ЦЕНТРАТОР СКВАЖИННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
CENTRALISER OF DOWNHOLE EQUIPMENT

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для центрирования внутрискважинного оборудования.
Известен «Центратор бурильных труб и скважинного оборудования» (описание полезной модели к патенту РФ №46525, E21B 17/10, опубл. бюл. №19 от 10.07.05 г.), содержащий корпус с верхней и нижней присоединительными резьбами, оправку, установленную с возможностью вращения на наружной поверхности корпуса, плашки, размещенные равномерно по периметру оправки с возможностью ограниченного съемными упорами радиального перемещения наружу, причем каждая плашка поджата наружу механизмом поджатия, при этом механизм поджатия каждой плашки выполнен в виде не менее двух пружин сжатия, причем корпус выше и ниже оправки снабжен верхним и нижним защитными выступами.
Недостатком данного устройства является его низкая центрирующая способность по отношению к продольной оси (особенно наклонно направленных и горизонтальных) скважин из-за того, что механизм поджатия центрирующих плашек допускает поперечные перемещения и наклоны корпуса центратора. Как следствие, снижается точность направления движения центрируемого оборудования при работе (например, расширителя при фрезеровке колонны), отсутствует необходимая жесткость при работе между колонной и центрируемым оборудованием. В результате возникает вибрация, удары и, как следствие, преждевременный выход из строя центрируемого оборудования.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Центратор скважинного оборудования» (патент РФ №65099, E21B 17/10, опубл. бюл. №21 от 27.07.2007 г.), содержащий корпус с верхней и нижней присоединительными резьбами и центральным каналом, оправку, установленную с возможностью вращения на наружной поверхности корпуса, плашки, размещенные равномерно по периметру оправки с возможностью ограниченного съемными упорами радиального перемещения наружу, при этом каждая плашка поджата наружу пружинами сжатия, а корпус выше и ниже оправки снабжен верхним и нижним выступами, причем каждая плашка в средней части снабжена сферической выборкой, взаимодействующей с ответной поверхностью поршня, вставленного в цилиндрическое отверстие оправки, причем поршни выполнены подпружиненными относительно оправки, которая по концам загерметезирована относительно корпуса, при этом в корпусе выполнены каналы, сообщающие центральный канал корпуса с цилиндрическими отверстиями, оправки.
Недостатками данного устройства являются:
- невозможность работы с расширителем или развальцевателем в открытом стволе скважины, так как при спуске устройства в необходимый интервал происходят посадки и заклинивания компоновки бурового оборудования с центратором, так как центратор постоянно находится в рабочем положении;
- низкая центрирующая способность, так как каждая плашка поджата одним поршнем и имеет возможность отклоняться в верхней или нижней части;
- низкая работоспособность устройства, так как из-за низкой износостойкости поверхности корпуса, на которой расположена оправка, и отсутствия смазки происходит ускоренный износ корпуса и оправки, что приводит к материальным затратам по их замене.
Технической задачей предлагаемого центратора является обеспечение его долговременной и безотказной работы с оборудованием в открытом стволе скважины при высоких осевых и радиальных нагрузках, а также точного направления движения скважинного оборудования и равномерного распределения центрирующих усилий как по длине, так и по окружности центратора.
Техническая задача решается центратором скважинного оборудования, содержащим корпус с верхней и нижней присоединительными резьбами и центральным каналом, оправку, установленную с возможностью вращения на наружной поверхности корпуса с герметизацией по концам, подпружиненные плашки, размещенные равномерно по периметру оправки с возможностью ограниченного съемными упорами радиального перемещения наружу, корпус выше и ниже оправки снабжен верхним и нижним выступами, в оправке выполнены цилиндрические отверстия под герметично вставленные поршни, взаимодействующие снаружи с соответствующими плашками, причем в корпусе выполнены каналы, сообщенные с цилиндрическими отверстиями оправки.
Новым является то, что плашки подпружинены вовнутрь от съемных упоров, а количество отверстий в оправке с поршнями под каждую плашку не менее двух, при этом между верхним выступом и оправкой установлена износостойкая шайба, а поверхность корпуса, взаимодействующая с оправкой, снабжена жестко установленными износостойкими вставками, причем на внутренней поверхности оправки выполнены кольцевые проточки для смазочного материала.
