RU2176719C2

RU2176719C2 - Casing string centralizer

Info

Publication number: RU2176719C2
Application number: RU99106818/03A
Authority: RU
Inventors: М.Р. Мавлютов; Л.М. Левинсон; Б.К. Болезин; Р.В. Степанов; Ф.Х. Хамидуллин; В.Г. Килин; Р.Р. Степанов
Original assignee: Открытое акционерное общество ОАО "ЛУКОЙЛ-НЕФТЕГАЗМАШ"
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2001-12-10

Abstract

FIELD: cementing of casing-borehole annular space, particularly, centering of casing string in borehole. SUBSTANCE: casing string centralizer has continuous working cylinder with piston located on casing, centering levers, spring split ring and destructible plugs. Cylinder upper end is rigidly connected with casing. Piston lower end is conical and engageable with levers. Spring split ring is installed in radial recesses of levers. EFFECT: simplified design and higher operating reliability. 3 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области цементирования затрубного пространства обсадной колонны, а именно центрирования обсадной колонны в скважине. The present invention relates to the field of cementing the annulus of the casing, namely the centering of the casing in the well.

Известен центратор (патент РФ N 2034128 кл. E 21 B 17/10 от 30.04.1995 г. ), содержащий установленные на обсадной трубе рабочий цилиндр с рабочим поршнем с возможностью взаимодействия с одним из концов центрирующих элементов, шарнирно связанных с другим концом обсадной колонны, на внутренней поверхности которой установлены разрушаемые пробки, а противоположный конец рабочего поршня (гидравлически) взаимодействует с коническим хвостовиком замкового поршня, который сопрягается с пружинным разрезным кольцом, жестко связанным с обсадной колонной. Центрирующие элементы представлены в виде рычагов, выполненных клиновидными, для взаимодействия с клиновидными поверхностями рабочего поршня. Рабочий цилиндр смонтирован с возможностью осевого перемещения и имеет на нижнем конце уступ, взаимодействующий с выступом замкового поршня, а на верхнем конце - П-образные пазы для фиксаций центрирующих элементов. A known centralizer (RF patent N 2034128 class E 21 B 17/10 from 04/30/1995), containing a working cylinder mounted on the casing with a working piston with the ability to interact with one of the ends of the centering elements pivotally connected to the other end of the casing , on the inner surface of which destructible plugs are installed, and the opposite end of the working piston (hydraulically) interacts with the tapered shank of the locking piston, which mates with a spring split ring rigidly connected to the casing. The centering elements are presented in the form of levers made wedge-shaped for interaction with the wedge-shaped surfaces of the working piston. The working cylinder is mounted with the possibility of axial movement and has a ledge at the lower end that interacts with the protrusion of the locking piston, and at the upper end - U-shaped grooves for fixing the centering elements.

Недостатком данного центратора является сложность конструкции и, как следствие этого, ненадежность его работы. The disadvantage of this centralizer is the complexity of the design and, as a consequence of this, the unreliability of its operation.

В процессе спуска обсадной колонны в скважину дополнительно происходят ее поперечно-колебательные, вращательные и возвратно-поступательные движения. При этом возникает опасность разрушения пружинного разрезного кольца о выступы стенок скважины, осевого перемещения рабочего цилиндра и, как следствие этого, самопроизвольное раскрытие центрирующих элементов. Шарнирное крепление центрирующих элементов к колонне их верхними концами при соприкосновении нижних концов со стенками скважины обуславливает положительный момент раскрытия центрирующих элементов, что приводит к их заклиниванию и предотвратит возможность дальнейшего спуска колонны или к разрушению центрирующих элементов. In the process of lowering the casing string into the well, its transverse-oscillatory, rotational and reciprocal movements additionally occur. In this case, there is a danger of destruction of the spring split ring on the protrusions of the walls of the borehole, axial movement of the working cylinder and, as a consequence, spontaneous opening of the centering elements. The hinged fastening of the centering elements to the column with their upper ends when the lower ends come into contact with the walls of the well causes a positive moment for the centering elements to open, which leads to their jamming and prevents the possibility of further lowering of the column or to the destruction of the centering elements.

В транспортном положении центратора поршень с клиновидными выступами для взаимодействия с рычагами свободно может вращаться относительно обсадной трубы. Из-за вращательного движения обсадной колонны в процессе спуска ее в скважину есть возможность проворота поршня относительно центрирующих элементов и выхода из взаимодействия клиновидных поверхностей с рычагами. При попытке приведения центратора в рабочее положение центрирующие элементы в этом случае не раскроются. In the transport position of the centralizer, a piston with wedge-shaped protrusions for rotation with levers can freely rotate relative to the casing. Due to the rotational movement of the casing string during its descent into the well, it is possible to rotate the piston relative to the centering elements and to exit the interaction of the wedge-shaped surfaces with levers. When you try to bring the centralizer into working position, the centering elements in this case will not open.

