Патент на изобретение №2256768

(54) ЦЕНТРАТОР МЕХАНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к опорно-центрирующим устройствам компоновок низа бурильной колонны (КНБК) для безориентированного управления траекторией и калибрования стенки ствола. Задачей изобретения является повышение эффективности работы КНБК, в особенности в составе компоновки низа колтюбингового комплекса, возможности оперативного изменения основных параметров компоновки низа бурильной колонны и универсальности, связанной с решением ряда технологических задач, а также возможность использовать при бурении на депрессии. Центратор содержит корпус, расположенные в пазах с равномерным шагом подпружиненные центрирующие элементы, образующие калибрующий диаметр устройства. Подпружиненные центрирующие элементы размещены четно или нечетно, концентрично или эксцентрично в ответных пазах, выполненных наклонно к оси корпуса под углом 4°…9°, сужающихся в направлении низа устройства. На наружной поверхности корпуса, в верхней его части, дополнительно размещена упорная гайка регулирования калибрующего диаметра устройства, сочлененная с корпусом левой присоединительной резьбой и имеющая продольные относительно ее оси отверстия. В отверстиях размещены П-образные срезные скобы для обеспечения возможности предотвращения прихвата компоновки низа колтюбингового комплекса, 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к опорно-центрирующим устройствам компоновок низа бурильной колонны (КНБК) для безориентированного управления траекторией и калибрования стенки ствола.

Известен центратор бурильного инструмента (А.с. №2001237, МКИ Е 21 В 17/10, БИ №37-38, 1993), включающий полый цилиндрический корпус, размещенный на нем расклинивающий конус, центрирующие элементы и узел их привода, содержащий кольцевой гидропоршневой толкатель.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной конструкции центратора бурильного инструмента, относится то, что он относится к группе гидравлических центраторов, отличающихся повышенной сложностью изготовления, сборки и настройки конструкции и, в результате, пониженной надежностью работы в скважине, а также необходимостью в консервации после работы. При этом известный центратор бурильного инструмента не обеспечивает возможность оперативного регулирования наружного диаметра для обеспечения безориентированного управления траекторией ствола скважины, например, для участков стабилизации, естественного набора или спада зенитного угла.

Кроме того, при изменении параметров промывочной жидкости при углублении скважины требуется существенная перенастройка и переналадка конструкции в целом, особенно при бурении на депрессии, т.е. конструкция не является универсальной.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является центратор бурильного инструмента (А.с. №1222813 А, МКИ Е 21 В 17/10, БИ №13, 1986), включающий корпус, установленную на нем втулку, подпружиненные относительно втулки центрирующие элементы и направляющие стержни, одни концы которых жестко связаны с втулкой, а другие свободно расположены в отверстиях центрирующих элементов – принятый за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного центратора бурильного инструмента, принятого за прототип, относится невозможность оперативного регулирования его наружного диаметра непосредственно перед спуском в скважину. Кроме того, его конструкция не предусматривает возможность предотвращения прихвата в скважине из-за сальникообразования над центрирующими элементами, в особенности при использовании центратора в компоновке низа колтюбингового комплекса.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Предложенное изобретение решает техническую задачу, направленную на повышение эффективности работы КНБК, в особенности в составе компоновки низа колтюбингового комплекса, возможности оперативного изменения основных параметров компоновки низа бурильной колонны и универсальности, связанной с решением ряда технологических задач, а также возможность использовать при бурении на депрессии.

Техническим результатом при осуществлении заявленного изобретения является предотвращение возникновения прихватов из-за образования сальников над центрирующими лопастями и облегчение подъема бурильного инструмента, что особенно важно при работе компоновки низа колтюбингового комплекса. Кроме того, более точное бесступенчатое регулирование наружного диаметра устройства непосредственно перед спуском бурильного инструмента в скважину, что обеспечивает возможность работы устройства в качестве центратора, калибратора и стабилизатора и одновременно с этим устранить необходимость в наличии на буровой группы из 5…15 опорно-центрирующих элементов различного диаметра. Удаление одного или двух центрирующих элементов обеспечивает работу устройства в режиме эксцентричного ниппеля, позволяет снизить интенсивность локального искривления ствола скважины.

