ПРУЖИННЫЙ ЦЕНТРАТОР

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к креплению обсадными колоннами нефтяных и газовых скважин и предназначена для центрирования колонн в скважине. Применение центраторов обеспечивает равномерный зазор между обсадной трубой и стенками скважины, что улучшает качество цементирования колонны.
Известен пружинный центратор с автоматической фиксацией на обсадной колонне по патенту РФ на изобретение №2499123. Пружинный центратор с автоматической фиксацией на обсадной колонне, состоит из центрирующих планок и двух цельнокроеных обечаек. Концы цельнокроеных обечаек соединены сварным швом, при этом в нижней обечайке выполнены специальные наклонные карманы (от двух до шести - в зависимости от размера центратора). В наклонных карманах располагаются по два каленых ролика, связанных пружиной кручения, зафиксированной в транспортном положении чекой (фиксатором). Фиксация центратора осуществляется путем перемещения роликов, с помощью пружины, по клиновому пазу (карману), после удаления чеки (фиксатора), по принципу работы обгонной муфты. Клиновой паз образован обечайкой центратора и обсадной колонной. Один ролик фиксирует центратор от перемещения вниз, а второй - вверх. Недостатком пружинного центратора с автоматической фиксацией на обсадной колонне, является сложность конструкции и низкая надежность.
Известен пружинный центратор по патенту РФ на изобретение №2430235. Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к центрирующим устройствам обсадных колонн. Пружинный центратор включает корпус с концевыми частями в виде колец и центрирующими ребрами, выполненными с отверстиями для соединения крепежными элементами. При этом крепежные элементы выполнены в виде трубок с внутренней резьбой и развальцованными концами. Недостатком пружинного центратора, является его низкая надежность.
Известен пружинный центратор по патенту РФ на полезную модель №91737. Пружинный центратор, включающий два крепежных элемента и соединенные с ними пружинные планки, отличающийся тем, что крепежные элементы представляют собой цельнокроеные обечайки, концы которых соединены сварным швом, при этом нижняя имеет резьбовые отверстия с установленными в них фиксирующими винтами, выполненными с наружной и внутренней фасками, образующими острую кромку. Недостатком пружинного центратора, является использование сварки для крепления обечаек.
Известен центратор пружинный неразборный по патенту РФ на полезную модель №102666. Центратор пружинный неразборный, содержит кольца, соединенные пружинными планками, закрепленными на наружной поверхности колец с помощью контактной сварки, с буртами, контактирующими с торцами пружинных планок, пружинные планки выполнены трапециевидной формы с скругленными краями и центральным углублением, при этом одно из колец выполнено с резьбовыми отверстиями для стопорных элементов. Наружный диаметр колец центратора не превышает наружный диаметр муфт, применяемых для соединения обсадных труб в колонну. Стопорные элементы выполнены в виде фиксирующих винтов с кольцевой проточкой. Недостатком центратора пружинного неразборного, является использование сварки для крепления планок на наружной поверхности колец, что снижает механические характеристики центратора и надежность.
Известен пружинный центратор по патенту РФ на полезную модель №98465. Пружинный центратор, включает корпус с концевыми частями в виде колец и центрирующими ребрами, выполненными с отверстиями для соединения крепежными элементами, выполненными в виде трубок с развальцованными концами, по меньшей мере нижнее кольцо и нижние концы центрирующих ребер, выполнены с соответствующими отверстиями для размещения указанных трубок, причем кольца соединены с центрирующими ребрами на внутренней поверхности колец. Кольца, центрирующие ребра и крепежные элементы, выполнены с возможностью потайного соединения. Центрирующие ребра выполнены в виде упругих дугообразных планок. Отверстия, по меньшей мере, в нижнем кольце и соответствующих концах центрирующих ребер, выполнены с конусностью под развальцованные концы трубок. Крепежный элемент представляет собой заклепку. Крепежный элемент выполнен с внутренней резьбой. Центратор снабжен фиксаторами центратора на обсадной трубе, в форме пустотелого стержня с внешней резьбой, для взаимодействия с резьбой крепежного элемента и режущей кромкой на торце, для упора в обсадную трубу. В фиксаторе торец для упора в обсадную трубу, выполнен с коническим углублением, по большему диаметру которого выполнена режущая кромка. В фиксаторе указанный торец имеет внешний скос, под углом от 25-35° к оси стержня и скос под углом 45-65°, для образования конического углубления. Фиксатор выполнен с углублением на другом торце под инструмент для ввинчивания его в крепежный элемент. Фиксатор выполнен с возможностью выхода за пределы внутренней поверхности нижнего кольца центратора на расстояние 0,2-3 мм при упоре в обсадную трубу. Толщина кольца центратора должна удовлетворять условию Нк=(0,7 1,4)Sp, где Sp - толщина центрирующих ребер. Отношение высоты к ширине центратора не менее чем 2:1. Недостатком пружинного центратора, является его низкая надежность.
