Раздвижной центратор для обсадной колонны
RETRACTABLE CASING CENTRALIZER

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в процессе строительства скважин, имеющих изменяющийся диаметр.
Известен центратор обсадной колонны с изменяемой геометрией (патент RU № 2473777, МПК Е21B 17/10, опубл. 27.01.2013, бюл. № 3), содержащий корпус и жестко закрепленные на корпусе центрирующие элементы из эластичного материала, имеющие внутреннюю полость, расположенные по спирали на поверхности корпуса, при этом внутренняя полость центрирующих элементов заполнена водонабухающим полимером, а наружные боковые грани эластичного центрирующего элемента выполнены полупроницаемыми.
Недостатками данной конструкции являются сложность в изготовлении полых полупроницаемых граней, дороговизна материалов, как самого центратора, так и набухающих материалов. Из-за неконтролируемого расширения водонабухающего материала нет гарантированного центрирования обсадной колонны.
Также известен центратор обсадной колонны (патент RU № 2468181, МПК Е21В 17/10, опубл. 27.11.2012, бюл. № 33), включающий центрирующие металлические пластины, закрепляемые на кольцах, и стопорное кольцо для закрепления центратора на обсадной колонне, при этом на внутренней поверхности центрирующих пластин закреплены полые элементы, выполненные из эластичного полупроницаемого материала, внутренняя полость которых заполнена водонабухающим полимером, при этом стопорное кольцо выполнено с закругленными краями.
Недостатками данной конструкции также являются сложность в изготовлении полых полупроницаемых элементов, дороговизна материалов, как самого центратора, так и набухающих материалов. Из-за неконтролируемого расширения водонабухающего материала нет гарантированного центрирования обсадной колонны.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является центратор обсадной колонны (патент RU №2640849, МПК Е21В 17/10, 17/1042, 14/1078, опубл. 12.01.2018, бюл. № 2), включающий центрирующие металлические пластины, закрепляемые равномерно по периметру на кольцах, стопорные (ограничительные) кольца, закрепленные на обсадной колонне, и полости, заполненные водонабухающим полимером, причем стопорные (ограничительные)  кольца установлены сверху и снизу центратора, а полости под водонабухающий полимер выполнены в виде кольцевых внутренних выборок в стопорных кольцах, обращенных в сторону колец центратора, которые вставлены в кольцевые выборки стопорных колец с возможностью продольного перемещения под действием расширяющегося водонабухающего полимера.
Недостатками данного центратора являются дороговизна материалов, как самого центратора, так и набухающих материалов, а также наличие водонабухающего полимера, который приводит в движение лопасти центратора, для активации и разбухания которого необходимо достаточно длительное время, в связи с чем возникает вероятность неполного раскрытия лопастей центратора до необходимого диаметра в процессе спуска и цементирования ствола скважины.
Техническими задачами являются повышение надежности работы центратора обсадной колонны и расширение его эксплуатационных возможностей за счет возможности свободного прохождения в узких участках и выхода в рабочем положении в расширенном участке ствола скважины, обособленной наличием стволов с изменяющимися диаметрами.
Технически задачи решаются раздвижным центратором для обсадной колонны, включающим центрирующие металлические пластины, закрепляемые равномерно по периметру на верхнем и нижнем кольцах, ограничительные верхнее и нижнее кольца, установленные на обсадной колонне сверху и снизу центратора с полостями.
Новым является то, что верхнее ограничительное кольцо выполнено с кольцевой внутренней выборкой, обращенной в сторону кольца центратора, которое вставлено в кольцевую выборку верхнего ограничительного кольца с возможностью продольного перемещения под действием расширяющихся металлических пластин и фиксации в таком положении, причем на верхнем кольце выполнено утолщение, в котором выполнена радиальная проточка, в которую установлено стопорное кольцо, при этом в центральной части центрирующих металлических пластин выполнено углубление с возможностью установки в него стального кольца.
На фиг. 1, 2 изображен центратор обсадной колонны в транспортном положении.
