RU2473777C1

RU2473777C1 - Casing string centraliser with varied geometry

Info

Publication number: RU2473777C1
Application number: RU2011125426/03A
Authority: RU
Inventors: Фарит Акрамович Агзамов; Ильшат Назифович Каримов; Михаил Алексеевич Тихонов
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2013-01-27
Also published as: RU2011125426A

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: in a casing string centraliser with varied geometry, comprising a vessel and centralising elements from elastic material rigidly fixed on the vessel, having an inner cavity, arranged along a spiral on the vessel surface. The inner cavity of the centralising elements is filled with a water-swellable polymer, and external side faces of the elastic centralising element are arranged as semi-permeable.

EFFECT: development of a centraliser with varied geometry for a casing string, having minimum diametre for lowering of a string into a well and maximum after its lowering and when cementing an inclined or a horizontal shaft.

11 dwg

Description

Изобретение относится к строительству скважин и может быть использовано в компоновке обсадной колонны или хвостовиков при креплении нефтяных и газовых скважин, а также боковых стволов.The invention relates to the construction of wells and can be used in the layout of the casing or liners for fastening oil and gas wells, as well as sidetracks.

Для повышения качества крепления скважин, особенно в наклонно-направленных скважинах, обсадные колонны должны обязательно центрироваться.To improve the quality of well attachment, especially in directional wells, casing must be centered.

Для центрирования обсадных колонн могут применяться жесткие центраторы, закрепляемые на обсадной колонне [Л.Н.Шадрин. Технология и организация крепления скважин. М., Недра, 1975, с.255]. Недостатком жестких центраторов является ухудшение проходимости обсадной колонны при ее спуске, особенно в местах сужений или перегибов профиля скважины.Rigid centralizers can be used to center the casing, fixed to the casing [L.N. Shadrin. Technology and organization of well attachment. M., Nedra, 1975, p.255]. The disadvantage of rigid centralizers is the deterioration of the casing patency during its descent, especially in places of narrowing or kinks in the well profile.

В настоящее время для центрирования обсадных колонн наиболее широко применяются пружинные центраторы [Справочник по креплению нефтяных и газовых скважин. М., Недра, 1977, с.98], у которых в качестве центрирующих элементов используются металлические пластины, закрепляемые на кольцах. Центратор закрепляется на обсадной колонне с помощью специального стопорного кольца, что обеспечивает безопасный спуск обсадной колонны через места сужений, благодаря сжатию центрирующих пластин и уменьшению диаметра центратора. Недостатком указанного центратора является низкая центрирующая способность.Currently, spring centralizers are most widely used for centering casing strings [Oil and Gas Wells Handbook. M., Nedra, 1977, p. 98], in which metal plates mounted on rings are used as centering elements. The centralizer is fixed to the casing using a special retaining ring, which ensures a safe descent of the casing through the narrowing points due to the compression of the centering plates and the reduction of the diameter of the centralizer. The disadvantage of this centralizer is the low centering ability.