Наличие замкового поршня с выступом и коническим хвостовиком и рабочего цилиндра, имеющего с одного конца выступ, с другого - П-образные пазы, усложняет конструкцию и снижают надежность работы устройства, т.к. появляется возможность образования дополнительных каналов перетока скважинной жидкости между внутренней поверхностью рабочего цилиндра и внешней поверхностью замкового поршня и между внутренней поверхностью замкового поршня и внешней поверхностью обсадной трубы. The presence of a locking piston with a protrusion and a tapered shank and a working cylinder having a protrusion at one end and U-shaped grooves at the other end complicates the design and reduces the reliability of the device, since it becomes possible to form additional channels for downhole fluid flow between the inner surface of the working cylinder and the outer surface of the lock piston and between the inner surface of the lock piston and the outer surface of the casing.

После спуска обсадной колонны до проектной глубины и слома разрушаемой пробки цементировочной пробкой внутриколонная жидкость поступает в полость рабочего цилиндра. Образованные дополнительные каналы будут пропускать эту жидкость. В результате этого в полости рабочего цилиндра величина давления жидкости окажется незначительной для раскрытия центрирующих элементов и центрирования обсадной колонны относительно скважины. After lowering the casing to the design depth and breaking the destructible cork with a cementing plug, the annular liquid enters the cavity of the working cylinder. Formed additional channels will pass this fluid. As a result, the fluid pressure in the cavity of the working cylinder will be insignificant for the centering elements to open and the casing to be centered relative to the well.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности работы центратора обсадной колонны. The aim of the invention is to simplify the design and increase the reliability of the casing centralizer.

Цель достигается тем, что из конструкции исключаются башмаки и замковый поршень, сложный по конфигурации. Рабочий цилиндр, выполненный без уступа и П-образных пазов, жестко скреплен верхним концом с обсадной трубой. Выполнение цилиндра сплошным технологичнее при его изготовлении. The goal is achieved by the fact that shoes and a locking piston, complex in configuration, are excluded from the design. The working cylinder, made without a ledge and U-shaped grooves, is rigidly fastened with its upper end to the casing. The execution of the cylinder is continuous more technologically advanced in its manufacture.

Рабочий цилиндр, жестко соединенный верхним концом с обсадной колонной, исключает переток жидкости между полостью цилиндра и заколонным пространством, что способствует более надежной работе центратора. The working cylinder, rigidly connected with the upper end to the casing, eliminates the flow of fluid between the cylinder cavity and annular space, which contributes to a more reliable operation of the centralizer.

Выполнение нижнего конца поршня коническим для взаимодействия с центрирующими элементами не влияет на работу устройства при его проворотах. The execution of the lower end of the piston conical to interact with the centering elements does not affect the operation of the device when it is rotated.

Установка пружинного разрезного кольца в радиальных пазах внешней поверхности центрирующих рычагов и шарнирная связь их нижних концов с обсадной трубой исключает возможность самопроизвольного раскрытия центрирующих элементов. The installation of a spring split ring in the radial grooves of the outer surface of the centering levers and the hinged connection of their lower ends with the casing eliminates the possibility of spontaneous opening of the centering elements.

Выполнение центрирующих элементов в виде секторов трубной заготовки позволяет обеспечить более компактный монтаж на обсадной трубе, не нарушая их поперечной прочности, и увеличить проходимость центратора в скважине. The implementation of the centering elements in the form of sectors of the pipe billet allows for a more compact installation on the casing without violating their lateral strength, and to increase the patency of the centralizer in the well.

Выполнение оси шарнира рычагов за одно целое с телом рычага в виде кольцевого утолщения, входящего в зацепление с кольцевой канавкой на обсадной трубе, обеспечивает компактность шарнира, не увеличивая при этом контактных напряжений в нем. The execution of the axis of the hinge of the levers in one piece with the body of the lever in the form of an annular thickening, which engages with the annular groove on the casing, ensures the compactness of the hinge, without increasing contact stresses in it.

На фиг. 1 показан центратор в транспортном положении. In FIG. 1 shows a centralizer in transport position.

На фиг. 2 - узел 1 на фиг 1, на фиг. 3 - разрез А-А на фиг 1. In FIG. 2 - node 1 in FIG. 1, in FIG. 3 is a section AA in FIG. 1.