На фиг. 3, 4 изображен центратор обсадной колонны в рабочем положении в процессе цементирования.
На фиг. 5, 6, 7 показана работа центратора внутри скважины.
Раздвижной центратор для обсадной колонны состоит из центрирующих металлических пластин 1 (фиг. 3), равномерно закрепленных по периметру на верхнем 2 (фиг. 1, 3) и нижнем 3 кольцах, ограничительных верхнего 4 и 5 (фиг. 3) нижнего колец, установленных на обсадной колонне 6 (фиг. 1, 3) и расположенных сверху и снизу центратора, например, с помощью стопорных винтов 7 (фиг. 1, 2). В верхнем ограничительном 4 (фиг. 1) кольце выполнена полость 8 (фиг. 3) в виде кольцевой внутренней выборки, обращенной в сторону верхнего кольца 2 (фиг. 1) центратора. Верхнее кольцо 2 центратора вставлено в полость 8 (фиг. 3) ограничительного кольца 4 с возможностью продольного перемещения под действием расширяющихся центрирующих металлических пластин 1, выполненных из пружинной стали и стремящихся принять выгнутое положение, и фиксации в таком положении.
Причем на верхнем кольце 2 (фиг. 1) имеется утолщение (на фиг. 1-4 не отмечено), в котором выполнена радиальная проточка 9 (фиг. 4), в которую в свою очередь установлено стопорное кольцо 10. При этом в центральной части центрирующих металлических пластин 1 (фиг. 3) выполнено углубление 11 (фиг. 1) с возможностью установки в него стального кольца 12, которое удерживает центрирующие металлические пластины 1 (фиг. 3) в транспортном положении (сжатыми) до определенного момента.
Раздвижной центратор для обсадной колонны работает следующим образом.
В процессе спуска обсадной колонны 6 (фиг. 5) в скважину на нее устанавливаются центраторы с заранее одетым на центрирующие металлические пластины 1 стальным кольцом 12, которое удерживает пластины 1 от расправления до достижения необходимого участка ствола скважины, на расчетном расстоянии и крепятся ограничительными 4 и 5 кольцами, например, с помощью стопорных винтов 7. Центратор в это время находится в транспортном положении, диаметр по центрирующим металлическим пластинам 1 при этом равен - d1, что позволяет беспрепятственно спускать колонну обсадных труб в скважину до суженного участка. После дохождения центратора на обсадной колонне 6 (фиг. 5) до места сужения, центрирующие металлические пластины 1 центратора сжимаются и стальное кольцо 12 выходит из углубления 11. Таким образом, стальное кольцо 12 остается в суженном участке, а обсадная колонна 6 с центратором продолжает движение вниз (фиг. 5). После прохождения суженного участка обсадная колонна 6 с центратором достигает расширенного участка ствола скважины (фиг. 6), попадая в расширенный участок ствола скважины центрирующие металлические пластины 1 центратора выправляются до диаметра - d2, равным диаметру ствола скважины в данном участке. При этом верхнее кольцо 2 центратора выдвигается в сторону, противоположную от ограничительного кольца 4, до выхода стопорного кольца 10 из радиальной проточки 9, тем самым фиксируя центрирующие металлические пластины 1 в расправленном состоянии, что в свою очередь надежно центрирует обсадную колонну 6 относительно стенок скважины в расширенном участке ствола. Таким образом, обсадная колонна 6 (фиг. 7) к началу цементирования будет отцентрирована в скважине с изменяющимися диаметрами, с любым углом наклона, в том числе и в горизонтальных скважинах.
Предлагаемый раздвижной центратор для обсадной колонны прост в изготовлении, позволяет беспрепятственно спускать обсадную колонну в скважину и гарантированно центрировать ее во время цементирования обсадной колонны. Также раздвижной центратор позволяет расширить эксплуатационные возможности за счет возможности свободного прохождения в узких участках и выхода в рабочем положении в расширенном участке ствола скважины, обособленной наличием стволов с изменяющимися диаметрами.