Известен центратор с изменяемой геометрией центрирующих элементов [пат. РФ 2151853, Е21В 17/10, Центратор бурильного инструмента, опубл. 27.06.2000], содержащий муфту для присоединения к колонне бурильных труб, соединенный с муфтой резьбой полый шток, крышку, являющуюся ограничителем хода для плашек, перемещающихся по конусному корпусу, переводник с гидравлическими каналами для промывочной жидкости, к которым приварены фонари с отверстиями, внутри которых расположены полые тефлоновые шары с плотностью, меньшей плотности промывочной жидкости, и цилиндр, являющиеся направляющими для поршня-толкателя, разрезанного на четыре части по числу плашек, резиновое кольцо, четыре винта, манжету, стальное нажимное кольцо, образующие сальниковый узел, башмак, гибко связывающий переводник и цилиндр, служащий также для соединения центратора с колонной бурильных труб. Недостатком указанного центратора является его сложность.Known centralizer with variable geometry of the centering elements [US Pat. RF 2151853, ЕВВ 17/10, Drill tool centralizer, publ. 06/27/2000], comprising a sleeve for connecting to a drill pipe string, a hollow rod connected to the sleeve coupling, a cover that is a travel limiter for dies moving along the conical body, an adapter with hydraulic channels for flushing fluid, to which lanterns with holes are welded inside which are hollow Teflon balls with a density lower than the density of the washing liquid, and a cylinder, which are guides for the plunger piston, cut into four parts by the number of dies, a rubber ring, four screws, a cuff, a steel pressure ring, which form the stuffing box, a shoe flexibly connecting the sub and the cylinder, which also serves to connect the centralizer to the drill pipe string. The disadvantage of this centralizer is its complexity.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту является центратор [Патент РФ №2405101. Центратор обсадной колонны, опубл. 27.11.2010], содержащий корпус и центрирующие элементы, выполненные из эластичного материала, имеющие внутреннюю полость и жестко закрепленные на корпусе концами, отличающийся тем, на месте закрепления центрирующих элементов к обсадной колонне внутренняя полость центрирующего элемента и внутренняя полость обсадной колонны соединены каналом, имеющим обратный клапан, кроме того, центрирующие элементы имеют в сечении различный профиль и расположены по спирали на поверхности корпуса центратора, нижняя грань эластичного центрирующего элемента закреплена на корпусе центратора, при этом для закрепления концов эластичных центрирующих элементов используются кольца, фиксируемые на корпусе центратора. При этом центрирующие элементы имеют в сечении форму прямоугольника, круга, трапеции, треугольника или иную форму, нижняя грань эластичного центрирующего элемента закреплена на корпусе центратора с помощью клея или иным способом. Кроме того, кольца для закрепления концов эластичных центрирующих элементов фиксируются на корпусе центратора с помощью шпилек, сварки или иным способом, одна из граней кольца скошена под углом от 20 до 70 градусов. Кроме того, на корпусе центратора имеются ниппель и муфта для соединения центратора с обсадными трубами.Closest to the proposed technical essence and the achieved effect is the centralizer [RF Patent No. 2405101. Centralizer casing, publ. 11.27.2010], comprising a housing and centering elements made of an elastic material having an internal cavity and rigidly fixed to the housing by ends, characterized in that, at the location of the centering elements fixed to the casing, the internal cavity of the centering element and the internal cavity of the casing are connected by a channel having check valve, in addition, the centering elements have a different profile in cross section and are arranged in a spiral on the surface of the centralizer body, the lower face of the elastic centering element and mounted on the body of the centralizer, while to fix the ends of the elastic centering elements are used rings fixed on the body of the centralizer. At the same time, the centering elements have the shape of a rectangle, circle, trapezoid, triangle or other shape in cross section, the lower edge of the elastic centering element is fixed to the centralizer body using glue or in another way. In addition, the rings for fixing the ends of the elastic centering elements are fixed on the centralizer body using studs, welding or otherwise, one of the faces of the ring is beveled at an angle of 20 to 70 degrees. In addition, on the centralizer case there is a nipple and a coupling for connecting the centralizer with casing pipes.

Недостатком центратора-прототипа является сложность в изготовлении и недостаточная эффективность при центрировании обсадных колонн. Изобретение направлено на создание центратора с изменяемой геометрией для обсадной колонны, обладающего минимальным диаметром при спуске колонны в скважину и максимальным после ее спуска и при цементировании наклонного или горизонтального ствола.The disadvantage of the prototype centralizer is the difficulty in manufacturing and lack of effectiveness in centering casing strings. The invention is directed to the creation of a centralizer with variable geometry for a casing having a minimum diameter when lowering the string into the well and maximum after lowering it and when cementing an inclined or horizontal wellbore.

Поставленная задача достигается тем, что в центраторе обсадной колонны с изменяемой геометрией, содержащем корпус и центрирующие элементы из эластичного материала, имеющие внутреннюю полость, расположенные по спирали на поверхности корпуса и жестко закрепленные на корпусе, согласно изобретению внутренняя полость центрирующих элементов заполнена водонабухающим полимером, а наружные боковые грани эластичного центрирующего элемента выполнены полупроницаемыми.This object is achieved by the fact that in the centralizer of a casing with variable geometry, comprising a housing and centering elements of elastic material having an internal cavity located in a spiral on the surface of the body and rigidly fixed to the housing, according to the invention, the internal cavity of the centering elements is filled with a water-swelling polymer, and the outer side faces of the elastic centering element are semi-permeable.

Конструкция и принцип работы центратора обсадной колонны поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства, на фиг.2 - разрез по линии А-А.The design and principle of operation of the casing centralizer is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of the device, Fig.2 is a section along the line aa.