Указанный технический результат при осуществлении данного изобретения достигается тем, что в известном центраторе механическом универсальном, включенном в состав компоновки низа колтюбингового комплекса, содержащем корпус и расположенные в пазах с равномерным шагом подпружиненные центрирующие элементы, образующие калибрующий диаметр устройства, согласно изобретению подпружиненные центрирующие элементы размещены четно или нечетно, концентрично или эксцентрично в ответных пазах, выполненных наклонно к оси корпуса под углом 4°…9°, сужающихся в направлении низа устройства, а на наружной поверхности корпуса, в верхней его части, дополнительно размещена упорная гайка регулирования калибрующего диаметра устройства, сочлененная с корпусом левой присоединительной резьбой и имеющая продольные относительно ее оси отверстия, в которых размещены П-образные срезные скобы для обеспечения возможности предотвращения прихвата компоновки низа колтюбингового комплекса.

Подпружиненные центрирующие элементы размещены в пазах корпуса случайным образом, причем с возможностью заполнения не всех пазов.

Шаг пазов корпуса выполнен случайным образом.

При исследовании отличительных признаков предлагаемого центратора механического универсального не выявлено каких-либо аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения, что в конечном итоге приводит к вышеизложенному техническому результату и подтверждает существенность признаков формулы изобретения.

Предлагаемое изобретение является новым, поскольку не обнаружены аналоги с совокупностью существенных признаков, тождественных предложенному изобретению, обеспечивающих указанный выше технический результат, что соответствует критерию “новизна”.

Заявленный центратор механический универсальный не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку совокупность существенных признаков заявленного изобретения только в предложенном взаимосочетании обеспечивает достижение указанного выше технического результата, что соответствует критерию “изобретательский уровень”.

На фиг.1 изображен центратор механический универсальный, частичный разрез. На фиг.2 – центратор механический универсальный для работы в режиме эксцентричного ниппеля. На фиг.3 – сечение А-А на фиг.2. Центратор механический универсальный содержит корпус 1, подпружиненные центрирующие элементы 2 с твердосплавными зубками, упорную гайку 3, пружины сжатия 4, П-образные срезные скобы 5. Корпус 1 имеет на наружной поверхности продольные пазы 6 типа “ласточкин хвост”, выполненные наклонно к оси корпуса под углом 4°…9°, сужающиеся в направлении низа устройства. Центрирующие элементы 2 имеют на своих внутренних поверхностях пазы 7 для размещения пружин сжатия 4. Для размещения П-образных срезных скоб 5 в упорной гайке 3 имеются продольные относительно ее оси отверстия 8.

Устройство работает следующим образом.

В рабочем положении центратор механический универсальный устанавливается в расчетном месте от долота. За счет вращения упорной гайки 3 более точно бесступенчато регулируется наружный диаметр устройства непосредственно перед спуском бурильного инструмента в скважину. Причем упорная гайка 3 имеет левую резьбу для избежания возможности увеличения рабочего диаметра от развинчивания ее при бурении роторным способом или увеличения момента при автоколебаниях бурильной колонны. Для этой же цели через отверстия 8 в нее вставляют П-образные срезные скобы 5, которые своими свободными концами цепляются за центрирующие элементы 2, срезаясь при расчетном усилии для предотвращения аварийной ситуации. При бурении центратор механический универсальный вращается, калибруя стенки скважины за счет твердосплавных зубков на центрирующих элементах 2. Центрирующие элементы вместо зубков могут иметь карбидо-вольфрамовые наплавки. Регулирование диаметра предусматривает возможность работы центратора механического универсального в качестве центратора, калибратора и стабилизатора. Диаметр устройства изменяется за счет вращения упорной гайки 3, к которой пружинами сжатия 4 прижимаются центрирующие элементы 2. При образовании сальниковой пробки над центратором механическом универсальным, центрирующие элементы 2 утапливаются в корпус 1, перемещаясь по пазам 6 типа “ласточкин хвост” расположенным под углом 4°…9° к оси корпуса 1. Таким образом, предотвращаются прихваты бурильного инструмента и облегчается подъем инструмента, что особенно важно при работе компоновки низа колтюбингового комплекса.

