ТУРБУЛИЗАТОР ПОТОКА - ЦЕНТРАТОР ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Предложение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, а именно к техническим средствам наружной оснастки обсадной колонны, в частности к турбулизаторам потока и центрирования обсадной колонны большого диаметра.
Известен турбулизатор потока (см. полное описание Патента Р.Ф. №47945, МПК 7 Е21В под названием «Центратор-вращатель потока корончатый»), содержащий полый корпус, концевая часть которого выполнена в виде кольца с отверстиями для забивания через них стопорных элементов в виде клина в канавке, выполненные с внутренней стороны кольца для закрепления турбулизатора к трубам обсадной колонны, и турбулизирующие элементы, выполняющие одновременно роль центрирующих элементов, выполнены выпуклой формы, разделенные наклонно расположенными окнами.
Недостатком известного турбулизатора является то, что в нем турбулизирующие элементы, выполняющие роль центраторов установлены без учета эксцентриситета (смещения осей) колонны относительно оси скважины, в результате не исключается одностороннее соприкосновение колонны труб со стенками ствола скважины, а также недостаточная эффективность турбулизации восходящего потока.
Известен также, турбулизатор-центратор для обсадной колонны (см. см. полное описание Патента 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 клинов во внутренние его проточки и наклонно расположенными центрирующими элементами полусфероидной формы, выполненными за одно целое с корпусом и частично выступающие по его торцам.
Указанный турбулизатор-центратор по технической сущности более близок к предлагаемому и может быть принят в качестве прототипа.
Его недостатком является то, что он не обеспечивает качественное центрирование обсадной колонны большого диаметра из-за вероятности одностороннего соприкосновения колонны со стенками ствола скважины (т.е. из-за большого эксцентриситета). Кроме того, используемые в нем стопорные элементы не обеспечивают надежное крепление его к трубам обсадной колонны.
Задачей настоящей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Поставленная задача решается описываемым турбулизатором потока, включающим корпус в виде кольца с выполненными окнами для забивания клинов во внутренние его проточки и наклонно расположенными турбулизирующими элементами полусфероидной формы, выполненными за одно целое с корпусом и частично выступающие по его торцам.
Новым является то, что турбулизирующие элементы выполнены не менее пяти штук, отстоящие друг от друга на равных расстояниях, а окна для забивания клинов выполнены в количестве не менее двух штук на различных уровнях на одной и той же стороне, а на противоположной стороне от упомянутых окон выполнены два цилиндрических резьбовых отверстия под стопорные болты на различных уровнях, при этом продольное сечение турбулизирующих элементов представляет форму эллипса, большие оси которого наклонены к образующей наружной поверхности корпуса под острым углом, но не менее 27°.
Представленные рисунки поясняют суть предлагаемой полезной модели, где на фиг.1 изображен общий вид турбулизатора потока-центратора обсадной колонны, где на поверхности корпуса видны оптимальное количество турбулизирующих элементов потока, играющие одновременно роль центраторов, и окна для забивания клинов в проточки, выполненные по обе стороны от окон, а также цилиндрические отверстия с резьбами для завинчивания стопорных болтов.
На фиг.2 - тоже, что на фиг.1, вид сверху, в сечении;
На фиг.3 - односторонний клин, вид сбоку;
На фиг.4 - то же, что на фиг.3, вид сверху по стрелке А на наклонную его поверхность, где видны фиксирующие зубчатые насечки;
На фиг.5 - фрагмент закрепления турбулизатора к наружной стенке трубы обсадной колонны;
На фиг.6 - вид на I, один из турбулизирующих элементов, расположенный наклонно под углом α относительно образующей корпуса.
Турбулизатор потока - центратор включает корпус 1 в виде кольца (см. фиг.1) с выполненными окнами 2 и 3 на разных уровнях в количестве не менее 2 шт. на одной из сторон и внутренними проточками 4, 5 и 6, 7, выполненными в противоположных направлениях от окон на длину клина 8 и 9 (см. фиг.5). На противоположной стороне от окон в корпусе выполнено не менее двух отверстий 10 и 11 с резьбовыми нарезками под стопорные болты (из-за простоты болты на фиг. не изображены). Болты и клины изготавливают из твердосплавной стали, по твердости превышающей твердость материала трубы 12 обсадной колонны.
С наружной стороны корпуса за одно целое с ним выполнены наклонно расположенные турбулизирующие элементы 13 (см. фиг.2) в количестве не менее 5 штук одинакового размера полусфероидной формы, одновременно выполняющие роль центраторов, и отстоящие друг от друга на равных расстояниях. Продольное сечение турбулизирующих элементов представляют форму эллипса 14 (см. фиг.6), большие оси которых наклонены к образующей наружной поверхности корпуса под острым углом, но не менее α=27° (см. фиг.6), следовательно, и сами турбулизирующие элементы наклонены под этим же углом. Угол наклона α=30±5° турбулизирующих элементов является оптимальным и установлен экспериментальными исследованиями. На наклонной плоскости 15 клинов 8 и 9 (см. фиг.3 и 4) выполнены фиксирующие зубчатые насечки 16.
Работа турбулизатора-центратора заключается в следующем.
Его спускают в интервалы скважины, предварительно надев на трубы обсадной колонны (обсадная колонна на фиг. не изображена), и закрепляют односторонними клинами 8 и 9 (см. фиг.3) с фиксирующими зубчатыми насечками 16, расположенными вдоль его наклонной поверхности 15. Его изготавливают из гибкого металла по твердости большей, чем материал трубы обсадной колонны. Закрепление турбулизатора-центратора к трубам 12, упомянутым выше односторонним клином, осуществляют следующим образом. Рассмотрим процесс закрепления турбулизатора потока клинами 8 и 9 через окно 3. Для этого через окно 3 корпуса 1 вводят острый конец сначала одного клина, например, клина 8, направив наклонную его поверхность 15 с фиксирующими зубчиками 16 к наружной поверхности трубы 12. Затем ударами молотка клин продвигают до полного утопления в проточку 3. При этом клин 8 по мере движения в поступательном направлении, прогибаясь по окружности проточки 6 своими фиксирующими зубчиками, охватывая наружную поверхность трубы 12, врезается в ее тело.
Далее в это же окно 3 заводят следующий клин 9, и аналогично забивают его в противоположную сторону от первого клина в проточку 7. Аналогично осуществляют закрепление турбулизатора к трубе обсадной колонны и через окно 2. Этим достигается закрепление турбулизатора потока неподвижно, без возможности поворота и вращения. Для усиления надежности закрепления турбулизатора в резьбовые отверстия 10 и 11 завинчивают болты до отказа, с натягом.
В процессе цементирования восходящий поток цементного раствора, проходящий через наклонно расположенные турбулизирующие элементы, 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 камня вокруг обсадной колонны равномерной толщины за счет уменьшения эксцентриситета (смещение осей) колонны относительно оси скважины. Кроме того, такая конструкция турбулизатора-центратора улучшает проходимость колонны обсадных труб в скважину и спускаемого с ней скважинного оборудования через осложненные интервалы, улучшает условия промывки в процессе спуска и цементирования скважины. Турбулизатор-центратор технологичен в изготовлении и обладает малой металлоемкостью в сравнении с известными, взятыми в качестве аналога и прототипа.