ЦЕНТРАТОР-ЯКОРЬ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ КОНСТРУКЦИИ СТЕПАНОВА Российский патент 2009 года по МПК E21B17/10 E21B23/00 

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

Известен центратор гидромеханический обсадной колонны, включающий связанный со стволом цилиндр, в полости которого установлены втулки в количестве 3 штук, выполненные в виде полувтулок, связанных между собой попарно шпонками, рабочий поршень, установленный под втулками, нижняя часть которого выполнена в виде конуса для взаимодействия с конической поверхностью центрирующих рычагов, нижними концами шарнирно связанных со стволом, замковые устройства, выполненные в виде Т-образных пазов на нижней части рабочего поршня, взаимодействующих с Т-образными штифтами, жестко скрепленными с центрирующими рычагами, разрушаемую пробку, ввинченную в радиальное отверстие ствола, соединяющее внутренние полости цилиндра и ствола, выполненного по длине наружной рабочей поверхности ступенчато, золотниковую втулку, установленную над втулками и на большем диаметре ствола во внутренней полости цилиндра с возможностью перекрытия радиального отверстия ствола после срабатывания центратора и выполненную по наружному диаметру меньше внутреннего диаметра цилиндра, с радиальным отверстием, расположенным ниже конической наружной поверхности, выполненной на ее верхней части для взаимодействия с внутренней конической поверхностью цилиндра, и тарированный штифт, фиксируемый относительно цилиндра рабочий поршень, причем последний выполнен в виде полупоршней, жестко скрепленных между собой в конической части (Пат. RU №2275489, кл. Е21В 17/10, опубл. в БИ 12, 27.04.2006).

Основными недостатками данного устройства являются сложность конструкции и ненадежность его работы.

Выполнение втулок в количестве 3 штук в виде полувтулок, связанных между собой попарно шпонками, и рабочего поршня, выполненного в виде полупоршней, жестко скрепленных между собой в конической части, усложняют конструкцию центратора гидромеханического.

В процессе цементирования обсадной колонны, оснащенной центраторами гидромеханическими, и при срабатывании последних увеличивается сопротивление из-за уменьшения площади проходного сечения в кольцевом пространстве между центратором гидромеханическим и стенками скважины в местах расположения центрирующих рычагов центраторов. Увеличение гидравлического сопротивления ухудшает условие для срабатывания центратора.

После окончания цементирования обсадной колонны избыточное внутреннее давление внутри нее на устье скважины сбрасывается до атмосферного. В этом случае рабочий поршень удерживается в рабочем положении за счет только трения между центрирующими рычагами и рабочим поршнем, что не обеспечивает надежности работы центратора гидромеханического.

Предложен центратор-якорь гидромеханический, включающий связанный со стволом цилиндр, в полости которого установлены втулки в количестве 3 штук, выполненные цельными, цельный рабочий поршень, установленный под втулками, нижняя часть которого выполнена в виде конуса для взаимодействия с конической поверхностью центрирующих рычагов, нижними концами шарнирно связанных со стволом, замковые устройства, выполненные в виде Т-образных пазов на нижней части рабочего поршня, взаимодействующих с Т-образными штифтами, жестко скрепленными с центрирующими рычагами, разрушаемую пробку, ввинченную в радиальное отверстие ствола, соединяющее внутренние полости цилиндра и ствола, выполненного по длине наружной рабочей поверхности ступенчато, золотниковую втулку, установленную над втулками и на большем диаметре ствола во внутренней полости цилиндра с возможностью перекрытия ею радиального отверстия ствола после срабатывания центратора-якоря и выполненную по наружному диаметру меньше внутреннего диаметра цилиндра, с радиальным отверстием расположенным ниже конической наружной поверхности, выполненной на ее верхней части для взаимодействия с внутренней конической поверхностью цилиндра, и тарированный штифт, фиксируемый относительно цилиндра рабочий поршень, на нижней части которого выполнены радиально-сквозные пазы вдоль образующей его в зазорах между центрирующими рычагами, причем на рабочем поршне имеется два диаметрально противоположных паза, выполненных выше конической поверхности.

