Башмак для обсадной колонны
SHOE FOR CASING STRING

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для спуска обсадной колонны в ствол скважины в процессе ее строительства для прохождения уступов и кавернозных участков.
Известен башмак обсадной колонны, включающий полый цилиндрический корпус (Соловьев Е.М., Заканчивание скважин. М., Недра, 1979, с.171), имеющий в верхней части присоединительную резьбу для соединения с обсадной колонной и жестко связанную с корпусом направляющую пробку с осевым каналом со сквозными осевыми пазами и конической нижней частью. Наличие конической нижней части предполагает свободное прохождение в стволе.
К недостаткам известного устройства следует отнести вероятность недоспуска обсадной колонны до проектной глубины в осложненном (имеющем интервалы перегибов, уступы, желоба и др.) стволе скважины, так как при упоре в уступ колонна за счет своего веса просто внедрится в него.
Известен колонный башмак (Булатов А.И. и др., Справочник инженера по бурению, т. 3, Москва, Недра, 1995, с. 128-129), включающий полый корпус, в верхней части которого выполнена муфтовая резьба обсадных труб, а в нижней части - внутренние кольцевые канавки и неразъемную направляющую насадку с осевыми отверстиями, сформированную из бетона.
Недостатком известного устройства является то, что при спуске колонны, особенно в наклонно-направленные и горизонтальные участки скважин, такой башмак от периодических жестких ударов о стенки ствола скважины, открытого или обсаженного, осевых или радиальных нагрузок быстро разрушается, что приводит к серьезным осложнениям и дополнительным затратам по их устранению. При этом устройство имеет ограниченные резервы по обеспечению спуска колонны до проектной глубины.
Известен колонный башмак (Патент RU № 97764, МПК Е21В 17/14, опубл. 20.09.2010, бюл. № 26), включающий полый корпус, в верхней части которого выполнена муфтовая резьба обсадных труб, а в нижней части последовательно сверху вниз выполнены кольцевые канавки, радиальные отверстия и сформированная из литьевого полимера направляющая насадка.
Недостатком этого устройства являются ограниченные возможности его применения. В наклонно-направленных скважинах, особенно в скважинах с интенсивным набором кривизны, перед башмаком непременно образуется «сальник», требующий значительного времени для его удаления, например, размыва, которое допустимо не для всех геологических условий, в которых пробурена скважина.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является башмак обсадной колонны (Патент RU № 2282706, МПК Е21В 17/14, опубл. 27.08.2006, бюл. № 24), включающий полый цилиндрический корпус с присоединительной резьбой в верхней части для соединения с обсадной колонной, направляющую пробку, жестко связанную с корпусом и имеющую осевой канал, сквозные осевые пазы и коническую нижнюю часть, снабжен пальцами и отклоняющими элементами, выполненными в виде изогнутых двуплечих рычагов Т-образного сечения, каждый из которых состоит из основания и опорной плиты, наружная поверхность которой в поперечном сечении имеет вид сектора трубной заготовки. Основания рычагов установлены в сквозных осевых пазах направляющей пробки. В направляющей пробке и в основаниях выполнены радиальные каналы для размещения в них пальцев. Рычаги равномерно установлены на наружной боковой поверхности направляющей пробки при помощи пальцев с возможностью поворота вокруг них, причем большие плечи рычагов направлены в сторону нижнего конца направляющей пробки, а малые - в сторону корпуса. Длина большого плеча рычага может кратно превосходить длину его малого плеча.
Однако указанный башмак также имеет ряд недостатков. Двуплечие рычаги при попадании в желоб ствола скважины могут заклинить своей верхней частью, что в конченом итоге приведет к прихвату обсадной колонны. Также из-за свободного вращения двуплечих рычагов вокруг своей оси, может произойти налипание остатков бурового раствора за верхней частью рычага, что приведет к изменению геометрии самого башмака и заклинке обсадной колонны при спуске в осложненных участках ствола скважины.
Техническими задачами настоящего изобретения являются повышение надежности спуска и установки обсадной колонны в осложненном стволе скважины, повышение ударной прочности и износостойкости башмака.
