Башмак для обсадной колонны
CASING SHOE

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для спуска обсадной колонны в ствол скважины в процессе ее строительства для прохождения уступов и кавернозных участков.
Известен башмак обсадной колонны, включающий полый цилиндрический корпус (Соловьев Е.М., Заканчивание скважин. М., Недра, 1979, с.171), имеющий в верхней части присоединительную резьбу для соединения с обсадной колонной и жестко связанную с корпусом направляющую пробку с осевым каналом со сквозными осевыми пазами и конической нижней частью. Наличие конической нижней части предполагает свободное прохождение в стволе.
К недостаткам известного устройства следует отнести вероятность недоспуска обсадной колонны до проектной глубины в осложненном (имеющем интервалы перегибов, уступы, желоба и др.) стволе скважины, так как при упоре в уступ колонна за счет своего веса просто внедрится в него.
Известен колонный башмак (Булатов А.И. и др., Справочник инженера по бурению, т. 3, Москва, Недра, 1995, с. 128-129), включающий полый корпус, в верхней части которого выполнена муфтовая резьба обсадных труб, а в нижней части - внутренние кольцевые канавки и неразъемную направляющую насадку с осевыми отверстиями, сформированную из бетона.
Недостатком известного устройства является то, что при спуске колонны, особенно в наклонно-направленные и горизонтальные участки скважин, такой башмак от периодических жестких ударов о стенки ствола скважины, открытого или обсаженного, осевых или радиальных нагрузок быстро разрушается, что приводит к серьезным осложнениям и дополнительным затратам по их устранению. При этом устройство имеет ограниченные резервы по обеспечению спуска колонны до проектной глубины.
Известен колонный башмак (Патент RU № 97764, МПК Е21В 17/14, опубл. 20.09.2010, бюл. № 26), включающий полый корпус, в верхней части которого выполнена муфтовая резьба обсадных труб, а в нижней части последовательно сверху вниз выполнены кольцевые канавки, радиальные отверстия и сформированная из литьевого полимера направляющая насадка.
Недостатком этого устройства являются ограниченные возможности его применения. В наклонно-направленных скважинах, особенно в скважинах с интенсивным набором кривизны, перед башмаком непременно образуется «сальник», требующий значительного времени для его удаления, например, размыва, которое допустимо не для всех геологических условий, в которых пробурена скважина.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является башмак для обсадной колонны (Патент RU №2731974, МПК Е21В 17/14, опубл. 09.09.2020, бюл. № 25), включающий полый цилиндрический корпус с присоединительной резьбой в верхней части для соединения с обсадной колонной, причем в нижней части полого цилиндрического корпуса выполнены направляющие пазы и углубления c возможностью установки рабочих пружин, при этом полый цилиндрический корпус снабжен тремя подвижными направляющими плашками со сквозными отверстиями под углом к оси полого цилиндрического корпуса, причем подвижные направляющие плашки расположены по окружности корпуса через 120°C и имеют внутренние технологические глухие отверстия, в которые упираются нижние части рабочих пружин, на месте смыкания направляющих пазов жестко установлена торцевая цилиндрическая заглушка со сквозным центральным отверстием грибкового вида с выступами на нижней части, позволяющими удерживать подвижные направляющие плашки в корпусе.
Однако указанный башмак имеет ряд недостатков. Подвижные направляющие плашки при попадании в крутой уступ ствола скважины не способны сместить обсадную колонну в противоположную сторону от уступа для свободного прохождения последней в стволе скважины ниже встреченного уступа. Таким образом область применения данной конструкции башмака сильно сокращается, и не включает в себя прохождение участков, имеющих крутые уступы в интервале больших каверн. К тому же при срабатывании (сжатии) одной из плашек в уступе каверны отсутствует возможность свободного прохождения башмака из-за невозможности его вращения вокруг своей оси, что также препятствует свободному прохождению башмака участков с уступами.
Техническими задачами являются повышение надежности спуска и установки обсадной колонны в осложненном стволе скважины, повышение эффективности работы, снижение трудозатрат на изготовление многочисленных узлов устройства.
Технические задачи решаются башмаком для обсадной колонны, включающим полый цилиндрический корпус с присоединительной резьбой в верхней части для соединения с обсадной колонной и углублением в нижней части корпуса.
Новым является то, что с наружной стороны нижней части полого цилиндрического корпуса по периметру установлено как минимум два цилиндрических штифта, при этом нижняя часть полого цилиндрического корпуса оснащена полым эксцентричным наконечником, имеющим на поверхности сквозные продольные винтовые пазы с возможностью совмещения с цилиндрическими штифтами полого цилиндрического корпуса, причем с внутренней стороны полого эксцентричного наконечника выполнено углубление c возможностью установки рабочей пружины и взаимодействия одного конца рабочей пружины с полым эксцентричным наконечником, а углубление в нижней части полого цилиндрического корпуса выполнено с внутренней стороны корпуса с возможностью установки рабочей пружины и взаимодействия другого конца рабочей пружины с полым цилиндрическим корпусом.
