ПРУЖИННЫЙ ЦЕНТРАТОР ДЛЯ СКВАЖИНЫ
SPRING CENTRALISER FOR WELL

Настоящее изобретение относится к строительству и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в частности к технологическому обустройству скважин различного назначения на различных этапах.
Известен пружинный центратор для скважины, включающий корпус с концевыми частями в виде колец с центрирующими ребрами и отверстиями для крепежных элементов, выполненных в виде трубок с развальцованными концами (см., например, RU 98465 U1, 20.10.2010).
Недостатком известного устройства является неизбежное разрушение центратора в процессе его спуска в скважину, обусловленное механическим креплением планок к корпусу посредством развальцованных трубок.
Известен пружинный центратор для скважины, включающий два крепежных элемента и соединенные с ними пружинные планки, причем концы крепежных элементов соединены сварным швом, а в нижнем выполнены резьбовые отверстия с установленными в них фиксирующими винтами, выполненными с наружной и внутренней фасками, образующими острую кромку (см., например, RU 91737 U1, 27.02.2010).
Данный центратор является цельнокроеным из листа определенной толщины, достаточной для выполнения основных функций устройства. В то же время площадь взаимодействия контакта резьбовых поверхностей винтов и отверстий, выполненных в крепежном элементе, не достаточна для обеспечения надежной фиксации рассматриваемого устройства к телу колонны. Кроме того, в процессе различных операций в скважине под пружинными планками (своеобразной застойной зоне) накапливается шлам, который нарушает нормальный режим эксплуатации скважины. Если, в частности, речь идет об эксплуатационной колонне, то в зоне установки центраторов следует ожидать некачественного цементирования и, следовательно, увеличения вероятности заколонных проявлений, ведущих к снижению качества строительства скважины в целом.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства в скважине за счет повышения надежности крепления к телу трубы и активизации гидравлического режима в месте установки этого устройства в скважине.
Необходимый технический результат достигается тем, что пружинный центратор для скважины включает верхнюю обечайку, нижнюю обечайку с радиальными резьбовыми отверстиями, пружинные планки, размещенные между верхней и нижней обечайками и соединенные с последними, винты с наружной резьбой под резьбовые отверстия нижней обечайки для фиксации последней к телу трубы, на которой задана установка пружинного центратора, при этом нижняя обечайка имеет наружные высадки в виде кольцевых буртов вокруг каждого резьбового отверстия диаметром и высотой, обеспечивающими возможность крепления нижней обечайки с необходимым усилием к телу упомянутой трубы с помощью винтов, которые выполнены с дополнительной возможностью внесения гидравлических возмущений в скважинную жидкость в зоне пружинных планок.
Кроме того:
в качестве трубы, на которой задана установка пружинного центратора выбрана обсадная колонна;
в качестве трубы, на которой задана установка пружинного центратора выбрана бурильная колонна;
в качестве трубы, на которой задана установка пружинного центратора выбрана колонна насосно-компрессорных труб;
верхняя и нижняя обечайки и пружинные планки скроены из одного листа заданной толщины;
резьбовые отверстия размещены на продолжении продольных линий, проходящих на равном расстоянии между соседними пружинными планками ближе к нижнему торцу нижней обечайки;
резьбовые отверстия размещены на продолжении продольных линий, проходящих по середине пружинных планок ближе к верхнему торцу нижней обечайки;
винты выступают над кольцевыми буртами и имеют различный диаметр по длине и/или нарезку по боковой поверхности, и/или грани;
при толщине обечаек в 3 мм внутренний диаметр резьбового отверстия принят не менее 10 мм, при этом высота кольцевых буртов вокруг каждого резьбового отверстия принята не менее 5 мм, а винт имеет не круглую головку и выступает над кольцевым буртом на высоту не менее половины расстояния пружинной планки от тела трубы. При такой толщине обечайки выполнение внутреннего диаметра резьбового отверстия менее 10 мм и высоте кольцевых буртов менее 5 мм не может быть обеспечена достаточная площадь взаимодействия резьбовых поверхностей (в отверстии и винте под это отверстие) и, следовательно, не может быть обеспечена достаточная надежность крепления центратора к телу трубы;
при толщине обечаек в 4 мм внутренний диаметр резьбового отверстия принят не менее 8 мм, при этом высота кольцевых буртов вокруг каждого резьбового отверстия принята не менее 4 мм, а винт имеет некруглую головку и выступает над кольцевым буртом на высоту не менее половины расстояния пружинной планки от тела трубы. При такой толщине обечайки выполнение внутреннего диаметра резьбового отверстия менее 8 мм и высоте кольцевых буртов менее 4 мм не может быть обеспечена достаточная площадь взаимодействия резьбовых поверхностей (в отверстии и винте под это отверстие) и, следовательно, не может быть обеспечена достаточная надежность крепления центратора к телу трубы.