Технические задачи решаются башмаком для обсадной колонны, включающим полый цилиндрический корпус с присоединительной резьбой в верхней части для соединения с обсадной колонной.
Новым является то, что в нижней части полого цилиндрического корпуса выполнены направляющие пазы и углубления c возможностью установки рабочих пружин, при этом полый цилиндрический корпус снабжен тремя подвижными направляющими плашками со сквозными отверстиями под углом к оси полого цилиндрического корпуса, причем подвижные направляющие плашки расположены по окружности корпуса через 120°C и имеют внутренние технологические глухие отверстия, в которые упираются нижние части рабочих пружин, на месте смыкания направляющих пазов жестко установлена торцевая цилиндрическая заглушка со сквозным центральным отверстием грибкового вида с выступами на нижней части, позволяющими удерживать подвижные направляющие плашки в корпусе.
На фиг.1 показан общий вид башмака в транспортном положении, на фиг.2 -  разрез А-А башмака в транспортном положении, на фиг. 3 - общий вид башмака в рабочем положении, на фиг.4 и фиг. 5 - принцип действия башмака в стволе скважины.
Башмак обсадной колонны состоит из полого цилиндрического корпуса 1 (фиг. 1), в верхней части которого выполнена присоединительная резьба для соединения с обсадной колонной (на фиг. 1-5 не показаны). В нижней части полого цилиндрического корпуса 1 (фиг. 1) выполнены направляющие пазы 2 (фиг. 2) и углубления (на фиг. 1-5 не показаны) c возможностью установки в них рабочих пружин 3 (фиг. 1).
При этом полый цилиндрический корпус 1 снабжен тремя подвижными направляющими плашками 4 со сквозными отверстиями 5 под углом к оси полого цилиндрического корпуса 1. Причем подвижные направляющие плашки 4 расположены по окружности корпуса 1 через 120°C и имеют внутренние технологические глухие отверстия (на фиг. 1-5 не показаны), в которые упираются (устанавливаются) нижние части рабочих пружин 3 (фиг. 1), устанавливаемых в углубления корпуса 1. На нижней части корпуса 1 на месте смыкания направляющих пазов 2 (фиг. 2) жестко установлена (с помощью резьбы или сваркой) торцевая цилиндрическая заглушка 6 (фиг. 1) со сквозным центральным отверстием 7 (фиг. 3) грибкового вида с выступами на нижней части, позволяющими удерживать подвижные направляющие плашки 4 (фиг. 1) в корпусе 1 при работе устройства.
Башмак для обсадной колонны работает следующим образом.
Нижний конец обсадной колонны перед ее спуском в ствол скважины оборудуют башмаком. При прохождении осложненной части ствола, в которой могут иметь место резкие перегибы, каверны, уступы, желоба и т.д., подвижные направляющие плашки 4 обеспечивают возможность соскальзывания башмака с преграды, за счет чего повышается вероятность спуска обсадной колонны без осложнений и аварий. При встрече уступа или иной преграды одной из трех сторон башмака, подвижная направляющая плашка 4, подпружиненная рабочей пружиной 3 входит внутрь корпуса 1. Благодаря торцевой цилиндрической заглушке 6 со сквозным центральным отверстием 7 (фиг. 3) грибкового вида, установленной на месте смыкания направляющих пазов 2 (фиг. 2), подвижная направляющая плашка 4 (фиг. 1) удерживается в корпусе 1. Таким образом геометрия башмака изменяется и становится усеченной в необходимом направлении, для свободного сдвига обсадной колонны с уступа вниз (см. фиг. 3). После прохождения уступа или иной преграды, подвижная направляющая плашка 4 (фиг. 1) возвращается в исходное положение за счет установленной внутри нее рабочей пружины 3, и геометрия башмака принимает начальный транспортный вид.
Применение башмака для обсадной колонны позволяет повысить надежность спуска и установки обсадной колонны в осложненном стволе скважины, повысить ударную прочность и износостойкость башмака.