Центратор механический универсальный имеет возможность работы в режиме эксцентричного ниппеля путем расположения центрирующих элементов 2 концентрично или эксцентрично, с четным или нечетным количеством ребер и удаления одного центрирующего элемента или нескольких из них. Данный режим позволяет колонне вращаться вокруг оси скважины, а не вокруг своей искривленной оси, снижая интенсивность локального искривления ствола скважины, что улучшает стабилизацию зенитного угла скважины.

При большом количестве пазов корпуса, например более 6…8, появляется возможность устанавливать в них подпружиненные центрирующие элементы следующим образом: если имеется полная информация о работе компоновки низа бурильной колонны закономерность устанавливается известным способом (это может быть нормальный закон, закон распределения Вейбулла и т.д.); при недостаточной информации целесообразно использовать ряд равномерно распределенных, случайных чисел, например, из таблицы (Таблица математической статистики. Большев Л.Н., Смирнов Н.В., М.: Наука, 1983, с.336, табл.7.1 а) берем ряд равномерно распределенных случайных чисел: 1, 3, 6, 8, т.е. из центратора удалены второй, четвертый, пятый и седьмой центрирующие элементы. Это повышает надежность устройства при работе в режиме воздействия случайных колебательных процессов, что характерно для горизонтального бурения скважин и обеспечивает возможность работы центратора в режиме эксцентричного ниппеля при случайных колебательных процессах.

Возможность регулирования наружного диаметра центратора механического универсального позволяет заменить заявленным устройством на буровой комплект из 5…15 опорно-центрирующих конструкций.

Заявленное изобретение предназначено для использования в бурении нефтяных и газовых скважин, в особенности компоновкой низа колтюбингового комплекса, для безориентированного управления траекторией скважины и калибровании стенки ствола. На данную конструкцию разработан технический проект с размерным рядом для различных диаметров долот и количеством подпружиненных центрирующих элементов.

Преимущество изобретения по сравнению с прототипом состоит в том, что оно позволяет оперативно регулировать наружный диаметр, непосредственно перед спуском в скважину предотвращать образование прихватов бурильного инструмента из-за сальникообразования над центрирующими элементами, в особенности при работе компоновкой низа колтюбингового комплекса, калибровать стенки скважины, работать в режиме эксцентричного ниппеля.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию “промышленная применимость”.

Формула изобретения

1. Центратор механический универсальный, включенный в состав компоновки низа колтюбингового комплекса, содержащий корпус, расположенные в пазах с равномерным шагом подпружиненные центрирующие элементы, образующие калибрующий диаметр устройства, отличающийся тем, что подпружиненные центрирующие элементы размещены четно или нечетно, концентрично или эксцентрично в ответных пазах, выполненных наклонно к оси корпуса под углом 4-9°, сужающихся в направлении низа устройства, а на наружной поверхности корпуса в верхней его части дополнительно размещена упорная гайка регулирования калибрующего диаметра устройства, сочлененная с корпусом левой присоединительной резьбой и имеющая продольные относительно ее оси отверстия, в которых размещены П-образные срезные скобы для обеспечения возможности предотвращения прихвата компоновки низа колтюбингового комплекса.

2. Центратор механический универсальный по п.1, отличающийся тем, что подпружиненные центрирующие элементы размещены в пазах корпуса с возможностью заполнения не всех пазов.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 25.02.2006

Извещение опубликовано: 20.03.2007 БИ: 08/2007