Вращатель потока жидкости Российский патент 2024 года по МПК E21B43/10 E21B33/14 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для цементирования обсадных колонн с одновременным вращением в буровой скважине, в том числе в боковых и горизонтальных стволах.

Актуальность заявляемого изобретения обусловлена тем, что при цементировании любых типов скважин (условно вертикальных, наклонно-направленных, горизонтальных) несмотря на наличие центрирующих элементов, обсадная колонна, как правило, размещается внутри ствола скважины касаясь стенок скважины, т.е. не строго по центру. В связи с этим в местах соприкосновения обсадной колонны со стенкой скважины, остаются зоны защемления бурового раствора, что в конечном итоге влияет на отсутствие полноценного вытеснения бурового раствора цементным раствором. В процессе цементирования с простым вращением колонны не удается достичь полного замещения застойных зон с буровым раствором, особенно это характерно для наклонно-направленных и горизонтальных стволов. Обсадная колонна в местах соприкосновения со стенкой скважины просто трется о породу, в следствии чего ухудшается качество цементирования и возникает заколонная циркуляция при эксплуатации скважины.

Известен турбулизатор восходящего потока жидкости (патент RU № 1767160, МПК E21B 33/14, опубл. 10.07.1992). Он содержит устанавливаемую на колонне труб муфту с лопастями, расположенными под острым углом к оси колонны труб, при этом лопасти расположены на верхней торцевой части муфты и выполнены одинакового диаметра с муфтой по наружной поверхности.

Известен также центратор-турбулизатор (патент RU № 383825, МПК E21B 33/14, опубл. 23.05.1973) для обсадной колонны, содержащий корпус, выполненный в виде двух колец со сквозными отверстиями под крепежные элементы, и спиралевидные упругие планки.

Недостатком обоих аналогов, является невозможность использования в процессе вращения колонны, так как упругие планки в процессе вращения колонны будут разрушаться и заклинивать колонну, препятствуя процессу вращения колонны при цементировании. Также недостатком представленных аналогов является расположение сплошных лопастей по винтовой направляющей, которые в сечении перекрывают все заколонное пространство и тем самым будут создавать сопротивление при спуске обсадной колонны в скважину, создавая поршневой эффект.

Наиболее близким по технической сущности является вращатель потока для обсадной колонны (патент 2215863, МПК Е21В 33/14, Е21В 21/00, опубл.11.10.2003 г.), который включает корпус в виде двух колец со сквозными отверстиями под крепежные элементы, упругие спиралевидные планки с лопастями из гибкого резинотканевого материала. Планки закреплены к кольцам. Условный внутренний диаметр планок в сечении равен внутреннему диаметру колец. Диаметр лопастей в сечении превышает условный диаметр ствола скважины. Вращатель потока опускают в скважину. Закрепляют болтами в отверстиях колец.

Недостатком данного вращателя является спиралевидное расположение сплошных лопастей, которые в своем сечении перекрывают все заколонное пространство и тем самым будут создавать сопротивление при спуске обсадной колонны в скважину, создавая поршневой эффект. Также при вращении колонны установленный вышеуказанный вращатель будет лишь способствовать наиболее быстрому подъёму потока цементного раствора вверх, не попадая в застойные зоны, имеющиеся в кавернозных участках.

Технической задачей является создание эффективного устройства, позволяющего существенно повысить качество крепления обсадных колонн с вращением в процессе цементирования на всем протяжении ствола и формирование полноценного цементного кольца по всему диаметру ствола скважины, с полным удалением застойных зон и вытеснением бурового раствора из кавернозных участков.

Техническая задача решается вращателем потока, включающим корпус в виде двух колец со сквозными отверстиями под крепежные элементы.

Новым является то, что два кольца выполнены в виде бицентриков с одной выступающей полусферической частью, в которой выполнены сквозные вертикальные отверстия, при этом выступающие полусферические части бицентриков направлены в одну и ту же сторону, дополнительно между бицентриками расположен полый цилиндрический корпус, имеющий равномерно расположенные на поверхности спиралевидные или прямые прорези и установленные между прорезями в шахматном порядке вертикальные лопасти из эластичного материала, выполненные в виде изогнутых вправо лепестков со сквозными отверстиями, при этом бицентрики со сквозными отверстиями выполнены с возможностью закрепления на теле обсадной трубы.

