Отклонитель потока Российский патент 2024 года по МПК E21B17/10 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в процессе строительства скважин.

Известен центратор-турбулизатор потока для обсадной колонны используемый при креплении скважины (патент RU № 2159839, МПК Е 21 В 17/10, 27.11.2000, бюл. № 33), содержащий полый корпус в виде 2-х колец, спиралевидные центрирующие ребра, жестко закрепленные концами к корпусу и размещенными между центраторами планки с закрепленными к ним скребками.

Известный центратор позволяет отклонить поток цементного раствора при креплении скважины и частично его турбулизировать, но он не способен полноценно вымыть буровой раствор из каверн.

Наиболее близким является центратор для обсадной колонны (патент RU № 49090, МПК Е 21 В 17/10, опубл. 10.11.2005), включающий полый корпус, который выполнен в виде патрубка с наклонно выполненными окнами в виде прорези под углом α=25-45 к образующим его наружной поверхности, ограниченными с нижней стороны кольцом, при этом центрирующие элементы, размещенные между прорезями, выполнены полусферической формы в сечении и жестко закреплены к корпусу с помощью электрической сварки. Этот центратор по конструктивному исполнению более близок к предлагаемому и может быть принят в качестве прототипа.

Указанный центратор может обеспечить небольшую турбулизацию, но он не обеспечивает отклонение потока в глубь каверны.

Технической задачей является обеспечение вытеснения остатков бурового раствора и полноценное замещение бурового раствора цементным раствором при креплении скважины за счет перенаправления потока технологических жидкостей вглубь каверн, повышение качества крепления.

Техническая задача решается отклонителем потока, включающим корпус, закрепляемый на обсадной трубе.

Новым является то, что корпус отклонителя выполнен в виде кольца с равномерно закрепленными по окружности кольца четырьмя осями, на которых нижними концами установлены прямые лопасти, выполненные в форме салазок с направленными наружу полозьями, причем верхние и нижние концы полозьев скошены, при этом на осях дополнительно установлены пружины кручения со значением жесткости, превышающим значение давления восходящего потока жидкости, воздействующей на лопасти, таким образом, что лопасти всегда стремятся расправиться.

Также новым является то, верхние и нижние концы полозьев скошены под углом 45°.

На фиг. 1 изображен общий вид отклонителя потока в транспортном положении.

На фиг. 2 изображен вид сверху отклонителя потока в транспортном положении.

На физ. 3 изображен общий вид отклонителя потока при спуске в каверну.

Отклонитель потока представляет из себя корпус 1 (фиг. 1), жестко закрепляемый на обсадной трубе 2 (фиг. 1) стопорными элементами 3 (фиг. 1), например, клиньями, болтами или другим способом (авторы не претендуют на способ крепления), при этом корпус 1 отклонителя потока выполнен в виде кольца. По окружности корпуса 1 отклонителя потока равномерно закреплены, например, посредством сварки, четыре оси 4, на которых своими нижними концами установлены прямые металлические лопасти 5 (далее – лопасти), выполненные в форме салазок с направленными наружу полозьями 6. Верхние и нижние концы полозьев 6 скошены под углом 45°, что обеспечивает беспрепятственное движение обсадной колонны (на фиг. 1-3 не показана) из обсадных труб 2 (фиг. 1) с установленными отклонителями потока в процессе спуска в скважину.

При этом на осях 4 дополнительно установлены пружины кручения (на фиг. 1-3 не показаны) таким образом, что лопасти 5 (фиг. 1) всегда стремятся расправиться. Жесткость пружин кручения подбирается таким образом, чтобы восходящий поток цементного раствора не смог прижать лопасти 5 к обсадной трубе 2, соответственно жесткость пружин кручения должна иметь значение, превышающее значение давления восходящего потока жидкости, воздействующей на лопасти 5. При попадании в каверну 7 (фиг. 3) пружины кручения расправляют лопасти 5 в стороны от обсадной трубы 2 (фиг. 1).

Отклонитель потока работает следующим образом.

В интервал скважины с наличием глубоких каверн 7 (фиг. 3), где необходимо обеспечить высокое качество цементирования, спускают отклонитель потока, предварительно установив на обсадной трубе 2 (фиг. 1) обсадной колонны. Как правило, количество отклонителей потока выбирают в зависимости от количества каверн 7 (фиг. 3) в скважине. На обсадных трубах 2 (фиг. 1) отклонитель потока закрепляют стопорными элементами 3 (фиг. 1). В процессе спуска отклонителя потока лопасти 5 (фиг. 1) в форме салазок с полозьями 6 за счет работы пружин кручения прижимаются к стенке скважины, проходя номинальные участки, не мешая прохождению восходящего потока бурового раствора, одновременно центрируя обсадные трубы 2 обсадной колонны относительно ствола скважины. После дохождения обсадной трубы 2 до забоя отклонитель потока располагают напротив каверн 7 (фиг. 3), имеющихся в стволе скважины. При этом пружины кручения, установленные на осях 4 корпуса 1, попадая внутрь каверн 7, разжимаются, и лопасти 5 расправляются.