Предлагаемое изобретение решает следующие задачи.

Выполнение втулок в количестве 3 штук и рабочего поршня цельными упрощает конструкцию центратора-якоря гидромеханического.

Выполнение радиально-сквозных пазов в зазорах между центрирующими рычагами на нижней части рабочего поршня вдоль образующей его увеличивает площадь проходного сечения в кольцевом пространстве между центратором-якорем и стенками скважины и создает дополнительное трение между стволом и рабочим поршнем из-за нарушения целостности поперечного сечения по окружности рабочего поршня в местах между центрирующими рычагами, взаимодействующими с рабочим поршнем при срабатывании центратора-якоря.

Увеличение площади проходного сечения в кольцевом пространстве между центратором-якорем и стенками скважины уменьшает гидравлическое сопротивление в процессе цементирования обсадной колонны с установленными на ней центраторами-якорями, что улучшает условие для срабатывания последних и повышает надежность их работы.

Создание дополнительной силы трения между рабочим поршнем и стволом после срабатывания центратора-якоря увеличивает вероятность исключения возврата рабочего поршня в исходное положение в момент стравливания давления в колонне, что способствует повышению надежности работы центратора-якоря.

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

Центратор-якорь гидромеханический (фиг.1) состоит из муфты 1 с навинченными на нее стволом 2 и цилиндром 3. Внутри цилиндра 3 установлены золотниковая втулка 4, втулки 5, резиновые уплотнительные кольца 6 и рабочий поршень 7 с двумя диаметрально противоположными пазами 8, выполненными выше конической поверхности вдоль образующей рабочего поршня 7. На нижней части рабочего поршня 7 выполнены Т-образные пазы 9, взаимодействующие с Т-образными штифтами 10. Штифты 10 жестко прикреплены к верхним концам центрирующих рычагов 11. Нижние концы центрирующих рычагов 11 шарнирно установлены в фиксаторе-гайке 12. Фиксатор-гайка 12 связана с нижней муфтой 13 при помощи резьбового соединения. Нижняя муфта 13 с хвостовиком 14 навинчена на нижний конец ствола 2. На верхний конец муфты 1 навинчен удлинитель 15 с верхней муфтой 16. Причем ствол 2 имеет радиальное отверстие 17, в которое с внутренней полости ствола 2 навинчена разрушаемая пробка 18. На нижней части рабочего поршня 7, зафиксированного относительно цилиндра 3 тарированным штифтом 19, выполнены радиально-сквозные пазы 20 в зазорах между центрирующими рычагами.

Центратор-якорь гидромеханический работает следующим образом.

После спуска обсадной колонны, оснащенной центраторами-якорями гидромеханическими в скважину под действием перепада давления продавочной жидкости сверху вниз движется цементировочная пробка, которая, проходя через центратор-якорь гидромеханический, разрушает разрушаемую пробку 19, навинченную в радиальное отверстие 18 с резьбой. В результате этого через радиальное отверстие 18 открывается доступ внутриколонной жидкости в полость цилиндра 3. Под действием перепада давления заколонной и внутриколонной жидкостей золотниковая втулка 4, втулки 5, резиновые уплотнительные кольца 6 и рабочий поршень 7 двинутся вниз, срезая тарированный штифт 19. Во время движения вниз рабочего поршня 7 происходит перемещение центрирующих рычагов 11 в радиальном направлении. При достижении центрирующих рычагов 11 стенок скважины обсадная колонна центрируется относительно скважины в местах установки центраторов-якорей.