На фиг. 1 - представлен общий вид вращателя потока жидкости на обсадной трубе.

На фиг. 2 – представлен вид А-А разрез бицентрика.

На фиг. 3 - представлен вид Б-Б разрез корпуса вращателя потока жидкости.

Вращатель потока жидкости состоит из двух колец 1 (фиг.1) и 2 со сквозными отверстиями 3 под крепежные элементы для закрепления на теле обсадной трубы 4. В качестве крепежных элементов могут быть использованы, например, болты или клинья. Два кольца 1 и 2 выполнены в виде бицентриков (далее – бицентрики 1 и 2) с одной выступающей полусферической частью 5, в которой выполнены сквозные вертикальные отверстия 6 (фиг. 2), при этом выступающие полусферические части 5 (фиг. 1) бицентриков направлены в одну и туже сторону (фиг. 2, 3). Дополнительно между бицентриками 1 и 2 (фиг. 1) расположен (закреплен, например, посредством резьбового соединения) полый цилиндрический корпус 7, имеющий равномерно расположенные на всей поверхности цилиндрического корпуса 7 спиралевидные или прямые прорези 8 (которые выполнены для облегчения конструкции, на фиг.1 показан вариант со спиралевидными прорезями) и установленные между прорезями 8 в шахматном порядке вертикальные лопасти 9 (расположенные параллельно оси обсадной трубы 4) из эластичного материала (например, резины), выполненные в виде отдельных изогнутых вправо лепестков со сквозными отверстиями 10.

Вращатель потока жидкости работает следующим образом.

В процессе спуска обсадной колонны (хвостовика) в скважину предварительно на каждую обсадную трубу 4 (фиг. 1) устанавливают вращатель потока (возможна установка нескольких вращателей потоков подряд, на фиг. 1-3 не показано) с вертикальными лопастями 9 (фиг. 1), выполненными из эластичного материала, с двумя бицентриками 1, 2 расположенными сверху и снизу полого цилиндрического корпуса 7, с полусферическими частями, повернутыми в одну и ту же сторону.

При этом вертикальное расположение лопастей 9 в шахматном порядке и наличие сквозных отверстий 6 (фиг. 2) в полусферических частях 5 (фиг. 1) бицентриков не мешает потоку жидкости подниматься вверх и способствует беспрепятственному спуску обсадной колонны (хвостовика) из обсадных труб с вращателями потока до забоя. Установку вращателя потока жидкости на обсадную трубу 4 (фиг. 1) производят за счет прижатия корпуса устройства (двух бицентриков 1 и 2 и полого цилиндрического корпуса 7) к телу обсадной трубы 4 крепежными элементами через сквозные отверстия 3 (фиг.1).

После спуска обсадной колонны (хвостовика) с установленными на ней вращателями потока жидкости, производят цементирование любым известным способом, с одновременным вращением всей обсадной колонны (хвостовика) вправо, при этом вертикальные лопасти 9 в виде отдельных изогнутых вправо лепестков начинают работать только при вращении обсадной колонны (хвостовика), перенаправляя поток сначала буферной жидкости, а потом и цементного раствора в радиальном направлении к стенкам скважины (авторы на способ цементирования не претендуют). В этот момент в процессе вращения бицентрики 1 и 2, установленные сверху и снизу цилиндрического корпуса 7 вращателя потока, поворачиваются и периодически приподнимают (отрывают) обсадную трубу 4 от стенки скважины.

Цементный раствор в затрубном пространстве в процессе подъема вверх за счет вращающихся вместе с обсадной колонной (хвостовиком) вертикальных лопастей 9 вращателя потока и отрыва обсадной колонны от стенок скважины за счет бицентриков 1 и 2, вовлекается в радиальное течение и полностью замещает оставшийся буровой раствор в зонах защемления, и кавернозных участках по всей длине ствола скважины.

