ЦЕНТРАТОР ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ Российский патент 1995 года по МПК E21B17/10 

Изобретение относится к области цементирования затрубного пространства обсадной колонны, а именно центрирования обсадной колонны в скважине.

Известны центраторы обсадной колонны, в которых в качестве центрирующего силового элемента применяется эластичная цилиндрическая камера [1] либо гидравлическая пружина (пружина Бурдона) [2] Привод этих центраторов гидравлический.

Центраторы с эластичным центрирующим элементом в условиях наклонных и горизонтальных скважин ввиду равномерного распределения гидростатического давления на внутреннюю поверхность эластичной камеры и неравномерной внешней нагрузки практически не обеспечивают центрирования колонны.

Известен центратор с гидравлическим приводом, содержащий установленный на обсадной трубе с присоединительными муфтами по концам рабочий цилиндр с поршнем, фиксирующий поршень и центрирующие элементы в виде пластинчатых пружин изгиба, срезаемый (разрушаемый) элемент [3]
Недостатком данного центратора является то, что несмотря на регулируемую посредством поршня жесткость пластинчатых пружин по причине неравномерной внешней нагрузки их максимально возможная жесткость недостаточна для обеспечения необходимой коаксиальности обсадной колонны в горизонтальной скважине. Фиксирование поршня и центрирующих элементов от воздействия внешних сил посредством срезаемого (разрушаемого) элемента ненадежно, так как сам поршень при раскрытии центратора посредством центрирующих элементов должен противостоять внешним силам. И если срезаемый элемент разрушается поршнем, то он может быть разрушен внешними силами при спуске обсадной колонны в скважину.

Целью изобретения является повышение степени коаксиальности обсадной колонны относительно стенок скважины и предотвращения самопроизвольного срабатывания (раскрытия) центратора во время его спуска в скважину в составе обсадной колонны.

Цель достигается тем, что центратор обсадной колонны включает расположенный на обсадной трубе рабочий цилиндр с поршнем, установленным с возможностью взаимодействия с одним из концов центрирующих элементов, шарнирно связанных другим концом с обсадной колонной. Центратор снабжен установленным с возможностью взаимодействия со свободным концом рабочего поршня поршнем с коническим хвостовиком и установленным с возможностью скольжения относительно последнего замковым кольцом, одним концом жестко связанным с обсадной колонной, центрирующие элементы выполнены в виде рычагов с опорными башмаками, рабочие поршни имеют клиновидную поверхность для взаимодействия с рычагами, а рабочий цилиндр установлен с возможностью осевого перемещения и выполнен с уступом, причем замковый поршень для взаимодействия с ним имеет ответный выступ.

На фиг. 1 показан центратор, осевой разрез (в сложенном состоянии); на фиг. 2 вид А на фиг. 1; на фиг. 3 узел I на фиг. 1; на фиг. 4 центратор в рабочем состоянии центрирования; на фиг. 5 разрез Б-Б на фиг. 4.

Центратор состоит из обсадной трубы 1 с выполненными в ней тремя отверстиями 2. По концам обсадной трубы навернуты присоединительные муфты 3 и 4. К последней равномерно по окружности посредством трех или более пальцев 5 прикреплены пары рычагов 6, к которым в свою очередь при помощи оси 7 крепится центрирующий башмак 8. Противоположные от муфты 4 концы рычагов 6 спрофилированы по окружности и опираются на клинья 9, которые жестко связаны с рабочим поршнем 10, который размещен в цилиндре 11. В последнем помещен замковый поршень 12. Поршни 10 и 12 уплотнены относительно трубы 1 и цилиндра 11 резиновыми кольцами 13. Рабочий 10 и замковый 12 поршни установлены таким образом, что их соприкасающиеся торцы расположены в плоскости радиальных отверстий 2. Конический конец замкового поршня 12 сопрягается с внутренней конической поверхностью пружинного замкового кольца 14, которое расположено между торцами муфты 3 и цилиндра 11. Перед спуском в скважину в собранном центраторе цилиндр 11 своей внутренней поверхностью фиксирует один конец башмаков 8 и выступающие концы осей 7 (фиг. 2). В отверстиях 2 установлены разрушаемые пробки 15 (фиг. 3).

Центратор работает следующим образом.

После спуска обсадной колонны в скважину вместе с установленными на ней центраторами под действием давления тампонажного раствора сверху вниз движется продавочная пробка, которая проходя мимо центратора, ломает пробки 15. После этого через радиальные отверстия открывается доступ внутриколонной жидкости в полость цилиндра 11. Под действием перепада давления заколонной и внутриколонной жидкостей на торцы рабочего поршня 10 и замкового поршня 12 действует избыточное давление. Ввиду большего сопротивления движению поршня 10 в первую очередь начинает перемещаться поршень 12, который своим коническим концом расширяет замковое кольцо 14. Последнее, расширяясь увеличивает свой внутренний размер и надевается на конический конец цилиндра 11. При дальнейшем перемещении замковый поршень 12 захватывает за уступ цилиндр 11 и сдвигает его. При этом освобождаются от фиксации конец башмака 8 и концы осей 7. Замковый поршень, дойдя до торца муфты 3, останавливается. После этого при нарастании давления внутри колонны начинает перемещаться рабочий поршень 10, при движении которого жестко связанные с ним клинья 9 воздействуют на концы рычагов 6. Рычаги 6 вместе с башмаками 8 начинают двигаться в радиальном направлении. При достижении башмаками 8 стенки скважины (фиг. 4, 5) обсадная колонна центрируется относительно скважины в месте установки центратора.

Использование: при цементировании затрубного пространства обсадной колонны. Сущность изобретения: центратор содержит установленный на обсадной трубе с присоединенными муфтами по концам рабочий цилиндр с поршнем и центрирующие элементы. Центрирующие элементы выполнены в виде рычагов с шарнирными башмаками, шарнирно закрепленными на обсадной колонне. Концы рычагов взаимодействуют с клиновидными элементами, жестко связанными с рабочим поршнем. Оппозитно рабочему размещен замковый поршень, противоположный конец которого выполнен коническим и с возможностью скольжения по внутренней поверхности замкового кольца, расположенного между цилиндром и другой присоединительной муфтой. В рабочем положении центрирующие элементы жестко закрепляются относительно обсадной колонны, обеспечивая надежную центровку ее в скважине. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. ЦЕНТРАТОР ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ, включающий расположенный на обсадной трубе рабочий цилиндр с поршнем, установленным с возможностью взаимодействия с одним из концов центрирующих элементов, шарнирно связанных другим концом с обсадной колонной, отличающийся тем, что он снабжен установленным с возможностью взаимодействия со свободным концом рабочего поршня замковым поршнем с коническим хвостовиком и установленным с возможностью скольжения относительно последнего замковым кольцом, одним концом жестко связанным с обсадной колонной, центрирующие элементы выполнены в виде рычагов с опорными башмаками, рабочие поршни имеют клиновидную поверхность для взаимодействия с рычагами, а рабочий цилиндр установлен с возможностью осевого перемещения и выполнен с уступом, причем замковый поршень для взаимодействия с ним имеет ответный выступ. 2. Центратор по п. 1, отличающийся тем, что замковое кольцо выполнено пружинным и разрезным.