ТУРБУЛИЗАТОР-ЦЕНТРАТОР ДЛЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Предложение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к средствам наружной оснастки обсадной колонны, в частности к турбулизаторам - отклонителям направления потока.
Известно устройство для турбулизации потока жидкости в скважине (см. патент РФ N 2159839, 7 E21B 17/10, опубл. в БИ N 33, 27.11.2000 г. под названием «Центратор-турбулизатор для обсадной колонны»), содержащее полый корпус в виде двух колец со спиралевидными центрирующими ребрами, играющими одновременно роль турбулизатора, наклонно закрепленными к корпусу, и крепежные элементы для закрепления его к трубам обсадной колонны.
Недостатком известного центратора-турбулизатора является низкая эффективность турбулизации, сложность конструкции, а также ненадежность крепежных элементов.
Известен также отклонитель направления потока (см. описание к патенту РФ №49090 МПК E21B 17/10, опубл. в БИ N 31, 10.11.2005 г., под названием «Центратор-отклонитель потока корончатый для обсадной колонны»), содержащий корпус в виде патрубка с наклонно выполненными окнами виде прорези под углом 25-45 к образующим его наружной поверхности, ограниченными с нижней стороны кольцом. При этом центрирующие элементы, выполняющие одновременно роль турбулизатора потока, размещенные между прорезями выполнены полусферической формы в сечении и жестко закреплены к корпусу.
Недостатком известного отклонителя направления потока является низкая эффективность турбулизации потока и нетехнологичность его изготовления.
Указанные недостатки выше приведенных аналогов частично устранены в турбулизаторе потока жидкости (см. описание к патенту РФ №47945 МПК E21B 17/10, опубл. в БИ N 25, 10.09.2005 г., 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.
Этот турбулизатор-центратор по технической сущности более близок к предлагаемому и может быть принят в качестве прототипа.
Общим недостатком как аналогов, так и прототипа является то, что в них 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.
Задачей настоящей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Поставленная задача достигается описываемым турбулизатором-центратором для обсадной колонны, содержащим корпус с выполненными окнами для забивания стопорных клинов и центрирующие элементы, выполненные выпуклой формы.
Новым является то, что его корпус выполнен в виде одного кольца, а центрирующие элементы выполнены сфероидной формы в сечении и за одно целое с корпусом в количестве не менее трех единиц, частично выступающие по торцам корпуса с условным диаметром равным диаметру корпуса, причем продольный разрез центрирующих элементов представляет форму эллипса, большие оси которых наклонены к образующим наружной поверхности корпуса под углом 10-35°.
Представленные рисунки поясняют суть предлагаемой полезной модели, где на фиг.1 изображен общий вид центратора, где на поверхности корпуса видны центрирующие элементы и одно из окон для забивания стопорного клина.
На фиг.2 вид по стрелке А на фиг.1, где видны центрирующие элементы, одно из окон и угол «α» наклона центрирующих элементов к образующим наружной поверхности корпуса (увеличено).
На фиг.3 - сечение по А-А фиг.2 (увеличено);
На фиг.4 - сечение по Б-Б фиг.2 (увеличено);
На фиг.5 - стопорный клин, вид сбоку;
На фиг.6 - то же, что на фиг.5, вид сверху наклонной поверхности клина.
Заявляемый турбулизатор-центратор включает корпус 1 в виде кольца (см. фиг.1 и 2) с выполненными окнами 2 и внутренней кольцевой проточкой, выполненной на длину клина для забивания стопорных клинов 4 (см. фиг.4) и центрирующие элементы 5,6,7 и 8, выполненные сфероидной формы в сечении и за одно целое с корпусом в количестве не менее трех единиц, частично выступающие по торцам корпуса с условным диаметром равным диаметру корпуса.
Продольный разрез (на фиг.2 изображен условно) центрирующих элементов представляют форму эллипса, большие оси 9 которых наклонены к образующим 10 наружной поверхности корпуса под углом а, составляющим 10-35°, следовательно, и центрирующие элементы находятся под этими же углами наклона. Оптимальным, как показали стендовые испытания, является угол наклона центрирующих элементов в 30°.
Его изготавливают по конструкции в зависимости от диаметра скважины. Ниже приводим конструктивные характеристики турбулизатора-центратора в табличном виде.
Таблица
D скв.(мм)
Конструктивные параметры турбулизатора-центратора
D внутр. (мм)
D нар. (мм)
Н (корп.) (мм)
α(град)
102
105
119
120
10-35
114
117
134
120
10-35
146
150
208
160
10-35
168
172
208
160
10-35
245
248
287
160
10-35
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 стопорными элементами 4, выполненными в виде одностороннего клина (см. фиг.5) с фиксирующими зубчатыми насечками 11, расположенными вдоль его наклонной поверхности 12 (см. фиг.5). Его изготавливают из гибкого металла по твердости большей, чем материал трубы обсадной колонны. Закрепление турбулизатора-центратора к трубам, упомянутым выше стопорным клином, осуществляют следующим образом. Через окно 2 корпуса 1 вводят острый конец клина, направив наклонную его поверхность с фиксирующими зубчиками к наружной поверхности трубы. Затем ударами молотка клин продвигают до полного утопления в кольцевую проточку 3. При этом клин 4 по мере движения в поступательном направлении, прогибаясь по окружности кольцевой проточки своими фиксирующими зубчиками, охватывая наружную поверхность трубы, врезаются в ее тело.
Далее в окно 2 заводят следующий клин, аналогично забивая его в противоположную сторону от первого клина, что позволяет неподвижно закрепить центратор к трубе, без возможности поворота и вращения.
В процессе цементирования восходящий поток цементного раствора, проходящий через наклонно расположенные центрирующие элементы, получает турбулентное движение, за счет отклонения направления восходящего потока. Благодаря этому 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.
Такая конструкция турбулизатора-центратора улучшает проходимость колонны обсадных труб в скважину и спускаемого с ней скважинного оборудования через осложненные интервалы, обеспечивает повышенную проходимость колонны обсадных труб в стволе скважины, улучшает условия промывки в процессе спуска и цементирования скважины. При этом обеспечивается качество крепления скважины за счет придания восходящему потоку цементного раствора турбулентного движения, следовательно, и разобщения пластов. Турбулизатор-центратор технологичен в изготовлении и обладает малой металлоемкостью в сравнении с известными, взятыми в качестве аналогов и прототипа.