ЦЕНТРАТОР-ВРАЩАТЕЛЬ ПОТОКА КОРОНЧАТЫЙ

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности строительства нефтяных и газовых скважин, а именно к оснасткам обсадной колонны для повышения крепления в осложненных участках вертикальных, наклонных и горизонтальных стволах скважины.
Известен пакер для обсадной колонны [1], включающий полый цилиндрический корпус с центрирующими ребрами и крепежные элементы для закрепления его к трубе обсадной колонны.
Недостатком его является нетехнологичность и, следовательно, трудоемкость его изготовления, металлоемкость, обладает низкой проходимостью в скважине, особенно в интервале высокопроницаемых пластов, где на стенках скважины сформирована глинистая корка.
Перечисленные недостатки устранены в центраторе для скважины, пробуренной трехшарошечным долотом [2], содержащем полый корпус в виде двух колец соединенных между собой центрирующими ребрами с бочкообразной поверхностью.
Упомянутый центратор по технической сущности более близок к предлагаемому и может служить в качестве прототипа.
Однако он также не лишен недостатков, например, в силу выполнения промывочных окон замкнутыми, которые забиваются глинистой коркой и другими включениями, создают трудности при промывке скважины, снижая тем самым эффективность этой операции из-за больших гидравлических потерь. Кроме того, он не обеспечивает турбулизацию восходящего потока цементного раствора, в результате чего не достигается полнота замещения глинистого раствора цементным при креплении скважины, следовательно, не обеспечивает необходимое качество цементирования скважины. Кроме
того, точечное касание центрирующих ребер по образующей ствола скважины может вызвать определенные трудности в части проходимости обсадной колонны из-за утапливания центрирующих ребер в стенку скважины в интервале с неустойчивыми, склонными к обвалообразованию и низкими по твердости породами. Поэтому в результате он находит ограниченное применение.
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеотмеченного недостатка прототипа.
Поставленная задача решается описываемым центратором включающим полый корпус, выполненный в виде кольца с центрирующими ребрами бочкообразной формы.
ш
Новым является то, что его центрирующие ребра выполнены наклонно к образующим наружной поверхности корпуса под углом α и имеют форму частей тора, образованного вращением круга радиусом равным r cosα вокруг прямой, пересекающейся с осью скважины под углом 90°-α при этом, расстояние L от центра круга до оси его вращения выбрано из следующего соотношения:
д
ш
L=0,95-0,99R-r;
ш
где L - расстояние от центра вращения круга радиусом равным r cosα до оси его вращения, мм;
д
R - радиус долота, мм;
ш
r - радиус шарошки, мм;
α - угол наклона центрирующего ребра к образующим наружной поверхности корпуса, в градусах; а их рабочая поверхность выполнена выпуклой, верхние концы которых имеют форму частей кольца с условным диаметром, равным диаметру корпуса.
Выполнение конструкции предлагаемого центратора корончатой формы, в которой не только сохранена ширина и радиус кривизны центрирующих ребер прототипа, но и увеличена ширина промывочных
каналов на величину в ×(1-cosα), где в - ширина центрирующего ребра прототипа. При этом открыто выполненные промывочные каналы верхней части центратора, обеспечивают снижение гидравлических потерь при промывке скважины, что повышает эффективность этой операции, исключая тем самым осложнений при спуске колонны, вызываемых сальникообразованиями. Кроме того, наклон промывочных каналов под тем же углом а, что и центрирующие ребра, обеспечивают турбулизацию восходящего потока цементного раствора и полноты замещения глинистого раствора цементным, улучшая качество цементирования и условия подъема цементного раствора до проектной высоты.
Прилагаемые рисунки поясняют суть предложения, где на фиг.1 изображен центратор предлагаемой конструкции, где видны центрирующие ребра, расположенные наклонно относительно образующим наружной поверхности корпуса, и разделенные между собой U - образными каналами для прохода цементного раствора и обеспечения вращательного движения восходящего потока, общий вид.
На фиг.2 - стопорный элемент, выполненный в виде одностороннего клина, для закрепления центратора к трубе обсадной колонны, вид сбоку.