Центратор обсадной колонны состоит из корпуса 1, на концах которого имеются муфта 2 и ниппель 3 для соединения с обсадной колонной. На корпусе 1 располагаются эластичные центрирующие элементы 4, которые закрепляются жестко на корпусе кольцами 5. Эластичные центрирующие элементы 4 имеют внутреннюю полость 6. Эластичный центрирующий элемент 4 закрепляется нижней гранью на корпусе центратора 1, например с помощью специального клея, и может иметь различный профиль, например прямоугольный, круглый, трапецеидальный, треугольный и т.д. Внутренняя полость 6 эластичного центрирующего элемента 4 заполняется водонабухающим полимером 7. Кольца 5 закрывают концы эластичных центрирующих элементов, предупреждают их повреждение при спуске обсадной колонны или ее расхаживании в скважине.The casing centralizer consists of a housing 1, at the ends of which there is a sleeve 2 and a nipple 3 for connection with the casing. On the body 1 are located elastic centering elements 4, which are fixed rigidly on the body by rings 5. The elastic centering elements 4 have an internal cavity 6. The elastic centering element 4 is fixed with the lower edge on the body of the centralizer 1, for example, using special glue, and can have a different profile, e.g. rectangular, round, trapezoidal, triangular, etc. The inner cavity 6 of the elastic centering element 4 is filled with water-swelling polymer 7. The rings 5 close the ends of the elastic centering elements, prevent their damage when lowering the casing or its pacing in the well.

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

В процессе спуска обсадной колонны в скважину центраторы соединяют с обсадными трубами с таким расчетом, чтобы после спуска обсадной колонны центраторы располагались в заданных интервалах скважины.In the process of lowering the casing string into the well, centralizers are connected to the casing so that, after the casing string is lowered, the centralizers are located at predetermined intervals of the well.

В процессе спуска обсадной колонны центратор находится в транспортном положении, т.е. внутренние полости 6 эластичных центрирующих элементов 4, заполненные водонабухающим полимером 7, имеют минимальный наружный диаметр, не превышающий диаметра муфты обсадной колонны, что обеспечивает беспрепятственный спуск обсадной колонны в скважину до проектной глубины. После спуска колонны в процессе промывки скважины жидкость диффундирует через наружные боковые полупроницаемые грани эластичного центрирующего элемента 4 внутрь него и, взаимодействуя с водонабухающим полимером, вызывает его набухание (более чем в 4 раза). При этом эластичные центрирующие элементы равномерно со всех сторон обсадной колонны увеличиваются в размерах и, переходя в рабочее состояние, центрируют обсадную колонну. Таким образом, к началу цементирования обсадная колонна будет отцентрирована в скважине с любым углом наклона, в том числе и скважинах с горизонтальным проложением.In the process of lowering the casing, the centralizer is in the transport position, i.e. the internal cavities 6 of the elastic centering elements 4, filled with water-swelling polymer 7, have a minimum outer diameter not exceeding the diameter of the casing sleeve, which ensures unhindered casing running into the well to the design depth. After the descent of the column during the washing process, the fluid diffuses through the outer lateral semipermeable faces of the elastic centering element 4 into it and, interacting with the water-swelling polymer, causes it to swell (more than 4 times). At the same time, the elastic centering elements uniformly on all sides of the casing string increase in size and, going into working condition, center the casing string. Thus, by the beginning of cementing, the casing will be centered in the well with any angle of inclination, including wells with horizontal laying.

Спиральное размещение центрирующих элементов обеспечивает закручивание потока цементного раствора, обеспечивая тем самым лучшее замещение промывочной жидкости цементным раствором в «защемленных» зонах, т.е. центратор одновременно выполняет и роль турбулизатора.The spiral arrangement of the centering elements ensures that the flow of cement slurry is twisted, thereby ensuring the best displacement of the flushing fluid with cement slurry in the “pinched” zones, i.e. the centralizer simultaneously performs the role of a turbulator.

Применение данного устройства по сравнению с имеющимися центраторами позволяет более эффективно центрировать обсадную колонну и повысить качество цементирования обсадных колонн за счет:The use of this device in comparison with existing centralizers allows you to more efficiently center the casing and improve the quality of cementing of the casing due to:

- принудительного центрирования обсадных колонн, прилегающих к стенке скважины;- forced centering of casing strings adjacent to the wall of the well;

- лучшего центрирования обсадных колонн в скважинах с любой траекторией;- better centering of casing strings in wells with any trajectory;

- более полного замещения промывочной жидкости цементным раствором за счет спирального расположения центрирующих элементов, которые одновременно будут выполнять роль турбулизаторов.- more complete replacement of the wash liquid with cement mortar due to the spiral arrangement of the centering elements, which will simultaneously act as turbulators.

Кроме того, применение предлагаемых центраторов снизит риск недохождения обсадных колонн до проектной глубины за счет того, что в транспортном положении диаметр близок к диаметру муфты обсадной колонны.In addition, the use of the proposed centralizers will reduce the risk of casing not reaching the design depth due to the fact that in the transport position the diameter is close to the diameter of the casing sleeve.

Claims

Variable geometry casing centralizer comprising a housing and centering elements of elastic material rigidly fixed to the housing, having an internal cavity spirally on the surface of the housing, characterized in that the internal cavity of the centering elements is filled with a water-swellable polymer and the outer side faces of the elastic centering element made semipermeable.