На чертеже изображен центратор скважинного оборудования, общий вид с осевым разрезом.
Центратор скважинного оборудования содержит корпус 1 с верхней 2 и нижней 3 присоединительными резьбами и центральным каналом 4. Оправка 5 установлена с возможностью вращения на наружной поверхности 6 корпуса 1 с герметизацией уплотнительными элементами 7. Плашки 8, подпружиненные вовнутрь пружинами сжатия 9, размещены равномерно по периметру оправки 5 с возможностью ограниченного съемными упорами 10 радиального перемещения наружу. Корпус 1 выше и ниже оправки 5 снабжен верхним 11 и нижним 12 выступами. В оправке 5 выполнены цилиндрические отверстия 13 под герметично вставленные поршни 14, взаимодействующие с соответствующими плашками 8. В корпусе 1 выполнены каналы 15, сообщенные с цилиндрическими отверстиями 13 оправки 5. Количество отверстий 13 в оправке 5 с поршнями 14 под каждую плашку 8 не менее двух. Между верхним выступом 11 и оправкой 5 установлена износостойкая шайба 16. Поверхность 6 корпуса 1, взаимодействующая с оправкой 5, снабжена жестко установленными износостойкими вставками 17. На внутренней поверхности 18 оправки 5 выполнены кольцевые проточки 19 для смазочного материала 20.
Сборку центратора осуществляют в следующей последовательности. Собирают корпус 1. Предварительно перед этим устанавливают износостойкую шайбу 16 на корпус 1. В оправку 5 вставляют уплотнительные элементы 7, поршни 14, плашки 8 с пружинами 9 и скрепляют упорами 10. В проточки 19 закладывают смазочный материал 20. На наружную поверхность 6 корпуса 1 устанавливают оправку 5 в сборе, фиксируемую верхним 11 и нижним 12 выступами от продольного перемещения.
Центратор скважинного оборудования работает следующим образом.
Центратор устанавливают непосредственно над скважинным оборудованием (раздвижной расширитель, развальцеватель и др. на чертеже не показаны) при помощи присоединительной резьбы 3, соединяют резьбой 2 с колонной бурильных труб. При спуске скважинного оборудования на колонне бурильных труб (на чертеже не показано) центратор в транспортном положении движется вместе с колонной поступательно, не задевая стенок скважин и не препятствуя спуску скважинного оборудования, так как плашки 8 центратора подпружинены вовнутрь пружинами 9.
Затем вовнутрь колонны бурильных труб с помощью бурового насоса подают промывочную жидкость и начинают вращать колонну бурильных труб и скважинное оборудование. При этом жидкость, проходя по центральному каналу 4, через каналы 15, сообщенные с цилиндрическими отверстиями 13 оправки 5, попадает под поршни 14, которые выводят плашки 8 в рабочее положение, преодолевая усилие пружин 9, что обеспечивает центрацию скважинного оборудования. Равномерное поджатие плашек 8 к стенкам ствола скважины обеспечивается количеством поршней 14 не менее двух, что исключает радиальное биение вращающегося инструмента, надежно центрируя его относительно оси скважины. Износостойкая шайба 16 и износостойкие вставки 17, выполняющие роль подшипника скольжения, препятствуют износу контактных поверхностей корпуса 1 и оправки 5 при высоких осевых и радиальных нагрузках. Смазочный материал 20 препятствует возникновению сухого трения в наиболее нагруженных местах корпуса 1 и оправки 5, что многократно увеличивает ресурс центратора. Благодаря тому, что при спуске и подъеме скважинного оборудования с центратором центратор находится в транспортном положении (плашки 8 поджаты вовнутрь), исключаются любые посадки, затяжки и заклинивания оборудования.
Преимущество предлагаемой конструкции заключается в том, что обеспечивается долговременная и безотказная работа с оборудованием в открытом стволе скважины при высоких осевых и радиальных нагрузках, а также точное направление движения скважинного оборудования при работе, равномерное распределение центрирующих усилий как по длине, так и по окружности центратора, исключение вибраций в процессе работы путем жесткого и равномерного центрирования.