулизатор потока по технической сущности более близок к предлагаемому и может быть принят в качестве прототипа.
Его недостатком является то, что, выполненные с наклоном влево, турбулизирующие ребра могут вызвать в процессе спуска колонны, развинчивание наращенных труб по резьбовому соединению, под усилием радиальной составляющей и усилия трения, что может привести к аварийной ситуации. Кроме того, конструкция упомянутого центратор ввиду небольших размеров, а именно, ввиду небольшой ширины корпуса зачастую не отбивается геофизическими приборами при проверке качества цементирования скважины.
Задачей настоящей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Поставленная задача решается турбулизатором потока - центратором (ТПЦ), включающим корпус в виде кольца с наклонно расположенными турбулизирующими ребрами полусфероидной формы, одновременно выполняющие роль центраторов, выполненными за одно целое с корпусом, и стопорные элементы для закрепления его к трубам обсадной колонны.
Новым является то, что ширина кольца выбрана величиной не менее 100 мм, а турбулизирующие ребра выполнены в количестве не менее 5 штук одинакового размера и с наклоном вправо под углом не более 20° относительно образующей кольца.
Отличием ТПЦ также является и то, что в качестве стопорного элемента выбран односторонний плоский клин с зубчатыми насечками на наклонной поверхности.
Другим отличием ТПЦ является и то, что по обе стороны одного из турбулизирующих ребер на разных уровнях и на расстоянии не более 1/3 ширины кольца выполнены окна с внутренними проточками, выполненными в противоположных направлениях на длину стопорного клина.
Представленные рисунки поясняют суть предлагаемой полезной модели, где на фиг. 1 изображен объемный вид турбулизатора потока - центратора, где на поверхности корпуса видны оптимальное количество турбулизирующих поток ребер, выполняющих одновременно роль центраторов, и предотвращающих развинчивание наращенных труб.
На фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, объемное изображение, где видны окна для ввода стопорных клинов, расположенные на разных уровнях и для забивания в проточки, выполненных по обе стороны от окон.
На фиг. 3 - односторонний плоский клин, вид сбоку;
На фиг. 4 - то же, что на фиг. 3, вид сверху по стрелке А на наклонную поверхность клина, где видны фиксирующие зубчатые насечки.
На фиг. 5 - фрагмент закрепления турбулизатора к наружной стенке трубы обсадной колонны клинами.
Турбулизатор потока - центратор (ТПЦ) включает корпус 1 (см фиг. 1) в виде кольца, выполненный с шириной Н не менее 100 мм, с турбулизирующими ребрами 2 полусфероидной формы в количестве не менее 5 штук одинакового размера, одновременно выполняющие роль центраторов труб 3 колонны относительно ствола скважины, и отстоящие друг от друга на равных расстояниях. Выбор ширины Н величиной 100 мм является оптимальным по результатам экспериментальных и опытно-промысловых работ, а более 100 мм увеличивает его металлоемкость, а при менее 100 мм в большинстве случаев ТПЦ не отбивается геофизическими приборами. Турбулизирующие ребра выполнены с наклоном вправо для предотвращения развинчивания наращенных труб по резьбовому соединению в процессе спуска колонны под усилием радиальной составляющей силы трения, а также от силы реакции восходящего потока, закручиваемого турбулизирующими ребрами ТПЦ (см. фиг. 1 и 2). Угол наклона турбулизирующих ребер составляет не более 20° относительно образующей кольца 1 и является оптимальным. Он установлен экспериментальными исследованиями. На расстоянии от торцов не более 1/3 ширины кольца по обе стороны одного из турбулизирующих ребер 2 на разных уровнях выполнены окна 4 и 5 с внутренними проточками 6 и 7, 8 и 9 соответственно (см фиг. 2), для забивания туда стопорных клинов 10. Указанные проточки выполнены в противоположных направлениях на длину клинов. Последние выполнены в виде одностороннего плоского клина с фиксирующими зубчатыми насечками 11, расположенными вдоль его наклонной поверхности 12 (см. фиг. 3 и 4). Клины изготавливают из твердосплавной стали, по твердости превышающей твердость материала трубы 3 обсадной колонны. ТПЦ изготавливают из стали путем литья.
Работа турбулизатора потока - центратора заключается в следующем.
Его спускают в скважину, предварительно надев на трубы 3 обсадной колонны (обсадная колонна на фиг. не изображена), и закрепляют клинами 10 и 13 (см. фиг. 5). Закрепление ТПЦ к трубам 3 обсадной колонны, осуществляют следующим образом. Для этого через указанные окна, например, 5 корпуса 1 вводят острый конец сначала одного клина, например, клина 10, направив наклонную его поверхность 12 с фиксирующими зубьями 11 к наружной поверхности трубы 3. Затем ударами молотка клин продвигают до полного утопления в проточку 8 заподлицо. При этом он по мере движения в поступательном направлении, прогибаясь по окружности проточки 8 своими фиксирующими зубьями, охватывая наружную поверхность трубы 3, врезается в его тело. Далее в это же окно 5, заводят следующий клин 13, и аналогично забивают его в противоположную сторону от первого клина в проточку 9. Аналогично осуществляют закрепление турбулизатора к трубе обсадной колонны и через окно 4. Этим достигается закрепление ТПЦ неподвижно, без возможности смещения и вращения по трубе. Закрепление турбулизатора стопорными клинами на различных уровнях корпуса 1 обеспечивает повышенную надежность крепления, и позволяет выдерживать 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° и в продуктивных интервалах разреза, а также для прохода центратора через проблемные участки ствола необходимо дополнительно оснастить колонны ограничительным кольцом (ограничительное кольцо на фиг. не изображено), установив вплотную к центратору, закрепляя к трубе обсадной колонны аналогичными клинами 10. При этом усилие страгивания турбулизатора повышается до 50 кН. В процессе цементирования восходящий поток цементного раствора, проходящий через наклонно расположенные турбулизирующие ребра, 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, а наклон ребер вправо предотвращает развинчивание наращенных труб по резьбовому соединению под усилием радиальной составляющей и усилия трения, а также от усилия закручиваемого восходящего потока в процессе спуска колонны. Такая конструкция ТПЦ позволяет четко отбивать местоположение их в скважине геофизическими приборами. ТПЦ испытан на качество цементирования и надежность закрепления к трубам обсадной колонны в промысловых условиях НГДУ «Джалильнефть». Результаты испытания положительные, отклонения их с мест закрепления находятся в пределах нормы, что подтвердилось при геофизических исследованиях.