На фиг.1 показан общий вид башмака в транспортном положении, на фиг.2 - вид башмака в рабочем положении, на фиг. 3 - общий вид башмака.
Башмак для обсадной колонны состоит из полого цилиндрического корпуса 1 (фиг. 1, 2), в верхней части которого выполнена присоединительная резьба для соединения с обсадной колонной (на фиг. 1-3 не показаны). В нижней части полого цилиндрического корпуса 1 (фиг. 1, 2) выполнено углубление 2.
С наружной стороны нижней части полого цилиндрического корпуса 1 по периметру равномерно установлено как минимум два цилиндрических штифта 3, например, посредством резьбового соединения или сварки. При этом нижняя часть полого цилиндрического корпуса 1 оснащена полым эксцентричным наконечником 4, имеющим на поверхности сквозные продольные винтовые пазы 5 с возможностью совмещения с цилиндрическими штифтами 3 полого цилиндрического корпуса 1 во избежание заклинивания при вращении (количество цилиндрических штифтов 3 и сквозных продольных винтовых пазов 5 соответствует). При сборке башмака расположение цилиндрических штифтов 3 на полом цилиндрическом корпусе 1 и сквозных продольных винтовых пазов 5 на полом эксцентричном наконечнике 4 совпадает, цилиндрические штифты 3 проходят через сквозные продольные винтовые пазы 5, таким образом фиксируя полый эксцентричный наконечник 4.
С внутренней стороны полого эксцентричного наконечника 4 выполнено углубление 6 c возможностью установки рабочей пружины 7 и взаимодействия одного конца рабочей пружины 7 с полым эксцентричным наконечником 4. Таким образом рабочая пружина 7 упирается одним концом в полый эксцентричный наконечник 4. А углубление 2 в нижней части полого цилиндрического корпуса 1 выполнено с внутренней стороны корпуса 1 с возможностью установки рабочей пружины 7 и взаимодействия (упора) другого конца рабочей пружины 7 с полым цилиндрическим корпусом 1.
Башмак для обсадной колонны работает следующим образом.
Собирают башмак для обсадной колонны в следующем порядке. Внутрь полого цилиндрического корпуса 1 устанавливают рабочую пружину 7 с упором в углубление 2. Затем на нижнюю часть полого цилиндрического корпуса 1 надевают полый эксцентричный наконечник 4 с закреплением его через сквозные продольные винтовые пазы 5 цилиндрическими штифтами 2, которые посредством резьбового соединения или сварки установлены на полый цилиндрический корпус 1. При этом рабочая пружина 7, упираясь в углубления 2 и 6 внутри полого цилиндрического корпуса 1 и полого эксцентричного наконечника 4 соответственно, немного сжимается. Конструкция башмака проста в изготовлении и позволяет снизить трудозатраты за счет изготовления всего трех деталей: полого эксцентричного наконечника, полого цилиндрического корпуса с соединительной резьбой и рабочей пружины.
Нижний конец обсадной колонны перед ее спуском в ствол скважины оборудуют башмаком (фиг. 3). При прохождении осложненной части ствола, имеющей резкие перегибы, каверны, уступы, желоба и т.д., эксцентричное исполнение наконечника 4 (фиг. 1, 2) обеспечивает возможность соскальзывания башмака с преграды при попадании его на уступ скошенной частью башмака. Если же в процессе спуска в уступ попадает заостренная часть башмака, то под весом колонны труб полый эксцентричный наконечник 4 сжимается благодаря рабочей пружине 7 и при этом проворачивается вокруг своей оси по сквозным продольным винтовым пазам 5. Тем самым полый эксцентричный наконечник 4 разворачивается скошенным участком к уступу и соскальзывает с него. После прохождения уступа или иной преграды подвижный полый эксцентричный наконечник 4 возвращается в исходное положение за счет установленной внутри нее рабочей пружины, и геометрия башмака принимает начальный транспортный вид. Таким образом предлагаемая конструкция башмака имеет возможность вращения вокруг своей оси, расширяется область применения башмака, т.е. применение его на участках, имеющих крутые уступы в интервале больших каверн. Это способствует повышению эффективности работы.
Применение башмака для обсадной колонны позволяет повысить надежность спуска и установки обсадной колонны в осложненном стволе скважины, в том числе и при наличии крутых уступов в интервалах кавернообразований, позволяет повысить эффективность работы, снизить трудозатраты на изготовление многочисленных узлов устройства.