В процессе цементирования восходящие потоки сначала буферной жидкости, а затем и цементного раствора при прохождении по лопастям 5 отклонителя потока, благодаря направленным наружу полозьям 6 (фиг. 2) перенаправляются вглубь каверн 7 (фиг. 3), тем самым вытесняя оттуда остатки бурового раствора, происходит замещение его на цементный раствор. Благодаря предлагаемой конструкции отклонителя потока улучшается полнота вытеснения бурового раствора из скважины, в том числе из каверн, и замещение его цементным раствором, повышается качество крепления путем образования сплошного цементного камня вокруг обсадной колонны даже в кавернах.

Предлагаемая конструкция отклонителя потока улучшает проходимость обсадной колонны и спускаемого с ней скважинного оборудования в стволе скважины, улучшаются условия промывки в процессе спуска и цементирования скважины. При этом обеспечивается качество крепления скважины за счет придания восходящему потоку цементного раствора необходимого направления в кавернах, следовательно, и разобщения пластов.

Пример практического применения

Пробурили скважину долотом диаметром 143 мм глубиной 1750 м. Провели геофизические исследования ствола (ГИС) скважины каверномером, и определили 3 интервала с наличием глубоких каверн, до 300 мм. Перед началом спуска обсадной колонны диаметром 114х7,0 мм на скважину завезли три отклонителя потока, при этом каждый отклонитель оборудован четырьмя лопастями в форме салазок с полозьями, направленными наружу, концы которых скошены под углом 45°, установленными на осях отклонителей потока, на каждую ось предварительно установлена пружина кручения, каждая с жесткостью 9 МПа.

Перед спуском в ствол скважины на обсадные трубы обсадной колонны жестко установили отклонители потока таким образом, чтобы свободные концы всех четырех лопастей отклонителей потока смотрели вверх, с учетом их размещения напротив выявленных с помощью ГИС каверн. Возникающее давление восходящего потока в скважине при цементировании имеет значение 8 МПа, таким образом значение жесткости специально подобранных пружин превышает значение давления восходящего потока жидкости.

Спустили обсадную колонну из обсадных труб до проектного забоя, и произвели промывку скважины буровым раствором в количестве 1 объема скважины. Далее произвели цементирование обсадной колонны по общепринятой технологии с прокачиванием последовательно буферной жидкости, затем цементного раствора, продавив последний продавочной жидкостью до получения сигнала СТОП. После цементирования колонну обсадных труб оставили на ожидание затвердевания цемента (ОЗЦ) на 48 часов. По истечении времени ОЗЦ 48 часов спустили в скважину геофизический прибор - акустический цементомер (АКЦ) и произвели исследования по всему стволу скважины. Результаты проведенных исследований с помощью АКЦ показали полноценное сцепление цемента в интервалах каверн как с обсадной трубой, так и с породой. По результатам освоения скважины получена безводная нефть.

Таким образом удалось максимально вытеснить буровой раствор из ствола скважины при цементировании, в том числе и из кавернозных участков, и получить полноценную крепь.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в процессе строительства скважин. Отклонитель потока включает корпус, закрепляемый на обсадной трубе. Корпус отклонителя выполнен в виде кольца с равномерно закрепленными по окружности кольца четырьмя осями, на которых нижними концами установлены прямые лопасти. Прямые лопасти выполнены в форме салазок с направленными наружу полозьями. Причем верхние и нижние концы полозьев скошены. При этом на осях дополнительно установлены пружины кручения со значением жесткости, превышающим значение давления восходящего потока жидкости, воздействующей на лопасти таким образом, что лопасти всегда стремятся расправиться. Обеспечивается улучшение проходимости обсадной колонны и спускаемого с ней скважинного оборудования в стволе скважины, улучшение условий промывки в процессе спуска и цементирования скважины, а также повышение качества крепления скважины. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Отклонитель потока, включающий корпус, закрепляемый на обсадной трубе, отличающийся тем, что корпус отклонителя выполнен в виде кольца с равномерно закрепленными по окружности кольца четырьмя осями, на которых нижними концами установлены прямые лопасти, выполненные в форме салазок с направленными наружу полозьями, причем верхние и нижние концы полозьев скошены, при этом на осях дополнительно установлены пружины кручения со значением жесткости, превышающим значение давления восходящего потока жидкости, воздействующей на лопасти таким образом, что лопасти всегда стремятся расправиться.

2. Отклонитель потока по п.1, отличающийся тем, что верхние и нижние концы полозьев скошены под углом 45°.