Известен пружинный центратор и его фиксатор на обсадной трубе по патенту РФ на полезную модель №98220. Пружинный центратор, содержит цельный корпус с центрирующими ребрами, соединенными с концевыми частями в виде верхнего и нижнего колец, отличающийся тем, что введены фиксаторы пружинного центратора на обсадной трубе и трубки с развальцованными концами, по меньшей мере, нижнее кольцо выполнено с отверстиями под установку трубок с развальцованными концами, указанные фиксаторы и трубки выполнены соответственно с внешней и внутренней резьбой, с возможностью ввинчивания фиксаторов до упора в обсадную трубу. Центрирующие ребра соединены с верхним и нижним кольцами непрерывно, причем указанные кольца имеют, по меньшей мере, одно сварное соединение с длиной, равной высоте соответствующего кольца. Центрирующие ребра выполнены в виде упругих дугообразных планок. Отверстия, по меньшей мере, в нижнем кольце выполнены с конусностью под развальцованные концы трубок. Трубка с развальцованными концами представляет собой пустотелую заклепку. Толщина верхнего и нижнего колец должна удовлетворять условию Нк=(0,7 1,4)Sp, где Sp - толщина центрирующих ребер. Отношение его высоты к ширине, не менее чем 2:1. Фиксатор центратора на обсадной трубе выполнен в форме стержня с режущей кромкой, выполненной диаметром от 7 до 9 мм на его торце, для упора в обсадную трубу. В фиксаторе торец для упора в обсадную трубу, выполнен с воронкообразным углублением, по большему диаметру которого выполнена режущая кромка. В фиксаторе указанный торец имеет внешний скос, под углом от 25-35° к оси стержня и скос под углом 45-65°, для образования воронкообразного углубления. Фиксатор выполнен с углублением на другом торце под инструмент, для ввинчивания его в трубку с развальцованными концами. Фиксатор выполнен с возможностью выхода за пределы внутренней поверхности нижнего кольца на расстояние 0,2-3 мм, при упоре в обсадную трубу. Фиксатор выполнен пустотелым. Фиксатор пружинного центратора на обсадной трубе, включает по меньшей мере, стержень с внешней резьбой и режущей кромкой по диаметру углубления на его торце для упора в обсадную трубу, стержень выполнен пустотелым с углублением воронкообразной формы. Указанный торец имеет внешний скос под углом от 25-35° к оси стержня и скос под углом 45-65° для образования воронкообразного углубления. Режущая кромка выполнена диаметром от 7 до 9 мм. Стержень выполнен с углублением на другом торце под инструмент для ввинчивания его в трубку с развальцованными концами. Недостатком пружинного центратора, является сложность конструкции и низкая надежность.
Известен пружинный центратор для скважины по патенту РФ на изобретение №2456428. Изобретение относится к строительству и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в частности к технологическому обустройству скважин различного назначения на различных этапах. Сущность изобретения: 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. Эти винты выполнены с дополнительной функцией внесения гидравлических возмущений в режим скважинной жидкости в зоне пружинных планок. Недостатком пружинного центратора для скважины, является его низкая надежность
Известен центратор пружинный неразборный по патенту РФ на полезную модель №20923 (прототип). Центратор пружинный неразборный, содержит кольца, соединенные пружинными дугообразными планками, закрепленными на наружной поверхности колец, кольца содержат бурты, контактирующие с торцами пружинных планок, а соединение планок с кольцами выполнено точечной контактной сваркой. Наружный диаметр колец центратора не превышает наружный диаметр муфт, применяемых для соединения обсадных труб в колонну, для центрирования которой предназначен центратор. Толщина кольца центратора должна удовлетворять условию Sk=(0,8…1,2)Sn, где Sn - толщина пружинных планок, a Sk - толщина кольца центратора. Недостатком центратора пружинного неразборного является низкая надежность крепления пружинных планок к кольцам.