В процессе сбрасывания давления во внутренней полости колонны до атмосферного на устье скважины под действием перепада давления из-за разностей плотностей внутриколонной и заколонной жидкостей последняя, попадая через диаметрально противоположные пазы 8, выполненные на рабочем поршне 7, действует на торцы втулок 5. При этом втулки 5, резиновые уплотнительные кольца 6 и золотниковая втулка 4 двигаются наверх. В момент достижения утолщения ствола 2 втулками 5 последние и резиновые уплотнительные кольца 6 останавливаются, а золотниковая втулка 4 продолжает по инерции двигаться дальше до того момента, пока она не зафиксируется с конической поверхностью цилиндра 3. При этом радиальное отверстие 18, выполненное в стволе 2, перекроется золотниковой втулкой 4.

Выполнение втулок 5 в количестве 3 штук и рабочего поршня 7 цельными упрощает конструкцию центратора-якоря.

Выполнение на нижней части рабочего поршня 7 радиально-сквозных пазов 20 в зазорах между центрирующим рычагами 11 вдоль образующей его обеспечивает снижение гидравлического сопротивления в процессе цементирования обсадной колонны в кольцевом сечении между центратором-якорем и стенками скважины и создание дополнительной силы трения между рабочим поршнем 7 и центрирующим рычагами 11, что увеличивает надежность работы центратора-якоря гидромеханического.

Изобретение относится к области цементирования затрубного пространства обсадной колонны, а именно цементирования обсадной колонны в скважине. Технический результат - повышение надежности работы центратора-якоря гидромеханического и упрощение его конструкции. Центратор-якорь включает связанный со стволом цилиндр, в полости которого установлены цельные втулки в количестве 3 штук, рабочий поршень, фиксируемый относительно цилиндра тарированным штифтом, и золотниковую втулку, центрирующие рычаги, нижними концами шарнирно связанные со стволом, замковые устройства, выполненные в виде Т-образных пазов на нижней части рабочего поршня, взаимодействующих с Т-образными штифтами, жестко скрепленными с центрирующими рычагами. Золотниковая втулка установлена в полости цилиндра выше втулок. Наружный диаметр золотниковой втулки меньше внутреннего диаметра цилиндра. Наружная поверхность нижней части рабочего поршня выполнена в виде конуса для взаимодействия с конической поверхностью центрирующих рычагов. На верхней части рабочего поршня до его конической поверхности выполнены диаметрально противоположные пазы, причем нижняя часть его имеет радиально-сквозные пазы, выполненные вдоль образующей рабочего поршня в зазорах между центрирующими рычагами. Ствол, выполненный по длине наружной рабочей поверхности ступенчато, имеет радиальное отверстие с резьбой, соединяющее внутренние полости цилиндра и ствола, в который ввинчена разрушаемая пробка. 3 ил.

Центратор-якорь гидромеханический, включающий связанный со стволом цилиндр, в полости которого установлены втулки в количестве 3 штук, рабочий поршень, установленный под втулками, нижняя часть которого выполнена в виде конуса для взаимодействия с конической поверхностью центрирующих рычагов, нижними концами шарнирно связанных со стволом, замковые устройства, выполненные в виде Т-образных пазов на нижней части рабочего поршня, взаимодействующих с Т-образными штифтами, жестко скрепленными с центрирующими рычагами, разрушаемую пробку, ввинченную в радиальное отверстие ствола, соединяющее внутренние полости цилиндра и ствола, выполненного по длине наружной рабочей поверхности ступенчато, золотниковую втулку, установленную над втулками и на большем диаметре ствола во внутренней полости цилиндра с возможностью перекрытия ею радиального отверстия ствола после срабатывания центратора-якоря и выполненную по наружному диаметру, меньше внутреннего диаметра цилиндра, с радиальным отверстием, расположенным ниже конической наружной поверхности, выполненной на ее верхней части для взаимодействия с внутренней конической поверхностью цилиндра, и тарированный штифт, фиксируемый относительно цилиндра, рабочий поршень, отличающийся тем, что втулки в количестве 3 штук и рабочий поршень выполнены цельными, нижняя часть последнего имеет радиально-сквозные пазы, выполненные вдоль образующей его в зазорах между центрирующими рычагами, причем на рабочем поршне выше конической поверхности выполнены два диаметрально противоположных паза.