RU2191881C2

RU2191881C2 - Casing centralizer

Info

Publication number: RU2191881C2
Application number: RU2000112581A
Authority: RU
Inventors: Р.В. Степанов; Р.Р. Степанов; М.Р. Мавлютов; В.Г. Килин; А.М. Хаятов; Л.М. Левинсон
Original assignee: Степанов Рамиль Владимирович
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2002-10-27

Abstract

FIELD: casing cementing in wells. SUBSTANCE: centralizer includes stem with casing string coupling screwed on it, cylinder rigidly connected to casing string coupling and whose cavity accommodates working and locking pistons, centering members in the form of levers. Installed in cylinder cavity are bushings engageable with one another by their wedge-shaped surfaces locked to one another by pins. Casing string coupling cavity accommodates slide valve in the form of sleeve for closing holes communicating cylinder cavity with internal cavity of casing string. Working and locking pistons are installed for motion in one direction and locked relative to cylinder by shear pin. Working piston has recesses on generating line of external side. Locking piston whose length exceeds working piston is connected with levers by means of locking devices and has wedge-shaped surface for engagement with one end of levers whose other ends are hinged by means of pins with locknut rigidly connected through sub with centralizer stem. EFFECT: higher operating reliability. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области цементирования затрубного пространства обсадной колонны, а именно цементирования обсадной колонны в скважине. The invention relates to the field of cementing the annulus of a casing string, namely, cementing a casing string in a well.

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). A well-known casing centralizer including a working cylinder mounted on a casing with a working piston and centering elements. The centering elements are made in the form of levers with articulated shoes pivotally mounted on the casing. The ends of the levers interact with wedge-shaped elements rigidly connected with the working piston. Opposite to the worker there is a locking piston, the opposite end of which is made conical and slidable along the inner surface of the locking ring between the cylinder and the casing. The working cavity of the cylinder communicates with the inner cavity of the casing by means of radial holes in which destructible plugs are installed. The tightness of the working cavity is achieved due to the rubber rings mounted on the external and internal surfaces of the working and locking pistons (Pat. RF. 2034128, class E 21 B 17/10, publ. B. B. 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. The main disadvantages of this device is the unreliability of its operation. When passing the cement plug, destructible plugs break. In this case, there is a high probability in the destruction of the cement plug or in the accumulation of broken destructible plugs in front of the stop ring and non-return valve installed in the lower part of the casing, which in turn reduces the likelihood of a centralizer tripping. In addition, the use for sealing the working cavity of the rubber rings reduces the reliability of the centralizer, because rubber “ages” over time, and when a well is treated with aggressive solutions, rubber breaks down. The use of articulated shoes increases the likelihood of loss of tightness of the working cavity, because with transverse vibrations of the centralizer, deformations arise in the working cylinder, which in turn reduces the likelihood of the centralizer operating. The location of the locking piston opposite to the working piston can lead to a loss of tightness of the working cavity, since if the locking piston moves towards the working piston, the working cavity is depressurized, which leads to failure of the centralizer.

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. The present invention solves the problem of improving the reliability of the casing centralizer by increasing the tightness of the working cavity, eliminating the return of the working piston after the casing centralizer is triggered.

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. A casing centralizer is proposed, including a cylinder connected to the casing, in the cavity of which a working and locking pistons are installed, centering elements made in the form of levers, characterized in that it has a barrel with a casing sleeve screwed onto it, to which the cylinder is rigidly connected , in the cavity of which bushings are installed with the possibility of interaction between each other by wedge-shaped surfaces fixed between each other by pins, while a spool device is installed in the cavity of the casing sleeve, a sleeve for closing the hole connecting the cylinder cavity with the inner cavity of the casing, and the working and locking pistons are mounted with the possibility of movement in the same direction and fixed relative to the cylinder with a shear pin, the working piston having a groove on the outside and a locking piston , the length of which exceeds the length of the worker, is connected with levers by means of locking devices and has a wedge-shaped surface for interaction with one of the ends of the levers, the other ends of which are Nirni associated with your fingers with a locking nut, rigidly fastened to the barrel through a sub. To increase the reliability of the casing centralizer, the locking devices are made in the form of a T-groove in the locking piston and pins installed to fix them in levers, the upper ends of which abut against the end face of the working piston.