Задачей создания полезной модели, является повышение надежности пружинного центратора.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что пружинный центратор включающий верхнее и нижнее кольца, диаметр которых меньше диаметра муфт обсадной колонны, соединенные между собой пружинными планками, размещенными равномерно по окружности, отличающийся тем, что верхнее и нижнее кольца, а также пружинные планки, выполнены из цельной бесшовной трубы без сварных и механических соединений, удалением металла в промежутках между пружинными планками, а их наружная выгнутая поверхность, образована путем осаживания центратора и выдавливания пружинных планок наружу. Переходы пружинных планок в верхнее и нижнее кольца, выполнены под прямым углом. В местах перехода пружинных планок в верхнее и нижнее кольца, для снижения концентрации напряжений, выполнены радиусы. Изгиб пружинной планки, начинается с центра радиуса, снижающего концентрацию напряжения перехода пружинных планок в верхние и нижние кольца. На верхнем или нижнем кольцах выполнены резьбовые отверстия, для винтов крепления центратора на трубе. При увеличении диаметра колец центратора, увеличивается количество винтов крепления. При увеличении диаметра колец центратора, увеличивается количество пружинных планок. В качестве материала для бесшовной трубы, используется рессорно-пружинная сталь.
Предложенное техническое решение обладает новизной и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями полезной модели. Новизна технического решения подтверждается проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении пружинного центратора, применяются недефицитные материалы и известные технологии.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1…4, где:
на фиг. 1 приведен продольный разрез пружинного центратора, у которого переходы пружинных планок в верхнее и нижнее кольца, выполнены под прямым углом;
на фиг. 2 приведен продольный разрез пружинного центратора, у которого переходы пружинных планок в верхнее и нижнее кольца, выполнены с радиусом;
на фиг. 3 приведен вид сбоку на пружинный центратор с резьбовыми отверстиями на нижнем кольце, для крепления центратора винтами на трубе;
на фиг. 4 приведена схема осаживания центратора для образования выгнутой поверхности пружинных планок.
1
Пружинный центратор содержит верхнее 1 и нижнее 2 кольца, диаметр которых D меньше диаметра муфт обсадной колонны 3, соединенные между собой пружинными планками 4, размещенными равномерно по окружности, отличающийся тем, что верхнее 1 и нижнее 2 кольца, а также пружинные планки 4, выполнены из цельной бесшовной трубы, без сварных и механических соединений, удалением металла в промежутках 5 между пружинными планками 4, а их наружная выгнутая поверхность 6 образована путем осаживания центратора и выдавливания пружинных планок 4 наружу. Переходы пружинных планок 4 в верхнее 1 и нижнее 2 кольца, могут быть выполнены под прямым углом 7. В местах перехода пружинных планок 4 в верхнее 1 и нижнее 2 кольца, для снижения концентрации напряжений, выполнены радиусы 8. Изгиб пружинной планки 4 начинается с центра радиуса 8, снижающего концентрацию напряжения перехода пружинных планок 4 в верхние 1 и нижние 2 кольца. На верхнем 1 или нижнем 2 кольцах выполнены резьбовые отверстия 9, для винтов 10 крепления центратора на обсадной трубе 3. При увеличении диаметра колец 1 и 2 центратора, увеличивается количество винтов крепления 10. При увеличении диаметра колец 1 и 2 центратора, увеличивается количество пружинных планок 4. В качестве материала для бесшовной трубы используется рессорно-пружинная сталь.
Пружинный центратор работает следующим образом. Центраторы устанавливают со стороны ниппельной резьбы на обсадных трубах 3. При этом суммарный вес обсадных труб 3 должен быть меньше, суммарного радиального центрирующего усилия, создаваемого пружинными центраторами, расположенными равномерно по всей колонне. Центратор может быть закреплен на обсадной трубе 3 с помощью винтов крепления 10, установленных в резьбовых отверстиях 9, выполненных на верхнем 1 или нижнем 2 кольцах. Крепление с двух сторон недопустимо, так как длина центратора меняется при воздействии нагрузки, передаваемой обсадными трубами через кольца 1 и 2 на пружинные планки 4. Обсадная колонна при спуске проходит сужения и расширения в скважине, пружинная планка 4 сжимается и восстанавливает свою форму, при этом возникают значительные напряжения, в месте перехода колец 1 и 2 центратора в пружинные планки 4. Выполнение пружинных планок 4, колец 1 и 2 из цельной бесшовной трубы без сварных и механических соединений, удалением металла в промежутках 5 между пружинными планками 4, а также радиусов 8, в местах перехода пружинных планок 4 в верхнее 1 и нижнее 2 кольца, позволяет увеличить количество циклов сжатия пружинных планок 4 и повысить надежность пружинного центратора.
Применение полезной модели позволило:
1. Обеспечить центрирование колонны труб в скважине.
2. Повысить надежность и эффективность применения пружинного центратора.
3. Увеличить радиальное центрирующее усилие, создаваемое центратором.
4. Снизить осевое усилие, возникающее при спуске центратора в скважину.
5. Улучшить качество цементирования обсадной колонны.