ЦЕНТРАТОР ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ Российский патент 2002 года по МПК E21B17/10 

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

Известен центратор обсадной колонны, включающий установленный на обсадной трубе рабочий цилиндр с рабочим 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 между цилиндром и обсадной трубой. Рабочая полость цилиндра сообщается с внутренней полостью обсадной трубы при помощи радиальных отверстий, в которые установлены разрушаемые пробки. Герметичность рабочей полости достигается за счет резиновых колец, установленных на внешней и внутренней поверхностях рабочего и замкового поршней (Пат. РФ. 2034128, кл. Е 21 В 17/10, опубл. В Б.И. 12. - 1995).

Основными недостатками данного устройства является ненадежность его работы. При прохождении цементировочной пробки ломаются разрушаемые пробки. При этом появляется большая вероятность в разрушении цементировочной пробки или в скоплении сломанных разрушаемых пробок перед стоп-кольцом и обратным клапаном, установленных в нижней части обсадной колонны, что в свою очередь снижает вероятность срабатывания центратора. Кроме того, применения для герметичности рабочей полости резиновых колец уменьшает надежность работы центратора, т.к. резина со временем "стареет", а при обработке скважины агрессивными растворами резина разрушается. Применение шарнирных башмаков повышает вероятность потери герметичности рабочей полости, т.к. при поперечных колебаниях центратора возникают деформации в рабочем цилиндре, что в свою очередь снижает вероятность срабатывания центратора. Расположение замкового поршня оппозитно рабочему поршню может привести к потере герметичности рабочей полости, так как в случае перемещения замкового поршня в сторону рабочего поршня происходит разгерметизация рабочей полости, что приводит к несрабатыванию центратора.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения надежности работы центратора обсадной колонны за счет повышения герметичности рабочей полости, устранения возврата рабочего поршня после срабатывания центратора обсадной колонны.

Предложен центратор обсадной колонны, включающий связанный с обсадной трубой цилиндр, в полости которого установлены рабочий и замковый поршни, центрирующие элементы, выполненные в виде рычагов, отличающийся тем, что он имеет ствол, с навинченной на него муфтой обсадной трубы, с которой жестко связан цилиндр, в полости которого установлены втулки с возможностью взаимодействия между собой клиновидными поверхностями, зафиксированными между собой штифтами, при этом в полости муфты обсадной трубы установлено золотниковое устройство, выполненное в виде втулки для перекрытия отверстия, соединяющего полость цилиндра с внутренней полостью обсадной трубы, а рабочий и замковый поршни установлены с возможностью перемещения в одном направлении и зафиксированы относительно цилиндра срезающимся штифтом, причем рабочий поршень имеет с наружной стороны по образующей пазы, а замковый поршень, длина которого превышает длину рабочего, связан с рычагами при помощи замковых устройств и имеет клиновидную поверхность для взаимодействия с одним их концов рычагов, другие концы которых шарнирно связаны при помощи пальцев с фиксирующей гайкой, жестко скрепленной через переводник со стволом. Для повышения надежности работы центратора обсадной колонны замковые устройства выполнены в виде Т-образного паза в замковом поршне и штифтов, установленных для их фиксирования в рычагах, верхние концы которого упираются в торец рабочего поршня.

На фиг.1 показан центратор обсадной колонны, осевой разрез; на фиг.2 показан разрез А-А, на фиг.3 - разрез Б-Б.

Центратор обсадной колонны (фиг.1) состоит из ствола 1 с навинченной на него муфтой 2 обсадной колонны, с выполненными в ней отверстиями 3 и имеющей пазы 4. С муфтой 2 жестко связан цилиндр 5. В полости цилиндра 5 установлены втулки 6, 7 с возможностью взаимодействия между собой клиновидными поверхностями, с герметизирующими резиновыми кольцами 8, 9 и зафиксированными между собой штифтами 10. В полости муфты 2 обсадной колонны установлено золотниковое устройство, выполненное в виде втулки 11 с герметизирующими резиновыми кольцами 12 для перекрытия отверстия, соединяющего полость цилиндра с внутренней полостью обсадной колонны.

Рабочий поршень 13 и замковый поршень 14 установлены с возможностью перемещения в одном направлении и зафиксированы относительно цилиндра 5 срезающимся штифтом 15. Рабочий поршень 13 имеет с наружной стороны по образующей пазы 16. Замковый поршень 14, длина которого превышает длину рабочего поршня 13, связан с центрирующими элементами - рычагами 17 при помощи замковых устройств (штифты) 18 и имеет клиновидную поверхность для взаимодействия с одним из концов рычагов. Другие концы рычагов шарнирно связаны при помощи пальцев 19 с фиксирующей гайкой 20, жестко скрепленной через переводник 21 со стволом. Фиксирующая гайка зафиксирована относительно ствола штифтом 22. Замковые устройства выполнены в виде Т-образного паза в замковом поршне и штифтов 18, установленных для их фиксации в рычагах 17, верхние концы которых упираются в торец рабочего поршня 13.