На фиг.1 показан центратор обсадной колонны, осевой разрез; на фиг.2 показан разрез А-А, на фиг.3 - разрез Б-Б. 1 shows a casing centralizer, axial section; figure 2 shows a section aa, figure 3 is a section bb.

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. The casing centralizer (Fig. 1) consists of a barrel 1 with a casing sleeve 2 screwed onto it, with holes 3 made therein and having grooves 4. A cylinder 5 is rigidly connected to the sleeve 2. Sleeves 6, 7 are installed in the cavity of the cylinder 5 the possibility of interaction between the wedge-shaped surfaces, with sealing rubber rings 8, 9 and pins fixed to each other 10. In the cavity of the sleeve 2 of the casing string mounted spool device, made in the form of a sleeve 11 with sealing rubber rings 12 to overlap Verstov connecting the cylinder space with the interior of the casing.

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. The working piston 13 and the locking piston 14 are mounted with the possibility of movement in one direction and fixed relative to the cylinder 5 with a shear pin 15. The working piston 13 has an outside along the generatrix grooves 16. The locking piston 14, the length of which exceeds the length of the working piston 13, is connected with the centering elements - levers 17 using locking devices (pins) 18 and has a wedge-shaped surface for interaction with one of the ends of the levers. The other ends of the levers are pivotally connected using the fingers 19 with a fixing nut 20, rigidly fastened through the sub 21 to the barrel. The locking nut is fixed relative to the barrel by a pin 22. The locking devices are made in the form of a T-groove in the locking piston and pins 18 installed for their fixation in the levers 17, the upper ends of which abut against the end face of the working piston 13.

Центратор обсадной колонны работает следующим образом. Centralizer casing works as follows.

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. After the casing is lowered into the well, along with the centralizers installed on it, under the influence of the pressure difference of the cement slurry, the cement plug moves, passing through the centralizer, shifts the sleeve 11 installed in the cavity of the sleeve 2, under the action of friction between the cement plug and the sleeve 6. After that, through the radial openings 3, the access of the annular liquid into the cavity of the cylinder 5 is opened. Mark 14 and the piston 13 working force, cutting pin 15, locking the lock 14 and the piston 13 working. When moving down the worker 13 and the lock 14 of the pistons, the levers 17 move in the radial direction. Upon reaching the levers 17 of the borehole wall, the casing is centered. With a further increase in pressure drop, the pins 10 fixing the sleeves 6, 7 are destroyed, after which the sleeve 6 with a wedge-shaped surface wedges the sleeve 7. Thus, the sleeve 7 seals the working cavity from the annular space. In the event of a decrease in pressure in the annular cavity under the action of the pressure drop, the quench liquid through the grooves 16 made on the outer surface of the working piston 13 acts on the end face of the sleeve 7. Under the action of the pressure drop acting on the sleeve 7, the sleeves 6 and 7 move up to the stop, while the working 13 and the lock 14 pistons remain in the working position, i.e. centering elements - levers 17 remain open. In this case, the centering elements - levers do not return to their original position.

Предлагаемое техническое решение значительно повышает надежность работы центратора за счет повышения герметичности рабочей полости, устранения возврата рабочего поршня после срабатывания центратора обсадной колонны. The proposed technical solution significantly increases the reliability of the centralizer by increasing the tightness of the working cavity, eliminating the return of the working piston after the operation of the casing centralizer.

Claims

1. The casing centralizer, including a cylinder connected to the casing, in the cavity of which a working and locking pistons are installed, centering elements made in the form of levers, characterized in that it has a barrel with a casing sleeve screwed onto it, to which the cylinder is rigidly connected , in the cavity of which bushings are installed with the possibility of interaction between each other by wedge-shaped surfaces fixed between each other by pins, while a spool device is installed in the cavity of the casing coupling, in the form of a sleeve for blocking the hole connecting the cylinder cavity with the inner cavity of the casing string, and the working and locking pistons are mounted with the possibility of movement in one direction and fixed relative to the cylinder with a shear pin, the working piston having a groove on the outside and a locking piston , the length of which exceeds the length of the worker, is connected with levers by means of locking devices and has a wedge-shaped surface for interaction with one of the ends of the levers, the other ends of which are ball nirno connected by fingers with a fixing nut, rigidly fastened through the sub with the barrel.

2. The centralizer according to claim 1, characterized in that the locking devices are made in the form of a T-groove in the locking piston and pins installed to fix them in levers, the upper ends of which abut against the end face of the working piston.