Башмак обсадной колонны с вращающейся направляющей насадкой

Предлагаемая полезная модель относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, в частности к оборудованию для оснастки нижней части обсадной колонны.
В патентной публикации (RU 97764, Е21В 17/14, опубл. 20.09.2010) описаны варианты башмака колонного, включающего полый корпус, в верхней части которого выполнена муфтовая резьба обсадных труб, а в нижней части последовательно сверху вниз выполнены, по крайней мере, одна внутренняя кольцевая канавка и одно радиальное отверстие, и направляющую насадку с осевым отверстием, при этом направляющая насадка сформирована из литьевого полимера, например полиацеталь или капролон, совместно с нижней частью корпуса и неразъемна с ним.
Вышеописанная конструкция имеет существенный недостаток.
Насадка, сформированная из литьевого полимера, способна выдерживать гораздо более высокие сжимающие и ударные нагрузки, возникающие в процессе спуска обсадной колонны, в отличие от бетонных аналогов. Однако, в данной конструкции насадка имеет по всей поверхности постоянный радиус закругления, выходящий на наружный диаметр корпуса. При достижении участков сужений, осыпей и обвалов ствола скважины при использовании подобных конструкций башмаков может возникнуть «эффект поршневания» колонны. Например, наличие ассиметричных скошенных краев на насадке позволило бы ей более эффективно продвигаться по скважине.
Данные недостаток учтен в башмаке колонном, описанном в патентной публикации  RU 2574237 C1, МПК Е21В 17/14, опубл. 10.02.2016. Колонный башмак, включающий корпус, один конец которого предназначен для соединения с колонной труб, втулку, связанную с другим концом корпуса, направляющую насадку с центральным каналом, выполненную из легко разбуриваемого материала и помещенную в нижней части полости втулки, свободный – нижний торец которой с направляющей насадкой выполнены скошенными, при этом втулка перед направляющей насадкой имеет боковые отверстия, выполненные по касательной относительно ее наружной поверхности, и имеет возможность проворота относительно корпуса, при осевом взаимодействии устройства с препятствием в стволе скважины, или вращения относительно корпуса при промывке скважины. Скошенная форма втулки с насадкой и возможность их свободного проворота относительно корпуса значительно повышают эффективность спуска обсадной колонны. При этом отсутствует необходимость вращения самой колонны. Данное устройство выбрано нами за прототип.
Главным недостатком данной конструкции является отсутствие возможности фиксации вращающейся насадки при разбуривании колонного башмака. При достижении разбуривающего инструмента втулки с насадкой будет происходить их совместное вращение вместо разрушения последних. Это значительно увеличивает время разбуривания колонного башмака. Особенно негативно данный эффект проявляется при плохом качестве цементирования скважины или полном отсутствии цементного камня.
Целью предлагаемой полезной модели является повышение  надежности и эффективности использования колонного башмака.
Указанная цель решается в башмаке обсадной колонны с вращающейся направляющей насадкой, включающем корпус, один конец которого предназначен для соединения с колонной труб, вращающуюся направляющую насадку с возможностью свободного проворота или вращения относительно корпуса, отличающемся тем, что вращающаяся направляющая насадка имеет возможность фиксации от проворота при разбуривании башмака разбуривающим инструментом благодаря тому, что соединена с корпусом, имеющим цилиндрическую часть, радиальный паз и вертикальные пазы, посредством винтов-роликов и кольца.
На фиг. 1 показан общий вид с разрезом башмака обсадной колонны с вращающейся направляющей насадкой, фиксируемой при разбуривании.
На фиг. 2 показан корпус башмака обсадной колонны с вращающейся направляющей насадкой, фиксируемой при разбуривании.
На фиг. 3 показана трехмерная модель башмака обсадной колонны с вращающейся направляющей насадкой, фиксируемой при разбуривании.
В качестве примера на фигурах изображен башмак обсадной колонны со скошенной насадкой, но сама вращающаяся направляющая насадка может быть любой формы.
Башмак обсадной колонны с вращающейся направляющей насадкой, фиксируемой при разбуривании, состоит из корпуса 1 с резьбой для соединения с обсадной колонной 2 (фиг. 1,2), на котором выполнена цилиндрическая часть 3, радиальный паз 4 и вертикальные пазы 5; вращающейся направляющей насадки 6 и промывочных отверстий 7, соединенной с корпусом 1 посредством винтов-роликов 8 и кольца 9. Для удобства монтажа кольцо 9 может быть выполнено разрезным.
Устройство работает следующим образом.
В собранном виде вращающаяся направляющая насадка 6 свободно вращается относительно корпуса 1 благодаря тому, что винты-ролики 8 перемещаются внутри радиального паза 4, опираясь на кольцо 9. То же самое происходит при воздействии осевого усилия, прижимающего насадку 6 к корпусу 1, как это происходит при спуске обсадной колонны в скважину. Тем самым, при взаимодействии со сложными участками ствола скважины насадка 6 имеет возможность свободного проворота, что повышает успешность операции спуска обсадной колонны.
После достижения требуемой глубины спуска обсадной колонны начинают цементирование скважины. Цементный раствор заполняет внутренние полости башмака обсадной колонны с вращающейся направляющей насадкой. После отверждения цементного камня производится разбуривание по внутренней полости колонны и башмака обсадной колонны с вращающейся направляющей насадкой. Возможен вариант разбуривания и без предшествующего цементирования колонны. При достижении разбуривающим инструментом внутренней поверхности вращающейся направляющей насадки 6, под действием его осевого усилия с одновременным вращением, винты-ролики 8, перемещаясь по кольцу 9, попадают в область вертикальных пазов 5 и впадают в них, вминая кольцо 9. Дальнейший проворот вращающейся направляющей насадки 6 относительно корпуса 1 становится невозможным. Происходит надежная фиксация вращающейся направляющей насадки 6, позволяющая разбурить башмак обсадной колонны с вращающейся направляющей насадкой значительно быстрее, чем в случае отсутствия фиксации направляющей вращающейся насадки 6. А благодаря применению в конструкции башмака обсадной колонны легкоразбуриваемых материалов данную операцию можно проводить PDC долотами.
Применение предлагаемой полезной модели башмака обсадной колонны с вращающейся направляющей насадкой, фиксируемой при разбуривании, упрощает спуск обсадной колонны, повышает качество и надежность проводимых операций, сокращает время строительства скважины за счет более быстрого разбуривания башмака обсадной колонны. Предложенная конструкция может сочетаться с любыми типоразмерами обсадных колонн.