Сущность изобретения заключается в том, что с использованием съемных облегченных пружинных центраторов для скважины, в частности цельнокроеных из тонколистовой стали, возникает проблема надежности их крепления к телу трубы. Проблема заключается в недостаточной площади взаимодействия резьбовых поверхностей (в отверстии и винте под это отверстие). Кроме того, под пружинными планками накапливается шлам, неблагоприятно влияющий на осуществление операций в скважине и состояние скважины в целом. Для решения упомянутых проблем в соответствии с изобретением предусмотрена особая схема выполнения резьбовых отверстий без изменения толщины обечаек в заданном месте, а также особый винт для крепления центратора к телу трубы. Для этого отверстия выполняют «прошивкой» пуансоном с заостренным концом с деформацией нагретых участков нижней обечайки в заданном месте и образованием кольцевых буртов необходимой высоты (отбортовок), достаточных для выполнения резьбы заданной длины без увеличения толщины обечайки. После нарезания резьбы по внутренним поверхностям отбортовок предусмотрены винты под резьбовые отверстия длиной, превышающей длину резьбы в отверстиях. Длина винтов, выступающих над кольцевыми буртами, место выполнения отверстий, а также форма винтов, выступающих над кольцевыми буртами, предусмотрены таковыми, чтобы внести (обеспечить) гидравлические возмущения в режим скважинной жидкости в зоне пружинных планок центратора для вымывания из-под них шлама и прочих скважинных скоплений (отложений).
В каждом конкретном случае в зависимости от принятой технологии (в частности, спуск колонны с промывкой или без промывки, скорость спуска самой колонны с центраторами) места выполнения резьбовых отверстий на нижней обечайке могут быть различными. Они могут быть выполнены, например, ближе к нижнему торцу нижней обечайки или ближе к верхнему торцу нижней обечайки, против пружинных планок или между пружинными планками, что способствует в той или иной мере созданию необходимого гидравлического режима - гидравлического возмущения в зоне установки пружинных центраторов, точнее под пружинными планками. Конкретную схему выверяют на моделях. На них подбирают длину и тип винтов под резьбовое отверстие, непосредственно задающих необходимое гидравлическое возмущение. Винты над кольцевыми буртами могут быть выполнены определенной длины и с особой формой, задающими необходимую турбулизацию потока жидкости за ними в направлении от забоя скважины. Для этого они могут быть выполнены выступающими над кольцевыми буртами на длину, например, не менее половины расстояния пружинной планки от тела трубы. При этом форма винтов, выступающих над кольцевыми буртами, может быть различной - различного диаметра по длине и/или с нарезкой по боковой поверхности, и/или с гранями, плоскости которых могут быть ориентированы перпендикулярно входящему потоку.
Заявленное изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен общий вид пружинного центратора;
на фиг.2 изображен узел фиксации упомянутого центратора к телу трубы.
Пружинный центратор (фиг.1) установлен на трубе 1. Упомянутый центратор выполнен, например, цельнокроеным. Он состоит из нижней 2 и верхней 3 обечаек и пружинных планок 4. Каждая из обечаек имеет продольный сварной шов. В нижней обечайке 2 (фиг.2) ближе к ее нижнему торцу на продолжении продольных линий, проходящих на равном расстоянии между соседними пружинными планками, выполнены отверстия 5. Отверстия 5 выполнены прошивкой специальным инструментом-пуансоном при нагреве локальных участков нижней обечайки 2. При этом диаметр отверстия выбран с учетом последующего нарезания в нем резьбы 6 под фиксирующие винты 7 (показаны условно). При выполнении отверстий (при прошивке) происходит деформация нагретого участка обечайки 2 и образование кольцевого бурта 8. Таким образом, кольцевой бурт 8 обеспечивает возможность увеличить длину резьбовой поверхности 6 отверстия без увеличения толщины обечайки 2. Длина резьбовой поверхности, диаметр винта 7 в отверстии 5 и наличие острых кромок 9 винта 7 обеспечивают необходимую фиксацию центратора к телу трубы 1. Винты 7 выступают над кольцевым буртом (условно не показано), например, на длину не менее половины расстояния пружинной планки от тела трубы и обеспечивают дополнительную функцию по внесению гидравлических возмущений в режим скважинной жидкости в зоне пружинных планок. Такое выполнение обеспечивает вымывание шлама и прочих накоплений из пространства под пружинными планками.
После установки на колонне труб необходимого количества пружинных центраторов ее спускают в скважину на заданную глубину. При спуске обсадной колонны пружинные планки 4 деформируются, и сила их упругости устанавливает колонну труб по центру скважины. При этом скорость спуска колонны труб и/или промывку скважины осуществляют с такой скоростью, чтобы винты 7, выступающие над кольцевыми буртами 8, обеспечивали наиболее оптимальный режим гидравлических возмущений в скважинной жидкости в зоне пружинных планок для вымывания под ними шлама и прочих накоплений скважины.
Преимуществом заявленного устройства перед известными является повышение качества строительства скважины, в частности качества цементирования обсадных колонн за счет получения равномерного зазора между обсадной трубой и стенками скважины, сплошь заполненного цементом, что исключает возможность появления заколонных межпластовых перетоков.
Кроме того, сокращается стоимость изготовления центратора за счет упрощения его конструкции. Благодаря исключению разрушения устройства в процессе спуска повышается надежность его работы.