Предлагаемый вращатель потока жидкости благодаря своей конструкции, в процессе цементирования обсадной колонны (хвостовика) с вращением позволяет кратно улучшить качество крепления на всем протяжении ствола скважины, в том числе в кавернозных участках с максимальным замещением в затрубном пространстве бурового раствора цементным за счет наличия на вращателе потока вертикальных резиновых эластичных лепестков и отрыва колонны труб от стенок скважины за счет бицентриков.

Пример практического применения.

Скважина пробурена до проектной глубины 1900 м и обсажена 178 мм колонной до глубины 1750 м. По проекту запланирован спуск хвостовика диаметром 114 мм в интервал 1650 -1900 м. В процессе спуска на каждой трубе хвостовика установили вращатель потока с вертикальными лопастями, выполненными из эластичного материала, с двумя бицентриками сверху и снизу цилиндрического корпуса, с полусферическими частями, повернутыми в одну и ту же сторону.

Далее присоединили транспортировочную колонну бурильных труб и спустили хвостовик до глубины 1895 м. После спуска хвостовика до забоя провели промывку скважины в двойном объеме затрубного пространства для очистки забоя скважины. В соответствии с утвержденным планом работ в транспортировочную колонну труб последовательно закачали буферную жидкость, тампонажный раствор и осуществили продавку их буровым раствором до получения давления «СТОП» 11,0 МПа. В процессе цементирования постоянно вращали транспортировочную колону с хвостовиком вправо до получения давления «СТОП», отслеживая на приборах допустимый момент вращения согласно существующих руководящих документов.

Разгрузили хвостовик на забой и произвели отцеп, с дальнейшим выбросом транспортировочной колонны на устье.

Скважину оставили на ожидание затвердевания цемента – ОЗЦ. Через 2 суток произвели геофизические исследования цемента за хвостовиком, получили качественное крепление на всем протяжении хвостовика. Освоили скважину и получили безводную нефть.

Применение предлагаемого вращателя потока жидкости повышает эффективность цементирования обсадной колонны (хвостовика) в скважине, позволяет существенно повысить качество крепления на всем протяжении вертикального, наклонно-направленного, бокового или горизонтального ствола, позволяет сформировать полноценное цементное кольцо по всему диаметру ствола скважины.

Изобретение относится к вращателю потока. Технической задачей является создание эффективного устройства, позволяющего существенно повысить качество крепления обсадных колонн с вращением в процессе цементирования на всем протяжении ствола и формирование полноценного цементного кольца по всему диаметру ствола скважины, с полным удалением застойных зон и вытеснением бурового раствора из кавернозных участков. Вращатель включает корпус в виде двух колец со сквозными отверстиями под крепежные элементы. Два кольца выполнены в виде бицентриков с одной выступающей полусферической частью, в которой выполнены сквозные вертикальные отверстия. Выступающие полусферические части бицентриков направлены в одну и ту же сторону. Дополнительно между бицентриками расположен полый цилиндрический корпус, имеющий равномерно расположенные на поверхности спиралевидные или прямые прорези и установленные между прорезями в шахматном порядке вертикальные лопасти из эластичного материала, выполненные в виде изогнутых вправо лепестков со сквозными отверстиями. Бицентрики со сквозными отверстиями выполнены с возможностью закрепления на теле обсадной трубы. 3 ил.

Вращатель потока, включающий корпус в виде двух колец со сквозными отверстиями под крепежные элементы, отличающийся тем, что два кольца выполнены в виде бицентриков с одной выступающей полусферической частью, в которой выполнены сквозные вертикальные отверстия, при этом выступающие полусферические части бицентриков направлены в одну и ту же сторону, дополнительно между бицентриками расположен полый цилиндрический корпус, имеющий равномерно расположенные на поверхности спиралевидные или прямые прорези и установленные между прорезями в шахматном порядке вертикальные лопасти из эластичного материала, выполненные в виде изогнутых вправо лепестков со сквозными отверстиями, при этом бицентрики со сквозными отверстиями выполнены с возможностью закрепления на теле обсадной трубы.