Центратор состоит из обсадной трубы 1 с выполненными в ней тремя отверстиями 2. По концам обсадной трубы 1 расположены присоединительные муфты 3 и 4. В последней выполнена кольцевая канавка 5, в которой равномерно размещены оси 6 рычагов 7, выполненные за одно целое с телом рычага 7. Рычаги 7 представлены в виде секторов трубной цилиндрической заготовки и прилегают к телу обсадной трубы 1. Противоположные от муфты 4 концы рычагов 7 имеют коническую поверхность и опираются на коническую поверхность рабочего поршня 8. The centralizer consists of a casing 1 with three holes made in it 2. At the ends of the casing 1 there are connecting couplings 3 and 4. In the latter, an annular groove 5 is made, in which the axles 6 of the levers 7 are uniformly placed in one piece with the body of the lever 7 The levers 7 are presented in the form of sectors of a cylindrical pipe billet and are adjacent to the body of the casing 1. The ends of the levers 7 opposite from the coupling 4 have a conical surface and rest on the conical surface of the working piston 8.

В транспортном положении (состоянии) центратора рычаги 7 прижимаются к обсадной трубе 1 посредством разрезного пружинного кольца 9, которое установлено в радиальных пазах внешней поверхности центрирующих рычагов 7. In the transport position (state) of the centralizer, the levers 7 are pressed against the casing 1 by means of a split spring ring 9, which is installed in the radial grooves of the outer surface of the centering levers 7.

Размещенный в цилиндре 10 поршень 8 уплотнен относительно трубы 1 и цилиндра 10 резиновыми кольцами 11. Цилиндр 10 присоединяется к муфте 3 при помощи резьбового соединения. В отверстиях 2 установлены разрушаемые пробки 12 (фиг. 2). Placed in the cylinder 10, the piston 8 is sealed relative to the pipe 1 and the cylinder 10 by rubber rings 11. The cylinder 10 is connected to the sleeve 3 by means of a threaded connection. Destructible plugs 12 are installed in the holes 2 (Fig. 2).

Центратор работает следующим образом. The centralizer works as follows.

После спуска обсадной колонны 1 в скважину вместе с установленным на ней центратором под действием давления тампонажного раствора сверху вниз движется продавочная пробка, которая, проходя по обсадной трубе 1 центратора, ломает пробки 12. После этого через отверстия открывается доступ внутриколонной жидкости в полость цилиндра 10. Под действием перепада давления заколонной и внутриколонной жидкостей на торец рабочего поршня 8 последний начинает перемещаться вниз. При этом коническая поверхность поршня 8 воздействует на концы рычагов 7, преодолевая упругость разрезного пружинного кольца 9, рычаги 7 раздвигаются в радиальном направлении и упираются в стенку скважины, устанавливая обсадную колонну аксиально ее оси. After the casing 1 is lowered into the well, together with the centralizer installed on it under the pressure of the cement slurry, the squeeze plug moves from top to bottom, which, passing through the casing 1 of the centralizer, breaks the plugs 12. After that, the entry of the column fluid into the cavity of the cylinder 10 is opened. Under the influence of the differential pressure of the annular and intra-annular liquids on the end face of the working piston 8, the latter begins to move down. In this case, the conical surface of the piston 8 acts on the ends of the levers 7, overcoming the elasticity of the split spring ring 9, the levers 7 are moved apart in the radial direction and abut against the wall of the well, setting the casing axially to its axis.

В случае неудачного цементирования цементный раствор промывается, выравнивается давление внутри колонны и за колонной. При этом под действием пружинного разрезного кольца 9 рычаги 7 возвращают поршень 8 в исходное положение, центратор с обсадной колонной можно переместить и повторить вновь операцию по цементированию обсадной колонны. In case of unsuccessful cementing, the cement slurry is washed, the pressure inside the column and behind the column is equalized. In this case, under the action of the spring split ring 9, the levers 7 return the piston 8 to its original position, the centralizer with the casing string can be moved and the casing cementing operation can be repeated again.

Claims

1. The casing centralizer, including a working cylinder located on the casing with a piston configured to interact with one of the ends of the centering elements pivotally connected to the other end of the casing, a spring split ring and collapsible plugs, characterized in that the working cylinder is made solid and the upper end is rigidly connected to the casing, the lower end of the piston is made conical with the possibility of interaction with the centering elements, and the spring split ring is installed in rad cial grooves formed on the centering elements.

2. The centralizer according to claim 1, characterized in that the centering elements are made in the form of levers with thickenings of circular cross section at the ends opposite to the working piston.

3. The centralizer according to claim 1, characterized in that the levers in cross section represent sectors of the tubular billet, and their round thickenings engage with the annular groove of circular cross section on the casing, forming an articulation that ensures the interaction of the levers with the conical end of the working piston , their radial deviation.