Центратор обсадной колонны работает следующим образом.

После спуска обсадной колонны в скважину вместе с установленными на ней центраторами под действием перепада давления тампонажного раствора сверху вниз движется цементировочная пробка, которая, проходя через центратор, сдвигает вниз втулку 11, установленную в полости муфты 2, под действием сил трения между цементировочной пробкой и втулкой 6. После этого через радиальные отверстия 3 открывается доступ внутриколонной жидкости в полость цилиндра 5. Под действием перепада давления заколонной и внутриколонной жидкостей на торцы втулок 6 и 7, замковый 14 и рабочий 13 поршни действует сила, срезающая штифт 15, фиксирующий замковый 14 и рабочий 13 поршни. При движении вниз рабочего 13 и замкового 14 поршней происходит перемещение рычагов 17 в радиальном направлении. При достижении рычагов 17 стенки скважины обсадная колонна центрируется. При дальнейшем увеличении перепада давления происходит разрушение штифтов 10, фиксирующих втулки 6, 7, после чего втулка 6 с клиновидной поверхностью расклинивает втулку 7. Таким образом втулка 7 герметично перекрывает рабочую полость от заколонного пространства. В случае снижения давления во внутриколонной полости под действием перепада давления закалонная жидкость через пазы 16, выполненные на наружной поверхности рабочего поршня 13, действует на торец втулки 7. Под действием перепада давления, действующего на втулку 7, втулки 6 и 7 перемещаются вверх до упора, при этом рабочий 13 и замковый 14 поршни остаются в рабочем положении, т.е. центрирующие элементы - рычаги 17 остаются раскрытыми. При этом центрирующие элементы - рычаги не возвращаются в исходное положение.

Предлагаемое техническое решение значительно повышает надежность работы центратора за счет повышения герметичности рабочей полости, устранения возврата рабочего поршня после срабатывания центратора обсадной колонны.

Изобретение относится к области цементирования затрубного пространства обсадной колонны, а именно цементирования обсадной колонны в скважине. Центратор включает ствол с навинченной на него муфтой обсадной колонны, с которой жестко связан цилиндр, в полости которого установлены рабочий и замковый поршни, центрирующие элементы, выполненные в виде рычагов. В полости цилиндра установлены втулки с возможностью взаимодействия между собой клиновидными поверхностями, зафиксированными между собой штифтами. В полости муфты обсадной колонны установлено золотниковое устройство, выполненное в виде втулки для перекрытия отверстия, соединяющего полость цилиндра с внутренней полостью обсадной колонны. Рабочий и замковый поршни установлены с возможностью перемещения в одном направлении и зафиксированы относительно цилиндра срезающимся штифтом. Рабочий поршень имеет с наружной стороны по образующей пазы, а замковый поршень, длина которого превышает длину рабочего, связан с рычагами при помощи замковых устройств и имеет клиновидную поверхность для взаимодействия с одним из концов рычагов, другие концы которых шарнирно связаны при помощи пальцев с фиксирующей гайкой, жестко скрепленной через переводник со стволом. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы центратора обсадной колонны. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Центратор обсадной колонны, включающий связанный с обсадной колонной цилиндр, в полости которого установлены рабочий и замковый поршни, центрирующие элементы, выполненные в виде рычагов, отличающийся тем, что он имеет ствол с навинченной на него муфтой обсадной колонны, с которой жестко связан цилиндр, в полости которого установлены втулки с возможностью взаимодействия между собой клиновидными поверхностями, зафиксированными между собой штифтами, при этом в полости муфты обсадной колонны установлено золотниковое устройство, выполненное в виде втулки для перекрытия отверстия, соединяющего полость цилиндра с внутренней полостью обсадной колонны, а рабочий и замковый поршни установлены с возможностью перемещения в одном направлении и зафиксированы относительно цилиндра срезающимся штифтом, причем рабочий поршень имеет с наружной стороны по образующей пазы, а замковый поршень, длина которого превышает длину рабочего, связан с рычагами при помощи замковых устройств и имеет клиновидную поверхность для взаимодействия с одним из концов рычагов, другие концы которых шарнирно связаны при помощи пальцев с фиксирующей гайкой, жестко скрепленной через переводник со стволом. 2. Центратор по п.1, отличающийся тем, что замковые устройства выполнены в виде Т-образного паза в замковом поршне и штифтов, установленных для их фиксирования в рычагах, верхние концы которых упираются в торец рабочего поршня.