На фиг.3 - то же, что на фиг.2, вид сверху на наклонную поверхность клина, где видны канавки и выступы, т.е. фиксирующие ребра, в частичном разрезе.
ш
Заявляемый центратор содержит полый корпус, выполненный в виде кольца 1 с центрирующими ребрами 2, 3 и 4 бочкообразной формы, расположенными наклонно относительно образующим поверхности корпуса под углом α, составляющим 25-45° и в фронтальной плоскости имеет бочкообразную форму. Центрирующие ребер имеют форму частей тора, образованного вращением круга радиусом равным r×cosα, вокруг прямой, пересекающейся с осью скважины под углом 90°-α, при этом расстояние L
д
ш
от центра вращаемого круга до оси его вращения выбрана из следующего соотношения: L=0,95-0,99R-r;
где L - расстояние от центра вращения круга радиусом равным радиусу шарошки долота до оси его вращения, мм;
д
R - радиус долота, мм;
ш
r - радиус шарошки, мм;
α - угол наклона центрирующего ребра к образующим наружной поверхности корпуса, в градусах; а их рабочая поверхность выполнена выпуклой, верхние концы 5, 6 и 7 которых имеют форму частей кольца с условным диаметром, равным диаметру корпуса.
Центрирующие ребра разделены между собой U - образными каналами 8, 9 и 10, выполненными наклонно относительно образующих наружной поверхности корпуса, для прохода и обеспечения вращательного движения восходящему потоку цементного раствора. U - образные каналы выполнены на равных расстояниях друг от друга и одинакового размера (см. фиг.1). Части тора, заключенные между U - образными каналами 8, 9 и 10, представляющие в сечении сегменты образуют центрирующие ребра 2, 3 и 4. Такое выполнение конструкции центратора напоминает форму короны, обеспечивает беспрепятственный проход его через осложненные участки ствола скважины.
Изготавливают центратор путем литья или сварки, приваривая центрирующие ребра 2, 3 и 4 к корпусу 1. Его спускают в интервал скважины, где необходимо обеспечить высокое качество цементирования, надевая на трубы обсадной колонны (обсадная колонна на фиг. не изображена) и фиксируя его корпус 1 стопорными элементами 11 (см. фиг.2 и 3), выполненными в виде одностороннего клина с фиксирующим ребрами 12 на наклонной его поверхности 13 [3]. Его изготавливают из гибкого металла по твердости большей, чем материал трубы. Закрепление корпуса центратора указанным стопорным элементом осуществляют следующим образом. Через отверстия 14, сообщающие наружное пространство с
кольцевой канавкой 15, выполненной на внутренней поверхности корпуса, вводят острый конец стопора, направив наклонную его поверхность с фиксирующими ребрами 12 к наружной поверхности трубы. Затем ударом молотка стопор продвигают до полного утопления в кольцевую канавку корпуса 1.
В процессе цементирования восходящий поток цементного раствора, проходящий между наклонно - расположенными центрирующими ребрами, получает вращательное движение, в результате чего достигается эффект вытеснения из скважины и от ее кавернозных стенок глинистого бурового раствора и замещение его цементным, а это способствует образованию цементного камня вокруг колонны равномерной толщины, образующей плотный контакт со стенкой скважины, тем самым повышая качество крепления.
Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем.
Использование центратора предлагаемой конструкции позволит повысить качество крепления скважин, за счет придания восходящему потоку цементного раствора вращательного движения, следовательно, и разобщения пластов, улучшить проходимость колонны обсадных труб и спускаемого с ней скважинного оборудования через осложненные интервалы скважины, за счет увеличения контактной поверхности центрирующих ребер со стенкой скважины, сохраняя повышенную проходимость колонны обсадных труб в стволе скважины. Центратор позволяет улучшить условия промывки и цементирования скважины. На дату подачи заявки центратор испытан в промысловых условиях. Результаты испытаний положительные. Источники информации:
1. Патент Великобритании №2285649, М. кл. Е 21 В 17/10, 1995 г.
2. Патент Р. Ф. №2176718, кл. 7 Е 21 В 17/10 Б. И. №34, 2001 г. (прототип)
3. Патент Р.Ф. №2190079, М. кл. Е 21 В 15/00, Б.И. №27, 2002 г.